Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού
Η επισκευή δομών από σύνθετα υλικά με χρήση επιθεμάτων που σταθεροποιούνται μέσω ενός στρώματος κόλλας γνωρίζει ολοένα και πιο ευρεία εφαρμογή , ειδικά στην αεροπορική βιομηχανία. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ο σχεδιασμός επιθεμάτων επισκευής που εισχωρούν σε κατάλληλα διαμορφωμένη εσοχή της επι...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24530 |
| id |
nemertes-10889-24530 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Επίθεμα επισκευής Βελτιστοποίηση Αλγόριθμοι Repair patch Optimization Algorithms |
| spellingShingle |
Επίθεμα επισκευής Βελτιστοποίηση Αλγόριθμοι Repair patch Optimization Algorithms Γιαννούτσου, Μαρία-Παναγιώτα Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| description |
Η επισκευή δομών από σύνθετα υλικά με χρήση επιθεμάτων που σταθεροποιούνται μέσω ενός στρώματος κόλλας γνωρίζει ολοένα και πιο ευρεία εφαρμογή , ειδικά στην αεροπορική βιομηχανία. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ο σχεδιασμός επιθεμάτων επισκευής που εισχωρούν σε κατάλληλα διαμορφωμένη εσοχή της επισκευαζόμενης δομής. Τα επιθέματα είναι τύπου stepped με ελλειπτικό σχήμα σε κάθε στρώση και οι ελλείψεις όλων των στρώσεων είναι παράλληλες μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, εξετάζονται 5 διαφορετικές γεωμετρίες ελλειπτικών επιθεμάτων που εφαρμόζονται σε πολύστρωτη πλάκα και συγκρίνονται με το κυκλικό επίθεμα που έχει αποδειχθεί βέλτιστο για τη συγκεκριμένη πλάκα. Κάθε επίθεμα σχεδιάζεται με βάση συγκεκριμένες μεθόδους και εξισώσεις που αφορούν το είδος φόρτισης ως προς το οποίο σχεδιάζεται να έχει επαρκή αντοχή το επίθεμα, τον τρόπο υπολογισμού της γωνίας scarf και τον τρόπο υπολογισμού του μήκους step σε κάθε στρώση.
Λόγω της πολυπλοκότητας της διαδικασίας βελτιστοποίησης ενός τέτοιου επιθέματος, έγινε προσπάθεια να διαμορφωθεί ένα ενιαίο παραμετρικό εργαλείο σχεδιασμού, μοντελοποίησης και αξιολόγησης ελλειπτικών επιθεμάτων επισκευής διαφορετικών γεωμετριών. Έτσι, κατασκευάστηκε αλγόριθμος σε Python μέσω του οποίου επιτελούνται οι εξής κύριες λειτουργίες : υπολογισμός των συνολικών αντοχών μιας πολύστρωτης πλάκας στις διευθύνσεις x και y, υπολογισμός των διαστάσεων ελλειπτικών επιθεμάτων, δημιουργία μοντέλων επισκευασμένης πλάκας με κάθε ένα από τα επιθέματα για καταπόνηση σε θλίψη και σε εφελκυσμό και σε 3 διαφορετικές διευθύνσεις (0⁰, 45⁰, 90⁰) και τέλος εξαγωγή , επεξεργασία και σύγκριση των αποτελεσμάτων των αναλύσεων και εντοπισμός του βέλτιστου επιθέματος επισκευής για κάθε φόρτιση ξεχωριστά, ξεχωριστά για εφελκυσμό και για θλίψη και ως προς το σύνολο των φορτίσεων που μοντελοποιήθηκαν. Επίσης. για τους σκοπούς της σύγκρισης των αποτελεσμάτων ορίζεται ο λόγος αφαιρούμενου υγιούς υλικού προς αντοχή ( r ) και αξιολόγηση γίνεται πρωτίστως ως προς το κλάσμα αυτό.
