Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser
Στην σύγχρονη εποχή τα σύνθετα υλικά (composite materials) τείνουν να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο, ειδικά σε εφαρμογές που υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις, όπως η αεροναυπηγική και η παραγωγή ισχύος. Μία από τις συχνότερες κατηγορίες συνθέτων υλικών που συναντώνται στην αεροναυπηγική είναι οι...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://nemertes.library.upatras.gr/handle/10889/23395 |
| id |
nemertes-10889-23395 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σύνθετα υλικά Πολυμερικές εποξειδικές ρητίνες Laser shock Paint stripping Shock wave propagation Composite material Finite element analysis |
| spellingShingle |
Σύνθετα υλικά Πολυμερικές εποξειδικές ρητίνες Laser shock Paint stripping Shock wave propagation Composite material Finite element analysis Χριστοδουλόπουλος, Ανδρέας Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| description |
Στην σύγχρονη εποχή τα σύνθετα υλικά (composite materials) τείνουν να χρησιμοποιούνται
όλο και περισσότερο, ειδικά σε εφαρμογές που υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις, όπως η
αεροναυπηγική και η παραγωγή ισχύος. Μία από τις συχνότερες κατηγορίες συνθέτων υλικών
που συναντώνται στην αεροναυπηγική είναι οι πολύστρωτες δομές από στρώσεις ινωδών
συνθέτων υλικών. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε αυτές τις εφαρμογές είναι
πολυμερικές εποξειδικές ρητίνες στον ρόλο του μητρικού υλικού και ίνες άνθρακα στον ρόλο
της ενίσχυσης (Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP). Για την προστασία των υλικών των
δομικών μερών του αεροσκάφους από τις περιβαλλοντικές συνθήκες χρησιμοποιούνται βαφές,
οι οποίες αρκετές φορές είναι εποξειδικές (epoxy). Ωστόσο κατά τη διάρκεια της ζωής του
αεροσκάφους είναι απαραίτητη αφαίρεση της βαφής (paint stripping), καθώς αρκετές φορές τα
διάφορα δομικά στοιχεία χρειάζονται αποκατάσταση, συντήρηση και τακτική επιθεώρηση.
Στην αεροναυπηγική βιομηχανία έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες μέθοδοι αφαίρεσης βαφής,
όπως η μέθοδος με χημικά, η οποία παρουσιάζει διάφορα υγειονομικά και περιβαλλοντικά
προβλήματα. Έτσι το ενδιαφέρον των ερευνητών έχει στραφεί στην αφαίρεση βαφής με την
χρήση κρουστικού κύματος laser (laser shock wave). Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί με
επιτυχία σε μεταλλικές πλάκες, όμως η χρήση της σε σύνθετα υλικά είναι ιδιαίτερα περίπλοκη.
Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της διαδικασίας
αφαίρεσης βαφής από πολύστρωτη πλάκα CFRP με την χρήση κρουστικού κύματος laser, μέσω
ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία (Finite Element Analysis, FEA). Αρχικά σκοπός της
εργασίας είναι να επαληθευτεί το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για την φόρτιση μιας
πλάκας CFRP με κρουστικό κύμα συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του μοντέλου με
πειραματικά δεδομένα. Η μοντελοποίηση της πλάκας CFRP γίνεται στο υπολογιστικό
πρόγραμμα LS-DYNA, όπου χρησιμοποιούνται το ορθότροπο ελαστικό μοντέλο υλικού
MAT_002 και το μοντέλο σύνθετου υλικού με αστοχίες MAT_162. Επιπροσθέτως στην
εργασία πραγματοποιήθηκε μια παραμετρική μελέτη για το μοντέλο της πλάκας CFRP με
στρώση βαφής. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν το μοντέλο υλικού MAT_162 για
την πλάκα CFRP, το ελαστοπλαστικό υδροδυναμικό μοντέλο υλικού MAT_010 για την
στρώση βαφής και το μοντέλο μεικτής ζώνης συνοχής MAT_138 για την διεπιφάνεια μεταξύ
πλάκας-βαφής. Στο συγκεκριμένο μοντέλο οι παράμετροι, που μεταβάλλονταν ήταν η
εφαρμοζόμενη πίεση του κρουστικού κύματος και το πάχος της στρώσης βαφής. Στόχος της
παραμετρικής μελέτης είναι εύρεση των κατάλληλων παραμέτρων, έτσι ώστε να υπάρχει η
μέγιστη δυνατή αποκόλληση του στρώματος βαφής, με τις λιγότερες δυνατές αστοχίες στην
πλάκα CFRP. Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων της παραμετρικής
μελέτης και τα συμπεράσματα. |
| author2 |
Christodoulopoulos, Andreas |
| author_facet |
Christodoulopoulos, Andreas Χριστοδουλόπουλος, Ανδρέας |
| author |
Χριστοδουλόπουλος, Ανδρέας |
| author_sort |
Χριστοδουλόπουλος, Ανδρέας |
| title |
Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| title_short |
Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| title_full |
Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| title_fullStr |
Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| title_full_unstemmed |
Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| title_sort |
προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://nemertes.library.upatras.gr/handle/10889/23395 |
| work_keys_str_mv |
AT christodoulopoulosandreas prosomoiōsētēsdiergasiasaphairesēsbaphēsapoaeroporikadomikastoicheiametēnmethodotoukroustikoukymatoslaser AT christodoulopoulosandreas numericalsimulationofthelasershockstrippingprocessonaircraftaluminumsubstrates |
| _version_ |
1771297170272550912 |
| spelling |
