Μοντελοποίηση της διάδοσης της διαστρωματικής αποκόλλησης σε σύνθετα υλικά τροποποιημένα με νανοσωματίδια

• Κύριος συγγραφέας: Πέππας, Δημήτριος
• Άλλοι συγγραφείς: Peppas, Dimitrios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Μοντελοποίηση; Σύνθετα υλικά; Διαστρωματική αποκόλληση; Νανοσωματίδια; Νumerical investigation; Delamination; Composites; Nanoparticles

Η διπλωματική αυτή εργασία έχει ως αντικείμενο την μοντελοποίηση της διαστρωματικής αποκόλλησης σε σύνθετα υλικά, τα οποία έχουν ενισχυθεί με νανοσωματίδια γραφενίου. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά, με στοιχεία που αφορούν τους λόγους για τους οποίους τα χρησιμοποιούμε, τα πλεονεκτήματά τους, την πορεία εξέλιξής τους στην ιστορία και κάποιες από τις εφαρμογές τους. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι τύποι των σύνθετων υλικών. Δίνεται η έννοια της μοντελοποίησης, οι λόγοι για τους οποίους η μοντελοποίηση είναι αναγκαίο εργαλείο του μηχανικού και δίνεται η σύνδεση της θραυστομηχανικής με τα σύνθετα υλικά. Κατόπιν, παρουσιάζονται τα θεμελιώδη ενεργειακά κριτήρια θραύσης και οι θραυστομηχανικές αρχές. Παρουσιάζεται το ενεργειακό κριτήριο Griffith, η έννοια της δυσθραυστότητας Gc και της εκλυόμενης κατά την θραύση ενέργεια , ο συντελεστής έντασης τάσεων που εισήγαγε ο Irwin και τα θραυστομηχανικά είδη καταπόνησης mode I, II, III για ομογενή και ισότροπα υλικά. Επίσης, ορίζεται η έννοια της διαστρωματικής αποκόλλησης και παρουσιάζονται εν συντομία οι μεθοδολογίες που ακολουθούνται κατά την διαστρωματική αποκόλληση σε mode I και II από τα πρότυπα της ASTM και AITM, αντίστοιχα. Ύστερα, γίνεται αναφορά στα συνεκτικά πεπερασμένα στοιχεία (cohesive elements) και συγκεκριμένα στα είδη πειραμάτων που έχουν τη δυνατότητα να μοντελοποιούν, στους νόμους που ακολουθούν και στην σύνδεση των τάσεων με τις παραμορφώσεις. Εξηγείται ο συνεκτικός νόμος (cohesive law), η συνεκτική ζώνη (cohesive zone) και το μοντέλο συνεκτικής ζώνης (cohesive zone model), γίνεται σύνδεση των ελαστικών ιδιοτήτων με τις τιμές των δεδομένων που χρησιμοποιούνται κατά την μοντελοποίηση και προσεγγίζεται η βέλτιστη επιλογή των παραμέτρων που σχετίζονται με αυτές. Παρουσιάζονται επίσης τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν τα συνεκτικά πεπερασμένα στοιχεία στη μοντελοποίηση. Δίνονται, ακόμη, οι έννοιες των νανοϋλικών και των νανοσωματιδίων και περιγράφονται οι κατηγορίες των σύνθετων υλικών με ενίσχυση νανοσωματιδίων. Γίνεται εκτενής αναφορά για το γραφένιο και στις μεθόδους παραγωγής του. Στη συνέχεια, γίνεται λόγος για τα πολυστρωματικά φύλλα γραφενίου (GNPs ) και για τους νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) και τις μεθόδους παρασκευής τους. Αναφέρονται επίσης και οι μέθοδοι με τις οποίες τα νανοσωματίδια ενσωματώνονται στην πολυμερική μήτρα. Στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση δημοσιεύσεων στις οποίες ερευνάται η επίδραση των νανοσωματιδίων στην διαστρωματική αποκόλληση σύνθετων υλικών και σε πιθανούς τρόπους μοντελοποίησης τους. Ακόμη, εντοπίζονται οι παράμετροι και οι μηχανισμοί που επηρεάζουν την μοντελοποίηση της διαστρωματικής αποκόλλησης σε σύνθετα υλικά ενισχυμένα με νανοσωματίδια και παρουσιάζεται ένα διάγραμμα ροής που περιγράφει την διαδικασία της μοντελοποίησης. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα τις μοντελοποίησης δοκιμίων CFRP με και χωρίς ενίσχυση νανοσωματιδίων, με κριτήριο τη διαφορά τις εκλυόμενης ενέργειας θραύσης κατά την αποκόλληση Gc των πειραματικών τιμών για φορτία τύπου Mode I και II και συγκρίνονται με τις αντίστοιχες πειραματικές τιμές. Τέλος, σχολιάζονται τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την μελέτη αυτή και προτείνονται ενέργειες για τη μελλοντική έρευνα.