Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων
Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό την πλήρη μοντελοποίηση και μελέτη ενός κοχλία τύπου 8.8 διαστάσεων Μ8*150 από ανθρακοχάλυβα γνωστών προδιαγραφών με εγκοπή τύπου U βάθους 2 χιλιοστών για μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων και συνεπώς γρηγορότερη αστοχία, τόσο σε στατική όσο και σε δυναμική μονοαξονική κα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24801 |
| id |
nemertes-10889-24801 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μετρητική μέθοδος Rainflow Συγκέντρωση τάσεων Μοντέλα τάσεων και παραμορφώσεων Συσσώρευση βλάβης Ισοδύναμη τάση von-Mises Stress concentration Rainflow counting method Von-Mises equivalent stress Damage accumulation Stress and strain models |
| spellingShingle |
Μετρητική μέθοδος Rainflow Συγκέντρωση τάσεων Μοντέλα τάσεων και παραμορφώσεων Συσσώρευση βλάβης Ισοδύναμη τάση von-Mises Stress concentration Rainflow counting method Von-Mises equivalent stress Damage accumulation Stress and strain models Δαμιανόπουλος, Χριστόφορος Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| description |
Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό την πλήρη μοντελοποίηση και μελέτη ενός
κοχλία τύπου 8.8 διαστάσεων Μ8*150 από ανθρακοχάλυβα γνωστών προδιαγραφών
με εγκοπή τύπου U βάθους 2 χιλιοστών για μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων και
συνεπώς γρηγορότερη αστοχία, τόσο σε στατική όσο και σε δυναμική μονοαξονική
και διαξονική φόρτιση με μοντέλα τάσεων και παραμορφώσεων. Αυτό επιτυγχάνεται
με τη χρήση του προγράμματος προσομοίωσης Ansys για τη μοντελοποίηση της
διάταξης του κοχλία και την εξαγωγή των ζητούμενων αποτελεσμάτων και στη
συνέχεια υπολογίζονται τα αντίστοιχα θεωρητικά αποτελέσματα όπως αυτά
προκύπτουν από τη θεωρία τάσεων, παραμορφώσεων και κόπωσης. Τα
αποτελέσματα που μας ενδιαφέρουν είναι αρχικά για τη μονοαξονική φόρτιση, η
στατική ανάλυση του κοχλία όταν του ασκείται σταθερή δύναμη στον άξονα y σε
συγκεκριμένο σημείο του υπολογίζοντας την ισοδύναμη τάση von-Mises και την
ισοδύναμη παραμόρφωση von-Mises. Στη συνέχεια ακολουθεί η δυναμική ανάλυση
του κοχλία η οποία μελετά τη συμπεριφορά του δοκιμίου αρχικά σε καθαρά
εναλλασσόμενη τάση υπό την οποία καταπονείται ο κοχλίας λόγω της ίδιας δύναμης
με αυτή που χρησιμοποιήθηκε στη στατική ανάλυση και στη συνέχεια σε
επαναλαμβανόμενο τυχαίο ιστορικό φόρτισης που περιέχει φορτία μικρότερα ή ίσα
με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην καθαρά εναλλασσόμενη φόρτιση και που
μοντελοποιείται με χρήση της μετρητικής μεθόδου Rainflow για την εξαγωγή πλήρων
κύκλων φόρτισης από το τυχαίο ιστορικό με σκοπό τη σύγκριση της συμπεριφοράς
του δοκιμίου στις 2 διαφορετικές αυτές φορτίσεις. Ο υπολογισμός της συσσώρευσης
βλάβης γίνεται με το γραμμικό αθροιστικό κανόνα του Miner, αλλά και με ένα
μοντέλο μη γραμμική συσσώρευσης βλάβης με σκοπό τη σύγκρισή τους. Αυτή η
ανάλυση γίνεται με 2 διαφορετικά μοντέλα, αρχικά με μοντέλα τάσεων και στη
συνέχεια παραμορφώσεων. Και στη δυναμική ανάλυση γίνεται αυτή η σύγκριση
αποτελεσμάτων μεταξύ των μεθόδων που αναφέραμε και στη στατική ανάλυση, αλλά
και επιπλέον σύγκριση των αποτελεσμάτων των 2 αυτών μεθόδων μεταξύ τους.
Μόλις ολοκληρωθεί η μονοαξονική ανάλυση μπορούμε να προχωρήσουμε στην
ανάλυση για διαξονική καταπόνηση όπου προσθέτουμε μια στρεπτική ροπή στο ίδιο
σημείο που εφαρμόζεται και η δύναμη με σκοπό την ανάπτυξη διατμητικών τάσεων.
