Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αριθμητική μελέτη της ταλαντωτικής απόκρισης δοκιμίων από σύνθετο θερμοπλαστικό υλικό με βλάβη λόγω κόπωσης υπό διέγερση λευκού θορύβου. Οι αριθμητικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση του υπολογιστικού πακέτου LS DYNA. Tα δοκίμια που μελε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25114 |
| id |
nemertes-10889-25114 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας Ανίχνευση με ταλαντωτικές μεθόδους Κόπωση Λευκός θόρυβος Διαστρωματική αποκόλληση Thermoplastics Structural health monitoring Vibration-based detection methods Fatigue White noise Delamination |
| spellingShingle |
Θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας Ανίχνευση με ταλαντωτικές μεθόδους Κόπωση Λευκός θόρυβος Διαστρωματική αποκόλληση Thermoplastics Structural health monitoring Vibration-based detection methods Fatigue White noise Delamination Χαλκιαδάκη, Ελένη Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| description |
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αριθμητική μελέτη της ταλαντωτικής απόκρισης δοκιμίων από σύνθετο θερμοπλαστικό υλικό με βλάβη λόγω κόπωσης υπό διέγερση λευκού θορύβου. Οι αριθμητικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση του υπολογιστικού πακέτου LS DYNA.
Tα δοκίμια που μελετήθηκαν αποτελούνταν από 16 ορθότροπες στρώσεις διάταξης [-45/0/45/90]2S πολυμερικής μήτρας από θερμοπλαστικό υλικό ενισχυμένης με ίνες άνθρακα και είχαν διαστάσεις 250mmx25mmx2.24mm. Οι συνοριακές συνθήκες που μοντελοποιήθηκαν περιόριζαν την μεταφορική κίνηση του δοκιμίου στην διεύθυνση y σε 2 σημεία. Η διέγερση του λευκού θορύβου μοντελοποιήθηκε με την βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου MATLAB. Έγινε χρήση του πεδίου συχνοτήτων για διευκόλυνση της σύγκρισης των αριθμητικών αποτελεσμάτων με τις πειραματικές μετρήσεις.
Αρχικά, έγιναν δοκιμαστικές αναλύσεις FRF(Frequency Response Function-συνάρτηση απόκρισης συχνότητας) και PSD (Power Spectral Density-Φάσμα Πυκνότητας Ισχύος) για την επιλογή των κατάλληλων συνοριακών συνθηκών, πυκνότητας πλέγματος και μέτρου του φορτίου λευκού θορύβου. Στη συνέχεια από τις εικόνες C-scan των δοκιμίων που έχουν υποστεί κόπωση έγινε η μοντελοποίηση των βλαβών. Η κύρια βλάβη που παρατηρήθηκε ήταν η διαστρωματική αποκόλληση και μοντελοποιήθηκε με μη συγχώνευση των κόμβων των στοιχείων και υποβάθμιση κατάλληλων ιδιοτήτων σε συγκεκριμένες στρώσεις.
Τα αποτελέσματα που πάρθηκαν ήταν σε μορφή διαγραμμάτων PSD. Πρώτα συγκρίθηκαν πειραματικά με αριθμητικά αποτελέσματα για το υγιές δοκίμιο καθώς και για τα δοκίμια με βλάβη. Στη συνέχεια, οι 3 επηρεαζόμενες φυσικές συχνότητες καθώς και παράμετροι βλάβης παρουσιάζονται ως κρίτηρια ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλάβης λόγω κόπωσης.