Ωστόσο, ο κώδικας είναι πλήρως παραμετρικά διαμορφωμένος , έτσι ώστε να λειτουργεί ομαλά ανεξαρτήτως από τις τιμές που μπορεί να πάρουν οι διαστάσεις , η διαστρωμάτωση και τα υλικά της πλάκας και του επιθέματος, ο αριθμός των στρώσεων ή το είδος και η διεύθυνση φόρτισης. Τα συμπεράσματα δείχνουν ότι με εφαρμογή ελλειπτικού επιθέματος μπορούμε να έχουμε έως και 10.5 % υψηλότερη αντοχή και ταυτόχρονα 391.9 % υψηλότερο λόγο r από ότι με το βέλτιστο κυκλικό επίθεμα, ενώ ο κώδικας μπορεί να αποτελέσει βοηθητικό εργαλείο και βάση για τη γρήγορη και λεπτομερή μελέτη πολύ μεγάλου αριθμού και ποικιλίας επιθεμάτων. |
| author2 |
Giannoutsou, Maria-Panagiota |
| author_facet |
Giannoutsou, Maria-Panagiota Γιαννούτσου, Μαρία-Παναγιώτα |
| author |
Γιαννούτσου, Μαρία-Παναγιώτα |
| author_sort |
Γιαννούτσου, Μαρία-Παναγιώτα |
| title |
Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| title_short |
Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| title_full |
Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| title_fullStr |
Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| title_full_unstemmed |
Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| title_sort |
βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24530 |
| work_keys_str_mv |
AT giannoutsoumariapanagiōta beltistopoiēsēepiskeuēsaeroporikēsdomēsaposynthetaylikamestochotēmegistopoiēsētēsanaktēsēstōnidiotētōnkaitēnelachistopoiēsētouaphairoumenouylikou AT giannoutsoumariapanagiōta designoptimizationofthestepscarfrepairofanaeronauticalpaneltargetingthemaximumcompressivestrengthandtheminimizationofmaterialremoval |
| _version_ |
1771297131897815040 |
| spelling |
nemertes-10889-245302023-02-24T04:34:40Z Βελτιστοποίηση επισκευής αεροπορικής δομής από σύνθετα υλικά με στόχο τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης των ιδιοτήτων και την ελαχιστοποίηση του αφαιρούμενου υλικού Design optimization of the step/scarf repair of an aeronautical panel targeting the maximum compressive strength and the minimization of material removal Γιαννούτσου, Μαρία-Παναγιώτα Giannoutsou, Maria-Panagiota Επίθεμα επισκευής Βελτιστοποίηση Αλγόριθμοι Repair patch Optimization Algorithms Η επισκευή δομών από σύνθετα υλικά με χρήση επιθεμάτων που σταθεροποιούνται μέσω ενός στρώματος κόλλας γνωρίζει ολοένα και πιο ευρεία εφαρμογή , ειδικά στην αεροπορική βιομηχανία. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ο σχεδιασμός επιθεμάτων επισκευής που εισχωρούν σε κατάλληλα διαμορφωμένη εσοχή της επισκευαζόμενης δομής. Τα επιθέματα είναι τύπου stepped με ελλειπτικό σχήμα σε κάθε στρώση και οι ελλείψεις όλων των στρώσεων είναι παράλληλες μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, εξετάζονται 5 διαφορετικές γεωμετρίες ελλειπτικών επιθεμάτων που εφαρμόζονται σε πολύστρωτη πλάκα και συγκρίνονται με το κυκλικό επίθεμα που έχει αποδειχθεί βέλτιστο για τη συγκεκριμένη πλάκα. Κάθε επίθεμα σχεδιάζεται με βάση συγκεκριμένες μεθόδους και εξισώσεις που αφορούν το είδος φόρτισης ως προς το οποίο σχεδιάζεται να έχει επαρκή αντοχή το επίθεμα, τον τρόπο υπολογισμού της γωνίας scarf και τον τρόπο υπολογισμού του μήκους step σε κάθε στρώση. Λόγω της πολυπλοκότητας της διαδικασίας βελτιστοποίησης ενός τέτοιου επιθέματος, έγινε προσπάθεια να διαμορφωθεί ένα ενιαίο παραμετρικό εργαλείο σχεδιασμού, μοντελοποίησης και αξιολόγησης ελλειπτικών επιθεμάτων επισκευής διαφορετικών γεωμετριών. Έτσι, κατασκευάστηκε αλγόριθμος σε Python μέσω του οποίου επιτελούνται οι εξής κύριες λειτουργίες : υπολογισμός των συνολικών αντοχών μιας πολύστρωτης πλάκας στις διευθύνσεις x και y, υπολογισμός των διαστάσεων ελλειπτικών επιθεμάτων, δημιουργία μοντέλων επισκευασμένης πλάκας με κάθε ένα από τα επιθέματα για καταπόνηση σε θλίψη και σε εφελκυσμό και σε 3 διαφορετικές διευθύνσεις (0⁰, 45⁰, 90⁰) και τέλος εξαγωγή , επεξεργασία και σύγκριση των αποτελεσμάτων