nemertes-10889-233952022-10-15T03:34:17Z Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser Numerical simulation of the laser shock stripping process on aircraft aluminum substrates Χριστοδουλόπουλος, Ανδρέας Christodoulopoulos, Andreas Σύνθετα υλικά Πολυμερικές εποξειδικές ρητίνες Laser shock Paint stripping Shock wave propagation Composite material Finite element analysis Στην σύγχρονη εποχή τα σύνθετα υλικά (composite materials) τείνουν να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο, ειδικά σε εφαρμογές που υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις, όπως η αεροναυπηγική και η παραγωγή ισχύος. Μία από τις συχνότερες κατηγορίες συνθέτων υλικών που συναντώνται στην αεροναυπηγική είναι οι πολύστρωτες δομές από στρώσεις ινωδών συνθέτων υλικών. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε αυτές τις εφαρμογές είναι πολυμερικές εποξειδικές ρητίνες στον ρόλο του μητρικού υλικού και ίνες άνθρακα στον ρόλο της ενίσχυσης (Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP). Για την προστασία των υλικών των δομικών μερών του αεροσκάφους από τις περιβαλλοντικές συνθήκες χρησιμοποιούνται βαφές, οι οποίες αρκετές φορές είναι εποξειδικές (epoxy). Ωστόσο κατά τη διάρκεια της ζωής του αεροσκάφους είναι απαραίτητη αφαίρεση της βαφής (paint stripping), καθώς αρκετές φορές τα διάφορα δομικά στοιχεία χρειάζονται αποκατάσταση, συντήρηση και τακτική επιθεώρηση. Στην αεροναυπηγική βιομηχανία έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες μέθοδοι αφαίρεσης βαφής, όπως η μέθοδος με χημικά, η οποία παρουσιάζει διάφορα υγειονομικά και περιβαλλοντικά προβλήματα. Έτσι το ενδιαφέρον των ερευνητών έχει στραφεί στην αφαίρεση βαφής με την χρήση κρουστικού κύματος laser (laser shock wave). Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μεταλλικές πλάκες, όμως η χρήση της σε σύνθετα υλικά είναι ιδιαίτερα περίπλοκη. Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της διαδικασίας αφαίρεσης βαφής από πολύστρωτη πλάκα CFRP με την χρήση κρουστικού κύματος laser, μέσω ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία (Finite Element Analysis, FEA). Αρχικά σκοπός της εργασίας είναι να επαληθευτεί το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για την φόρτιση μιας πλάκας CFRP με κρουστικό κύμα συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του μοντέλου με πειραματικά δεδομένα. Η μοντελοποίηση της πλάκας CFRP γίνεται στο υπολογιστικό πρόγραμμα LS-DYNA, όπου χρησιμοποιούνται το ορθότροπο ελαστικό μοντέλο υλικού MAT_002 και το μοντέλο σύνθετου υλικού με αστοχίες MAT_162. Επιπροσθέτως στην εργασία πραγματοποιήθηκε μια παραμετρική μελέτη για το μοντέλο της πλάκας CFRP με στρώση βαφής. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν το μοντέλο υλικού MAT_162 για την πλάκα CFRP, το ελαστοπλαστικό υδροδυναμικό μοντέλο υλικού MAT_010 για την στρώση βαφής και το μοντέλο μεικτής ζώνης συνοχής MAT_138 για την διεπιφάνεια μεταξύ πλάκας-βαφής. Στο συγκεκριμένο μοντέλο οι παράμετροι, που μεταβάλλονταν ήταν η εφαρμοζόμενη πίεση του κρουστικού κύματος και το πάχος της στρώσης βαφής. Στόχος της παραμετρικής μελέτης είναι εύρεση των κατάλληλων παραμέτρων, έτσι ώστε να υπάρχει η μέγιστη δυνατή αποκόλληση του στρώματος βαφής, με τις λιγότερες δυνατές αστοχίες στην πλάκα CFRP. Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων της παραμετρικής μελέτης και τα συμπεράσματα. Nowadays composite materials tend to be used more and more, especially in applications where there are increased requirements, such as aeronautics and power generation. One of the most common classes of composite materials encountered in aeronautics is fiber reinforced laminated composite materials. The commonly used materials in these applications are polymeric epoxy resins in the role of the matrix material and carbon fibers in the role of reinforcement (Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP). Paints, which are often epoxy, are used, in order to protect the materials of the structural parts of the aircraft from environmental conditions. However, during the life of the aircraft, paint stripping is necessary, as several times various structural elements need restoration, maintenance and regular inspection. Various paint stripping methods have been used in the aeronautic industry, such as the chemical paint stripping, which presents various health and environmental problems. Thus, the interest of researchers has turned to paint stripping using laser shock wave. This method has been used successfully in metallic plates, but its use in composite materials is particularly complicated. The main focus of his thesis is the simulation of the laser shock paint stripping process on CFRP laminate, through Finite Element Analysis (FEA). Firstly, the aim of this thesis is to validate the finite element model of a CFRP plate for shock wave loading, comparing the FEA model results with experimental data. The finite element analysis of the CFRP is held in the computer program LS-DYNA, where the orthotropic elastic material model MAT_002 and the composite damage model MAT_162 are used. Furthermore, a parametric study was carried out for the model of the CFRP laminate with a paint layer. In this case, the material models that were used are the material model MAT_162 for the CFRP laminate, the elastoplastic hydrodynamic material model MAT_010 for the paint layer and the mixed cohesive zone model MAT_138 for the plate-paint interface. The parameters that are significant for this study are the applied pressure of the shock wave and the thickness of the paint layer. The objective of this parametric study is to find the appropriate parameters, so that there is the maximum possible peeling of the paint layer, with the least possible failures in the CFRP laminate. Finally, the results of the parametric study analyzes and the conclusions are presented. 2022-10-14T07:36:19Z 2022-10-14T07:36:19Z 2022 https://nemertes.library.upatras.gr/handle/10889/23395 el application/pdf |