Οι αναλύσεις που γίνονται στη διαξονική καταπόνηση είναι ακριβώς οι ίδιες με αυτές
της μονοαξονικής που αναφέραμε. Πολύ σημαντικό τμήμα της εργασίας αποτελεί η
επίδραση της εγκοπής στη συμπεριφορά του δοκιμίου τόσο στη στατική όσο και στη
δυναμική ανάλυση καθώς είναι υπεύθυνη για το φαινόμενο της συγκέντρωσης
τάσεων όσο για την υποβάθμιση της αντοχής του κοχλία σε κόπωση. Αφού τα
αποτελέσματα έχουν εξαχθεί τόσο από το μοντέλο όσο και από τους θεωρητικούς
υπολογισμούς η εργασία μπορεί να προχωρήσει στο τελικό στάδιο που είναι η
σύγκριση των αποτελεσμάτων κάθε μεθόδου και η εξαγωγή συμπερασμάτων για την
ακρίβεια των μεθόδων αυτών, της ποιότητας του μοντέλου καθώς και η πρόταση
ιδεών για τη βελτίωση της συμπεριφοράς του κοχλία σε κόπωση. |
| author2 |
Damianopoulos, Christoforos |
| author_facet |
Damianopoulos, Christoforos Δαμιανόπουλος, Χριστόφορος |
| author |
Δαμιανόπουλος, Χριστόφορος |
| author_sort |
Δαμιανόπουλος, Χριστόφορος |
| title |
Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| title_short |
Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| title_full |
Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| title_fullStr |
Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| title_full_unstemmed |
Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| title_sort |
ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24801 |
| work_keys_str_mv |
AT damianopouloschristophoros psēphiakodidymogiameletēkopōsēsmetallikōndokimiōnbasismenēsemontelataseōnparamorphōseōn AT damianopouloschristophoros digitaltwinsforfatigueanalysisofmetallicpartsbasedonstressstrainmodels |
| _version_ |
1771297280738983936 |
| spelling |
nemertes-10889-248012023-03-14T04:37:50Z Ψηφιακό δίδυμο για μελέτη κόπωσης μεταλλικών δοκιμίων βασισμένη σε μοντέλα τάσεων - παραμορφώσεων Digital twins for fatigue analysis of metallic parts based on stress - strain models Δαμιανόπουλος, Χριστόφορος Damianopoulos, Christoforos Μετρητική μέθοδος Rainflow Συγκέντρωση τάσεων Μοντέλα τάσεων και παραμορφώσεων Συσσώρευση βλάβης Ισοδύναμη τάση von-Mises Stress concentration Rainflow counting method Von-Mises equivalent stress Damage accumulation Stress and strain models Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό την πλήρη μοντελοποίηση και μελέτη ενός κοχλία τύπου 8.8 διαστάσεων Μ8*150 από ανθρακοχάλυβα γνωστών προδιαγραφών με εγκοπή τύπου U βάθους 2 χιλιοστών για μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων και συνεπώς γρηγορότερη αστοχία, τόσο σε στατική όσο και σε δυναμική μονοαξονική και διαξονική φόρτιση με μοντέλα τάσεων και παραμορφώσεων. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση του προγράμματος προσομοίωσης Ansys για τη μοντελοποίηση της διάταξης του κοχλία και την εξαγωγή των ζητούμενων αποτελεσμάτων και στη συνέχεια υπολογίζονται τα αντίστοιχα θεωρητικά αποτελέσματα όπως αυτά προκύπτουν από τη θεωρία τάσεων, παραμορφώσεων και κόπωσης. Τα αποτελέσματα που μας ενδιαφέρουν είναι αρχικά για τη μονοαξονική φόρτιση, η στατική ανάλυση του κοχλία όταν του ασκείται σταθερή δύναμη στον άξονα y σε συγκεκριμένο σημείο του υπολογίζοντας την ισοδύναμη τάση von-Mises και την ισοδύναμη παραμόρφωση von-Mises. Στη συνέχεια ακολουθεί η δυναμική ανάλυση του κοχλία η οποία μελετά τη συμπεριφορά του δοκιμίου αρχικά σε καθαρά εναλλασσόμενη τάση υπό την οποία καταπονείται ο κοχλίας λόγω της ίδιας δύναμης με αυτή που χρησιμοποιήθηκε στη στατική ανάλυση και στη συνέχεια σε επαναλαμβανόμενο τυχαίο ιστορικό φόρτισης που περιέχει φορτία μικρότερα ή ίσα με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην καθαρά εναλλασσόμενη φόρτιση και που μοντελοποιείται με χρήση της μετρητικής μεθόδου Rainflow για την εξαγωγή πλήρων κύκλων φόρτισης από το τυχαίο ιστορικό με σκοπό τη σύγκριση της συμπεριφοράς του δοκιμίου στις 2 διαφορετικές αυτές φορτίσεις. Ο υπολογισμός της συσσώρευσης βλάβης γίνεται με το γραμμικό αθροιστικό κανόνα του Miner, αλλά και με ένα μοντέλο μη γραμμική συσσώρευσης βλάβης με σκοπό τη σύγκρισή τους. Αυτή η ανάλυση γίνεται με 2 διαφορετικά μοντέλα, αρχικά με μοντέλα τάσεων και στη συνέχεια παραμορφώσεων. Και