των αναλύσεων και εντοπισμός του βέλτιστου επιθέματος επισκευής για κάθε φόρτιση ξεχωριστά, ξεχωριστά για εφελκυσμό και για θλίψη και ως προς το σύνολο των φορτίσεων που μοντελοποιήθηκαν. Επίσης. για τους σκοπούς της σύγκρισης των αποτελεσμάτων ορίζεται ο λόγος αφαιρούμενου υγιούς υλικού προς αντοχή ( r ) και αξιολόγηση γίνεται πρωτίστως ως προς το κλάσμα αυτό. Ωστόσο, ο κώδικας είναι πλήρως παραμετρικά διαμορφωμένος , έτσι ώστε να λειτουργεί ομαλά ανεξαρτήτως από τις τιμές που μπορεί να πάρουν οι διαστάσεις , η διαστρωμάτωση και τα υλικά της πλάκας και του επιθέματος, ο αριθμός των στρώσεων ή το είδος και η διεύθυνση φόρτισης. Τα συμπεράσματα δείχνουν ότι με εφαρμογή ελλειπτικού επιθέματος μπορούμε να έχουμε έως και 10.5 % υψηλότερη αντοχή και ταυτόχρονα 391.9 % υψηλότερο λόγο r από ότι με το βέλτιστο κυκλικό επίθεμα, ενώ ο κώδικας μπορεί να αποτελέσει βοηθητικό εργαλείο και βάση για τη γρήγορη και λεπτομερή μελέτη πολύ μεγάλου αριθμού και ποικιλίας επιθεμάτων. Repair of composite structures by implementing adhesively bonded patches is more and more widely adopted, especially in aeronautic industry. At the present master thesis, the design of repair patches that are inserted into a suitably formed niche of a repaired laminate plate was studied. The patches are stepped and they exhibit an elliptical shape at every ply. Furthermore, the ellipses of all plies are parallel to the length of the plate. More specifically, 5 different geometries of such elliptical patches were examined and they were compared to circular patch which has been proved optimum for the specific plate in the past. Each elliptical repair patch is designed according to methodologies and equations that involve the load type under which the patch must have adequate strength and the calculation of scarf angle and step length at every ply. Due to complexity of the optimization procedure of elliptical patches, an effort was made to develop a uniform , parametric and more automated tool for design, FE modeling and evaluation of near-optimum elliptical repair patches with different geometries. Thus, an algorithm was developed in Python. The code’s main operations are: calculation of a laminate plate’s theoretical equivalent strengths at x and y direction, calculation of elliptical patches’ dimensions, creation of finite element models of the repaired plate with each one of the designed patches , loaded under compression and tension and at 4 different directions (0⁰, 45⁰, 90⁰) and finally extraction, post-processing and comparison of the obtained results and detection of the optimum patch geometry. The evaluation of results is conducted considering each loading condition separately, then considering one load type and finally considering all loading cases. Furthermore, for the purpose of comparison of the results, the ratio of strength per unit of volume of pristine material loss (r) is calculated for each model. The evaluation is conducted taking into consideration mainly the r ratio. However, the algorithm is fully parametrically developed, so as to function smoothly regardless of the input values of parts’ dimensions, of layups, of material properties , of number of plies or of loading type and loading direction. The results reveal that by implementing a near-optimum elliptical repair patch, strength of the repaired plate can increase up to 10.5% and simultaneously r ratio can increase up to 391.9% , compared to the corresponding values of the optimum circular patch which has been proved to have 1/50 scarf ratio. In addition, the algorithm can potentially constitute a truly helpful tool for rapid and elaborate study of a large number and a wide variety of repair patches. 2023-02-23T09:17:13Z 2023-02-23T09:17:13Z 2023-02-02 https://hdl.handle.net/10889/24530 el CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf |
