Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη διερεύνηση καινοτόμου διαδικασίας προετοιμασίας επιφάνειας συνθέτων υλικών προς σύνδεση με κόλλες, μέσω χρήσης laser. Περιλαμβάνει τρία βασικά μέρη. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά και ειδικότερα στα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα πολυμερή...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25336 |
| id |
nemertes-10889-25336 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ενισχυμένα με ίνες άνθρακα σύνθετα υλικά Λέιζερ Επιφανειακή κατεργασία Στατιστική βελτιστοποίηση Θραυστoμηχανικές δοκιμές τύπου I Carbon fiber reinforced composites Laser Surface treatment Statistical optimization Mode I fracture toughness tests |
| spellingShingle |
Ενισχυμένα με ίνες άνθρακα σύνθετα υλικά Λέιζερ Επιφανειακή κατεργασία Στατιστική βελτιστοποίηση Θραυστoμηχανικές δοκιμές τύπου I Carbon fiber reinforced composites Laser Surface treatment Statistical optimization Mode I fracture toughness tests Μαλαφάντη, Χριστίνα Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη διερεύνηση καινοτόμου διαδικασίας
προετοιμασίας επιφάνειας συνθέτων υλικών προς σύνδεση με κόλλες, μέσω χρήσης laser.
Περιλαμβάνει τρία βασικά μέρη. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά και
ειδικότερα στα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα πολυμερή (CFRP- Carbon Fiber Reinforced
Polymer). Εξετάζεται η μέθοδος προετοιμασίας της επιφάνειας με χρήση laser και περιγράφεται
η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιείται με τα χαρακτηριστικά του laser. Ακολουθεί η
περιγραφή της κατασκευής δοκιμίων μέσω συγκόλλησης με εποξεική κόλλα. Τα επακόλουθα
δείγματα υποβάλλονται σε πειράματα Θραυστομηχανικών Δοκιμών Mode Ι προκειμένου να
μελετηθούν οι θραυστομηχανικές ιδιότητές τους. Τέλος, γίνεται στατιστική διερεύνηση και
ανάλυση των αποτελεσμάτων των πειραμάτων.
Στην εισαγωγή, αναφέρεται η αυξανόμενη χρήση των συνθέτων υλικών, ιδιαίτερα των
ενισχυμένων με ίνες άνθρακα πολυμερών, σε δομές που απαιτούν υψηλές ειδικές μηχανικές
ιδιότητες. Αναφέρονται εφαρμογές στην αεροδιαστημική, αλλά και σε καθημερινούς εφαρμογές.
Επίσης, αναφέρεται η ανάγκη επιδιόρθωσης των δομών από σύνθετα υλικά λόγω βλαβών ή
φθορών και η αναζήτηση νέων μεθόδων επιφανειακής κατεργασίας με τη χρήση laser.
Επισημαίνεται η αυτοματοποίηση της διαδικασίας και η βελτιστοποίηση των μηχανικών
ιδιοτήτων των συνδέσεων με τη χρήση laser.
Στη συνέχεια, με τη χρήση ενός πράσινου laser και την εφαρμογή στατιστικών εργαλείων
όπως ο Σχεδιασμός Box-Behnken, πραγματοποιήθηκαν 15 πειράματα για να καθοριστούν οι
βέλτιστες ρυθμίσεις τριών παραμέτρων: ταχύτητα σάρωσης, συχνότητα και απόσταση μεταξύ
των σαρώσεων. Έπειτα, πραγματοποιήθηκαν Θραυστομηχανικές Δοκιμές Mode Ι ώστε να
υπολογισθεί ο Ρυθμός Εκλυόμενης Ενέργειας στην έναρξη της ρωγμής (Ginitiation) και κατά
την διάδοση της ρωγμής (Gpropagation) για καθένα από τα δοκίμια μέσω των R-Καμπύλων. Με
τη χρήση της ανάλυσης των διασπορών (ANOVA), πραγματοποιήθηκε μελέτη για τους
παράγοντες αυτούς και τη στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων των πειραμάτων |
| author2 |
Malafanti, Christina |
| author_facet |
Malafanti, Christina Μαλαφάντη, Χριστίνα |
| author |
Μαλαφάντη, Χριστίνα |
| author_sort |
Μαλαφάντη, Χριστίνα |
| title |
Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| title_short |
Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| title_full |
Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| title_fullStr |
Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| title_full_unstemmed |
Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| title_sort |
επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25336 |
| work_keys_str_mv |