στη δυναμική ανάλυση γίνεται αυτή η σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ των μεθόδων που αναφέραμε και στη στατική ανάλυση, αλλά και επιπλέον σύγκριση των αποτελεσμάτων των 2 αυτών μεθόδων μεταξύ τους. Μόλις ολοκληρωθεί η μονοαξονική ανάλυση μπορούμε να προχωρήσουμε στην ανάλυση για διαξονική καταπόνηση όπου προσθέτουμε μια στρεπτική ροπή στο ίδιο σημείο που εφαρμόζεται και η δύναμη με σκοπό την ανάπτυξη διατμητικών τάσεων. Οι αναλύσεις που γίνονται στη διαξονική καταπόνηση είναι ακριβώς οι ίδιες με αυτές της μονοαξονικής που αναφέραμε. Πολύ σημαντικό τμήμα της εργασίας αποτελεί η επίδραση της εγκοπής στη συμπεριφορά του δοκιμίου τόσο στη στατική όσο και στη δυναμική ανάλυση καθώς είναι υπεύθυνη για το φαινόμενο της συγκέντρωσης τάσεων όσο για την υποβάθμιση της αντοχής του κοχλία σε κόπωση. Αφού τα αποτελέσματα έχουν εξαχθεί τόσο από το μοντέλο όσο και από τους θεωρητικούς υπολογισμούς η εργασία μπορεί να προχωρήσει στο τελικό στάδιο που είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων κάθε μεθόδου και η εξαγωγή συμπερασμάτων για την ακρίβεια των μεθόδων αυτών, της ποιότητας του μοντέλου καθώς και η πρόταση ιδεών για τη βελτίωση της συμπεριφοράς του κοχλία σε κόπωση. The purpose of this thesis is the complete modeling and study of a type 8.8 screw of dimensions M8*150 made of carbon steel of known specifications with a 2mm deep U-type notch for greater stress concentration and therefore faster failure, both in static and dynamic uniaxial and biaxial loading using stress and strain models. This is achieved by using the Ansys simulation program to model the screw arrangement and derive the required results and then calculate the corresponding theoretical results as derived from stress, strain and fatigue theory. The results we are interested in are initially, the static analysis of the screw when a constant force is applied to it in the y-axis at a specific point by calculating the von Mises equivalent stress and strain. This is followed by the dynamic analysis of the bolt which studies the behavior of the specimen initially under purely alternating stress under which the bolt is under the same force as the one used in the static analysis and then under a repeated random loading history containing loads smaller or equal to the one used in purely alternating loading and modeled using the Rainflow counting method to extract full loading cycles from the random history for the purpose of comparing behavior of the specimen under these 2 different loadings. The calculation of damage accumulation is done with Miner's linear cumulative rule, but also with a non-linear damage accumulation model in order to compare them. This analysis is done with 2 different models, first stress models and then strain models. After dynamic analysis, a comparison of results is made between the methods used in static analysis as well, but also an additional comparison of the results of these 2 methods with each other. Once the uniaxial analysis is complete, we can proceed to the analysis for biaxial stress where we add a torsional moment at the same point where the force is applied in order to develop shear stresses. The analyzes performed for the biaxial loading are exactly the same as those mentioned in uniaxial loading. A very important part of this thesis is the effect of the notch on the behavior of the specimen in both static and dynamic analysis as it is responsible for the phenomenon of stress concentration as well as the degradation of the fatigue strength of the bolt. After the results have been extracted both from the model and from the theoretical calculations, the thesis can proceed to the final stage which is the comparison of the results of each method and the drawing of conclusions about the accuracy of these methods, the quality of the model as well as the proposal ideas for improving the fatigue behavior of the screw. 2023-03-13T07:37:26Z 2023-03-13T07:37:26Z 2023-03-12 https://hdl.handle.net/10889/24801 el Attribution-NonCommercial 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/ application/pdf |