Τα αριθμητικά αποτελέσματα έχουν ικανοποιητική σύγκλιση με τα πειραματικά και μικρές αποκλίσεις οφείλονται κυρίως σε σφάλματα κατά το πείραμα και σε ατέλειες κατά την κατασκευή του υλικού. Έντονες διαφορές παρατηρήθηκαν στις ταλαντωτικές αποκρίσεις των διαφορετικών δοκιμίων μετά από ίδιους κύκλους φόρτισης καθώς και μεταβολές μετά από κάθε περίπτωση βλάβης σε κάθε δοκίμιο ξεχωριστά. Το πρώτο οφείλεται στην κατασκευή των υλικών που επηρεάζει τη διάδοση της βλάβης και επομένως έγινε διαφορετική μοντελοποίηση ενώ το δεύτερο στην υποβάθμιση του υλικού λόγω κόπωσης που έχει ως συνέπεια την μείωση των φυσικών συχνοτήτων. Τέλος, έγινε κατηγοριοποίηση βλαβών χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους βλάβης βασισμένοι στη γεωμετρία και υποβάθμιση των ιδιοτήτων, τις φυσικές συχνότητες και το εμβαδόν από τις ταλαντωτικές αποκρίσεις. |
| author2 |
Chalkiadaki, Eleni |
| author_facet |
Chalkiadaki, Eleni Χαλκιαδάκη, Ελένη |
| author |
Χαλκιαδάκη, Ελένη |
| author_sort |
Χαλκιαδάκη, Ελένη |
| title |
Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| title_short |
Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| title_full |
Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| title_fullStr |
Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| title_full_unstemmed |
Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| title_sort |
αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25114 |
| work_keys_str_mv |
AT chalkiadakēelenē arithmētikēmeletēanichneusēskaikatēgoriopoiēsēsblabōnlogōkopōsēssethermoplastikaylikamesōstochastikōnsēmatōntalantōsēs AT chalkiadakēelenē numericalfatiguedamagedetectionandclassificationinthermoplasticsthroughrandomvibrationsignals |
| _version_ |
1771297129610870784 |
| spelling |
nemertes-10889-251142023-06-21T03:51:31Z Αριθμητική μελέτη ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλαβών λόγω κόπωσης σε θερμοπλαστικά υλικά μέσω στοχαστικών σημάτων ταλάντωσης Numerical fatigue damage detection and classification in thermoplastics through random vibration signals Χαλκιαδάκη, Ελένη Chalkiadaki, Eleni Θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας Ανίχνευση με ταλαντωτικές μεθόδους Κόπωση Λευκός θόρυβος Διαστρωματική αποκόλληση Thermoplastics Structural health monitoring Vibration-based detection methods Fatigue White noise Delamination Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αριθμητική μελέτη της ταλαντωτικής απόκρισης δοκιμίων από σύνθετο θερμοπλαστικό υλικό με βλάβη λόγω κόπωσης υπό διέγερση λευκού θορύβου. Οι αριθμητικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση του υπολογιστικού πακέτου LS DYNA. Tα δοκίμια που μελετήθηκαν αποτελούνταν από 16 ορθότροπες στρώσεις διάταξης [-45/0/45/90]2S πολυμερικής μήτρας από θερμοπλαστικό υλικό ενισχυμένης με ίνες άνθρακα και είχαν διαστάσεις 250mmx25mmx2.24mm. Οι συνοριακές συνθήκες που μοντελοποιήθηκαν περιόριζαν την μεταφορική κίνηση του δοκιμίου στην διεύθυνση y σε 2 σημεία. Η διέγερση του λευκού θορύβου μοντελοποιήθηκε με την βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου MATLAB. Έγινε χρήση του πεδίου συχνοτήτων για διευκόλυνση της σύγκρισης των αριθμητικών αποτελεσμάτων με τις πειραματικές μετρήσεις. Αρχικά, έγιναν δοκιμαστικές αναλύσεις FRF(Frequency Response Function-συνάρτηση απόκρισης συχνότητας) και PSD (Power Spectral Density-Φάσμα Πυκνότητας Ισχύος) για την επιλογή των κατάλληλων συνοριακών συνθηκών, πυκνότητας πλέγματος και μέτρου του φορτίου λευκού θορύβου. Στη συνέχεια από τις εικόνες C-scan των δοκιμίων που έχουν υποστεί κόπωση έγινε η μοντελοποίηση των βλαβών. Η κύρια βλάβη που παρατηρήθηκε ήταν η διαστρωματική αποκόλληση και μοντελοποιήθηκε με μη συγχώνευση των κόμβων των στοιχείων και υποβάθμιση κατάλληλων ιδιοτήτων σε συγκεκριμένες στρώσεις. Τα αποτελέσματα που πάρθηκαν ήταν σε μορφή διαγραμμάτων PSD. Πρώτα συγκρίθηκαν πειραματικά με αριθμητικά αποτελέσματα για το υγιές δοκίμιο καθώς και για τα δοκίμια με βλάβη. Στη συνέχεια, οι 3 επηρεαζόμενες φυσικές συχνότητες καθώς και παράμετροι βλάβης παρουσιάζονται ως κρίτηρια ανίχνευσης και κατηγοριοποίησης βλάβης λόγω κόπωσης. Τα αριθμητικά αποτελέσματα έχουν ικανοποιητική σύγκλιση με τα πειραματικά και μικρές αποκλίσεις οφείλονται κυρίως σε σφάλματα κατά το πείραμα και σε ατέλειες κατά την κατασκευή του υλικού. Έντονες διαφορές παρατηρήθηκαν στις ταλαντωτικές αποκρίσεις των διαφορετικών δοκιμίων μετά από ίδιους κύκλους φόρτισης καθώς και μεταβολές μετά από κάθε περίπτωση βλάβης σε κάθε δοκίμιο ξεχωριστά. Το πρώτο οφείλεται στην κατασκευή των υλικών που επηρεάζει τη διάδοση της βλάβης και επομένως έγινε διαφορετική μοντελοποίηση ενώ το δεύτερο στην υποβάθμιση του υλικού λόγω κόπωσης που έχει ως συνέπεια την μείωση των φυσικών συχνοτήτων. Τέλος, έγινε κατηγοριοποίηση βλαβών χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους βλάβης βασισμένοι στη γεωμετρία και υποβάθμιση των ιδιοτήτων, τις φυσικές συχνότητες και το εμβαδόν από τις ταλαντωτικές αποκρίσεις. The object of this thesis is the numerical study of the vibration response of composite thermoplastic material with fatigue damage under white noise excitation. The numerical analyses were performed using the LS DYNA computing package. The specimens studied consisted of 16 orthotropic layers of [-45/0/45/90]2S a polymer matrix of thermoplastic material reinforced with carbon fibers and had dimensions of 250mmx25mmx2.24mm. The modeled boundary conditions limited the translational movement of the specimen in the y direction at 2 set of nodes. The white noise excitation was modeled using the MATLAB computing package. The frequency domain was used to facilitate the comparison of numerical results with experimental measurements. Firstly, FRF (Frequency Response Function) and PSD (Power Spectral Density) test analyses were performed to select the appropriate boundary conditions, mesh and white noise load. Then, from the C-scan images of the fatigued specimens, the damage was modeled. The main damage observed was delamination and was modeled by non-merging of element nodes and degradation of appropriate properties in specific layers. The results obtained were in the form of PSD diagrams. At first, experimental and numerical results were compared for the healthy specimen as well as for the damaged specimens. Then, the 3 main affected natural frequencies as well as damage parameters are presented as fatigue damage detection and classification criteria. The numerical results have a satisfactory convergence with the experimental ones and small deviations are mainly due to errors during the experiment and to defections during the construction of the material. Strong differences were observed in the vibration responses of the different specimens after the same loading cycles as well as changes after each case of damage in each specimen separately. The first is due to the construction of the materials which affects the propagation of the damage and therefore a different modeling was done, while the second is due to the degradation of the material due to fatigue which results in the reduction of the natural frequencies. Finally, damage classification was done using damage parameters based on geometry and property degradation, natural frequencies and area from the oscillatory responses. 2023-06-20T05:20:43Z 2023-06-20T05:20:43Z 2023-06-19 https://hdl.handle.net/10889/25114 el application/pdf |
