Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων
Η σύνδεση των συνθέτων υλικών με συγκόλληση ή κόλλα εφαρμόζεται ευρύτατα, όμως αυτός ο τρόπος σύνδεσης παρουσιάζει κινδύνους καθώς μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφική αστοχία της κατασκευής εξαιτίας της αποσύνδεσης. Προκειμένου η κατασκευή να αστοχήσει με ασφάλεια τοποθετούνται επιπλέον μηχανισμοί οι...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16335 |
| id |
nemertes-10889-16335 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μηχανισμοί επιβράδυνσης της αποσύνδεσης Σύνθετα υλικά Σύνδεση με συμπολυμερισμό Μέθοδος ζώνης συνοχής Disbond arrest features Composite materials Co-consolidation Cohesive zone model |
| spellingShingle |
Μηχανισμοί επιβράδυνσης της αποσύνδεσης Σύνθετα υλικά Σύνδεση με συμπολυμερισμό Μέθοδος ζώνης συνοχής Disbond arrest features Composite materials Co-consolidation Cohesive zone model Γιάννογλου, Όλγα Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| description |
Η σύνδεση των συνθέτων υλικών με συγκόλληση ή κόλλα εφαρμόζεται ευρύτατα, όμως αυτός ο τρόπος σύνδεσης παρουσιάζει κινδύνους καθώς μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφική αστοχία της κατασκευής εξαιτίας της αποσύνδεσης. Προκειμένου η κατασκευή να αστοχήσει με ασφάλεια τοποθετούνται επιπλέον μηχανισμοί οι οποίοι επιβραδύνουν την διάδοση της αποσύνδεσης.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση του σχεδιασμού μηχανισμών επιβράδυνσης της αποσύνδεσης δύο πλακών με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Οι πλάκες ήταν κατασκευασμένες από σύνθετο υλικό θερμοπλαστικής μήτρας πολυεθεραθερκετόνης χαμηλού σημείου τήξης (LM-PAEK) ενισχυμένη με ίνες άνθρακα, TC122. Η σύνδεση των δυο πλακών πραγματοποιήθηκε με την μέθοδο της άμεσης συγκόλλησης με συμπολυμερισμό. Προκειμένου να προσεγγιστεί η συμπεριφορά της σύνδεσης, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος ζώνης συνοχής και κατασκευάστηκαν αριθμητικά μοντέλα που προσομοίαζαν θραυστομηχανικά πειράματα σε τέσσερα διαφορετικά δοκίμια. Τα δοκίμια που κατασκευάστηκαν ήταν το δοκίμιο της διπλής προβόλου δοκού (DCB), το δοκίμιο της κάμψης με αρχική ρωγμή (ENF), το δοκίμιο της διάτμησης με ρωγμή στη στρώση της σύνδεσης (CLS), και τέλος το δοκίμιο της διάτμησης σε σύνδεση ενός στρώματος (SLS). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση για τον σχεδιασμό των μηχανισμών επιβράδυνσης της αποσύνδεσης χρησιμοποιώντας ήλους στα δοκίμια CLS και ENF. Στην ανάλυση αυτή για το πρώτο δοκίμιο μελετήθηκε η διάμετρος των ήλων για 3 mm , 5 mm και 7 mm και η απόσταση από την αρχή της σύνδεσης η οποία ήταν 10 mm , 20 mm και 30 mm. Επίσης μελετήθηκε και ο τρόπος τοποθέτησης δύο ήλων σε σειρά μεταβάλλοντας την μεταξύ τους απόσταση από 3 mm σε 5 mm και 7 mm, σε αυτή τη περίπτωση οι ήλοι είχαν σταθερή διάμετρο 3 mm και σταθερή απόσταση από την αρχή της σύνδεσης 10 mm. Για το δεύτερο δοκίμιο μελετήθηκε η διάμετρος των ήλων για 3 mm , 5 mm και 7 mm και απόσταση από την αρχή της σύνδεσης 10mm. Από τις αναλύσεις αυτές προκύπτουν διαγράμματα δύναμης – μετατόπισης, διαγράμματα επιφάνειας αστοχίας – μετατόπισης καθώς και κατανομές της διατμητικής τάσης zx και της ενεργής πλαστικής παραμόρφωσης.
