Μελέτη τάσεων και μηχανικές ιδιότητες πολυμερών υλικών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα και εγκλείσματα γραφενίου

• Κύριος συγγραφέας: Πατσαντζόπουλος, Γιώργος
• Άλλοι συγγραφείς: Patsantzopoulos, George
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Σύνθετα υλικά; Γραφένιο; Φασματοσκοπία Raman; Θραυστομηχανική; Composite materials; Graphene; Raman spectroscopy; Fracture mechanics

Το φαινόμενο της συγκέντρωσης τάσεων γύρω από μια οπή είναι καίριας σημασίας για το σχεδιασμό μιας κατασκευής. Η σύγχρονη τάση για αξιοποίηση των συνθέτων υλικών από τη μία προσφέρει ελευθερία στο σχεδιασμό σε συνδυασμό με τις ειδικές τους ιδιότητες, ενώ από την άλλη λόγω της ανισοτροπίας και των αρκετών σημείων συγκέντρωσης τάσεων (διεπιφάνεια ίνας μήτρας, οπές, σχισμές, γεωμετρικά άκρα κτλ.) απαιτεί μεγαλύτερη και πιο ενδελεχή προσέγγιση. Ειδικότερα όσον αφορά την ανισοτροπική συμπεριφορά τους, το πώς θα επηρεαστεί τo τασικό πεδίο εξαρτάται από την κατασκευή της πολύστρωτης πλάκας. Πέρα από τη διάταξη των ινών σημαντικός είναι και ο ρόλος της μήτρας. Τα τελευταία χρόνια με σκοπό την περεταίρω βελτίωση των ιδιοτήτων των συνθέτων, οι μήτρες ενισχύονται επιπλέον από υλικά πολύ μικρών διαστάσεων που ανήκουν στην κατηγορία των νανοϋλικών. Ένα από τα υλικά της κατηγορίας αυτής είναι το γραφένιο. Συμβατικές μέθοδοι όπως η χρήση των μηκυνσιομέτρων δεν δίνουν ακριβή εικόνα στο επίπεδο της μικροκλίμακας, οπότε πλέον αξιοποιούνται μέθοδοι που ευνοούν για τέτοιου είδους μελέτη, όπως ο κλάδος της φασματοσκοπίας. Μία τεχνική φασματοσκοπίας που χρησιμοποιείται ιδίως σε κρυσταλλικά υλικά, για την ακρίβεια των μετρήσεων που παρέχει και τη δυνατότητα εφαρμογής της σε πολύ μικρές αποστάσεις είναι η μέθοδος Raman, η οποία καταγράφει τις δονητικές καταστάσεις ενός μορίου που είναι ενεργό κατά Raman και μέσω καμπυλών βαθμονόμησης είναι δυνατόν να υπολογιστούν οι τάσεις και οι παραμορφώσεις ενός υλικού. Σκοπός της Διπλωματικής Εργασίας είναι η μελέτη μιας πλάκας που απαρτίζεται από στρώσεις ινών άνθρακα υφάσματος τύπου satin με εποξειδική ρητίνη ενισχυμένη με γραφένιο και η οποία καταπονείται σε στατικό εφελκυσμό υπό την παρουσία μιας κυκλικής οπής στο κέντρο της πλάκας. Ο υπολογισμός του τασικού πεδίου και του συντελεστή συγκέντρωσης των τάσεων παρουσιάζεται μέσω αναλυτικής μεθόδου, μέσω της αριθμητικής μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων και τέλος πειραματικά μέσω της τεχνικής Raman μέσω της εξάρτησης δονητικών συχνοτήτων με τάσεις και παραμορφώσεις.