| Περίληψη: | Θέμα της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη του φαινομένου απομείωσης της στατικής αντοχής των συνθέτων υλικών (FRP) λόγω κόπωσης και η εφαρμογή των αποτελεσμάτων σε διαδικασίες δομικού σχεδιασμού.
Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται διάφορα δημοσιευμένα φαινομενολογικά πρότυπα εναπομένουσας αντοχής, μερικά των οποίων έχουν τροποποιηθεί για να γενικευθούν οι προβλέψεις τους, καθώς και μια νέα μεθοδολογία για παραγωγή προβλέψεων εναπομένουσας αντοχής συγκεκριμένης αξιοπιστίας. Τα πρότυπα αυτά εφαρμόζονται τόσο σε νέα όσο και σε δημοσιευμένα πειραματικά δεδομένα, που αφορούν ένα μεγάλο εύρος συνθέτων υλικών και διαστρωματώσεων. Οι διαδικασίες για την εφαρμογή κάθε προτύπου επιλέγονται με βάση την απλότητα και την ευκολία στην υλοποίηση, έτσι ώστε να μην απαιτείται μεγάλος αριθμός πειραματικών δεδομένων για την εφαρμογή τους. Οι προβλέψεις των προτύπων, τόσο όσον αφορά τις ντετερμινιστικές καμπύλες απομείωσης της στατικής αντοχής όσο και την πρόβλεψη των στατιστικών χαρακτηριστικών της εναπομένουσας αντοχής, αξιολογούνται με στόχο την επιλογή συγκεκριμένων διαδικασιών, εφαρμόσιμων στον σχεδιασμό κατασκευών από σύνθετα υλικά που υφίστανται κοπωτικά φορτία.
Μετά την επιλογή ενός αριθμού αξιόπιστων προτύπων από αυτά που παρουσιάστηκαν στο πρώτο μέρος της διατριβής, η εναπομένουσα αντοχή ενσωματώνεται σε μεθοδολογίες πρόβλεψης κοπωτικής ζωής υπό κυκλικά φορτία μεταβλητού εύρους τάσης, Variable Amplitude (VA). Η επίδραση καθενός από τα αυτόνομα στάδια που συνθέτουν τέτοιες μεθοδολογίες, δηλαδή η μέθοδος μέτρησης κύκλων (Cycle Counting) και το διάγραμμα σταθερής ζωής (Constant Life Diagram, CLD), εξετάζεται λεπτομερώς παράλληλα με το ενδεχόμενο αντικατάστασης του κανόνα Palmgren-Miner, σαν μέτρο συσσώρευσης βλάβης, από μεθόδους που βασίζονται στην εναπομένουσα αντοχή. Οι παραγόμενες προβλέψεις αξιολογούνται μέσω πειραμάτων σε πολύστρωτες διατάξεις [04]T και [±45]S υπό την επίδραση τριών διαφορετικών κοπωτικών φασμάτων που έχουν προκύψει είτε μέσω της επεξεργασίας μετρήσεων φόρτισης πτερυγίων σε λειτουργία (WISPER και NEW WISPER) είτε από αριθμητική αερο-ελαστική προσομοίωση (MWIND).
Το τελευταίο βήμα περιλαμβάνει τη συμβολή στην ανάπτυξη και υλοποίηση του αλγόριθμου FADAS (FAtigue DAmage Simulator) σε περιβάλλον MATLAB. Ο αλγόριθμος υπολογίζει την επίπεδη εντατική κατάσταση που αναπτύσσεται σε κάθε στρώση της πλάκας κατά την κόπωση, μέσω θεωρίας πολυστρώτων πλακών (Classical Lamination Theory, CLT), προσομοιώνει την υποβάθμιση της αντοχής και της δυσκαμψίας και εφαρμόζει αρχές προοδευτικής βλάβης (progressive damage), βάσει του κριτηρίου αστοχίας του Puck, για την πρόβλεψη της αστοχίας πολυστρώτων διατάξεων υπό οποιαδήποτε κοπωτική φόρτιση. Προβλέψεις του αλγόριθμου FADAS, μετά την ρύθμιση των παραμέτρων βάσει του υλικού αναφοράς, συγκρίνονται με πειράματα κόπωσης σταθερού εύρους πάνω σε τρεις τύπους δοκιμίων. Ο πρώτος είναι μια πολύστρωτη διάταξη [(±45/0)4/±45]T υπό κόπωση σε λόγο τάσεων R=0.1 και R=-1 και οι άλλοι δύο είναι δοκίμια κομμένα υπό γωνία 10° και 60° από την ίδια πολύστρωτη, που υποβάλλονται σε εναλλασσόμενη κόπωση (R=-1), έτσι ώστε ο αλγόριθμος να αξιολογηθεί για διάφορους συνδυασμούς επιβαλλόμενων φορτίσεων και τύπων βλάβης (damage modes).
|
|---|