Από τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από τις αναλύσεις προκύπτει ότι η χρήση αυτών των μηχανισμών συμβάλει πράγματι στην επιβράδυνση της αποσύνδεσης των δύο πλακών ενώ παράλληλα αυξάνει και το φορτίο που μπορεί να φέρει η σύνδεση. |
| author2 |
Giannoglou, Olga |
| author_facet |
Giannoglou, Olga Γιάννογλου, Όλγα |
| author |
Γιάννογλου, Όλγα |
| author_sort |
Γιάννογλου, Όλγα |
| title |
Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| title_short |
Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| title_full |
Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| title_fullStr |
Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| title_full_unstemmed |
Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| title_sort |
βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/16335 |
| work_keys_str_mv |
AT giannoglouolga beltistopoiēsēschediasmoumēchanismouepibradynsēstēsaposyndesēssesympolymerismenathermoplastikasynthetaylikamesōarithmētikōnmontelōn AT giannoglouolga optimizationofthedesignofadisbondarrestfeatureincoconsolidatedthermoplasticcompositematerialsthroughnumericalmodels |
| _version_ |
1771297252048896000 |
| spelling |
nemertes-10889-163352022-09-05T14:07:38Z Βελτιστοποίηση σχεδιασμού μηχανισμού επιβράδυνσης της αποσύνδεσης σε συμπολυμερισμένα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μέσω αριθμητικών μοντέλων Optimization of the design of a disbond arrest feature in co-consolidated thermoplastic composite materials through numerical models Γιάννογλου, Όλγα Giannoglou, Olga Μηχανισμοί επιβράδυνσης της αποσύνδεσης Σύνθετα υλικά Σύνδεση με συμπολυμερισμό Μέθοδος ζώνης συνοχής Disbond arrest features Composite materials Co-consolidation Cohesive zone model Η σύνδεση των συνθέτων υλικών με συγκόλληση ή κόλλα εφαρμόζεται ευρύτατα, όμως αυτός ο τρόπος σύνδεσης παρουσιάζει κινδύνους καθώς μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφική αστοχία της κατασκευής εξαιτίας της αποσύνδεσης. Προκειμένου η κατασκευή να αστοχήσει με ασφάλεια τοποθετούνται επιπλέον μηχανισμοί οι οποίοι επιβραδύνουν την διάδοση της αποσύνδεσης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση του σχεδιασμού μηχανισμών επιβράδυνσης της αποσύνδεσης δύο πλακών με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Οι πλάκες ήταν κατασκευασμένες από σύνθετο υλικό θερμοπλαστικής μήτρας πολυεθεραθερκετόνης χαμηλού σημείου τήξης (LM-PAEK) ενισχυμένη με ίνες άνθρακα, TC122. Η σύνδεση των δυο πλακών πραγματοποιήθηκε με την μέθοδο της άμεσης συγκόλλησης με συμπολυμερισμό. Προκειμένου να προσεγγιστεί η συμπεριφορά της σύνδεσης, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος ζώνης συνοχής και κατασκευάστηκαν αριθμητικά μοντέλα που προσομοίαζαν θραυστομηχανικά πειράματα σε τέσσερα διαφορετικά δοκίμια. Τα δοκίμια που κατασκευάστηκαν ήταν το δοκίμιο της διπλής προβόλου δοκού (DCB), το δοκίμιο της κάμψης με αρχική ρωγμή (ENF), το δοκίμιο της διάτμησης με ρωγμή στη στρώση της σύνδεσης (CLS), και τέλος το δοκίμιο της διάτμησης σε σύνδεση ενός στρώματος (SLS). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση για τον σχεδιασμό των μηχανισμών επιβράδυνσης της αποσύνδεσης χρησιμοποιώντας ήλους στα δοκίμια CLS και ENF. Στην ανάλυση αυτή για το πρώτο δοκίμιο μελετήθηκε η διάμετρος των ήλων για 3 mm , 5 mm και 7 mm και η απόσταση από την αρχή της σύνδεσης η οποία ήταν 10 mm , 20 mm και 30 mm. Επίσης μελετήθηκε και ο τρόπος τοποθέτησης δύο ήλων σε σειρά μεταβάλλοντας την μεταξύ τους απόσταση από 3 mm σε 5 mm και 7 mm, σε αυτή τη περίπτωση οι ήλοι είχαν σταθερή διάμετρο 3 mm και σταθερή απόσταση από την αρχή της σύνδεσης 10 mm. Για το δεύτερο δοκίμιο μελετήθηκε η διάμετρος των ήλων για 3 mm , 5 mm και 7 mm και απόσταση από την αρχή της σύνδεσης 10mm. Από τις αναλύσεις αυτές προκύπτουν διαγράμματα δύναμης – μετατόπισης, διαγράμματα επιφάνειας αστοχίας – μετατόπισης καθώς και κατανομές της διατμητικής τάσης zx και της ενεργής πλαστικής παραμόρφωσης. Από τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από τις αναλύσεις προκύπτει ότι η χρήση αυτών των μηχανισμών συμβάλει πράγματι στην επιβράδυνση της αποσύνδεσης των δύο πλακών ενώ παράλληλα αυξάνει και το φορτίο που μπορεί να φέρει η σύνδεση. The connection of composites with welding or adhesive is widely used, but this way of connection presents risks as it can lead to catastrophic failure of the construction due to the disconnection. In order the construction to fail safely, additional mechanisms are installed which slow down the spread of the disconnection. In the present diploma thesis, the design of disbond arrest features of two adherends was optimized using finite element analysis. The adherends were made from a carbon-fiber reinforced thermoplastic composite based on Low – Melt PolyArylEtherKetone (LM - PAEK) matrix, TC1225. The joining method of these two plates was the direct bonding of co – consolidation. To approach the disbond initiation and propagation at the bonding area was used the Cohesive Zone Model (CZM) and were developed numerical models that simulated fracture experiments on four different specimens. The specimens used were the double cantilever beam (DCB), the end notched flexure (ENF), the cracked lap shear (CLS) and the single lap shear (SLS) specimen. A parametric analysis was performed in order to design the disbond arrest features by using rivets on the CLS and ENF specimen. In this analysis for the first specimen were studied the diameter of the rivets for 3 mm, 5 mm ,7 mm and the distance from the beginning of the bonded area which was 10 mm, 20 mm and 30 mm. Also studied the way of placing two rivets in a row, changing the distance between them from 3 mm to 5 mm and 7 mm, in this case the diameter of the rivets was constant at 3 mm and the distance from the beginning of the bonded area was also constant at 10 mm. For the second specimen were studied the rivets’ diameter for 3 mm, 5 mm and 7 mm and the distance from the begging of the bonded area was 10 mm. From these analyzes were exported force-displacement diagrams, failure-displacement surface diagrams as well as distributions of the shear stress zx and the effective plastic deformation. These results show that the use of these features contributes to the slowing down of the disbonding of the two adherends while at the same time increasing the load-bearing capacity of the bonding. 2022-06-30T08:19:24Z 2022-06-30T08:19:24Z 2022-06-30 http://hdl.handle.net/10889/16335 gr application/pdf |