AT malaphantēchristina epexergasiaepiphaneiōnsynthetōnylikōnmelasergiasyndesēmekolla AT malaphantēchristina laserbasedsurfacetreatmentforadhesivebondingofcompositematerials |
| _version_ |
1771297136790470656 |
| spelling |
nemertes-10889-253362023-07-05T03:52:44Z Επεξεργασία επιφανειών συνθέτων υλικών με laser για σύνδεση με κόλλα Laser based surface treatment for adhesive bonding of composite materials Μαλαφάντη, Χριστίνα Malafanti, Christina Ενισχυμένα με ίνες άνθρακα σύνθετα υλικά Λέιζερ Επιφανειακή κατεργασία Στατιστική βελτιστοποίηση Θραυστoμηχανικές δοκιμές τύπου I Carbon fiber reinforced composites Laser Surface treatment Statistical optimization Mode I fracture toughness tests Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη διερεύνηση καινοτόμου διαδικασίας προετοιμασίας επιφάνειας συνθέτων υλικών προς σύνδεση με κόλλες, μέσω χρήσης laser. Περιλαμβάνει τρία βασικά μέρη. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά και ειδικότερα στα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα πολυμερή (CFRP- Carbon Fiber Reinforced Polymer). Εξετάζεται η μέθοδος προετοιμασίας της επιφάνειας με χρήση laser και περιγράφεται η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιείται με τα χαρακτηριστικά του laser. Ακολουθεί η περιγραφή της κατασκευής δοκιμίων μέσω συγκόλλησης με εποξεική κόλλα. Τα επακόλουθα δείγματα υποβάλλονται σε πειράματα Θραυστομηχανικών Δοκιμών Mode Ι προκειμένου να μελετηθούν οι θραυστομηχανικές ιδιότητές τους. Τέλος, γίνεται στατιστική διερεύνηση και ανάλυση των αποτελεσμάτων των πειραμάτων. Στην εισαγωγή, αναφέρεται η αυξανόμενη χρήση των συνθέτων υλικών, ιδιαίτερα των ενισχυμένων με ίνες άνθρακα πολυμερών, σε δομές που απαιτούν υψηλές ειδικές μηχανικές ιδιότητες. Αναφέρονται εφαρμογές στην αεροδιαστημική, αλλά και σε καθημερινούς εφαρμογές. Επίσης, αναφέρεται η ανάγκη επιδιόρθωσης των δομών από σύνθετα υλικά λόγω βλαβών ή φθορών και η αναζήτηση νέων μεθόδων επιφανειακής κατεργασίας με τη χρήση laser. Επισημαίνεται η αυτοματοποίηση της διαδικασίας και η βελτιστοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων των συνδέσεων με τη χρήση laser. Στη συνέχεια, με τη χρήση ενός πράσινου laser και την εφαρμογή στατιστικών εργαλείων όπως ο Σχεδιασμός Box-Behnken, πραγματοποιήθηκαν 15 πειράματα για να καθοριστούν οι βέλτιστες ρυθμίσεις τριών παραμέτρων: ταχύτητα σάρωσης, συχνότητα και απόσταση μεταξύ των σαρώσεων. Έπειτα, πραγματοποιήθηκαν Θραυστομηχανικές Δοκιμές Mode Ι ώστε να υπολογισθεί ο Ρυθμός Εκλυόμενης Ενέργειας στην έναρξη της ρωγμής (Ginitiation) και κατά την διάδοση της ρωγμής (Gpropagation) για καθένα από τα δοκίμια μέσω των R-Καμπύλων. Με τη χρήση της ανάλυσης των διασπορών (ANOVA), πραγματοποιήθηκε μελέτη για τους παράγοντες αυτούς και τη στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων των πειραμάτων This diploma thesis deals with the investigation of an innovative process for preparing the surface of composite materials for co-bonding using lasers. It consists of three main parts. Firstly, an introduction is provided on composite materials, specifically focusing on Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP). The method of surface preparation using laser is examined, and the experimental setup with laser characteristics is described. This is followed by a description of the construction of test specimens through bonding with epoxy adhesive. The resulting samples undergo Mode I Fracture Testing experiments to study their fracture mechanical properties. Finally, a statistical investigation and analysis of the experimental results are conducted. In the introduction, the increasing use of composite materials, particularly carbon fiber reinforced polymers, in structures requiring high specific mechanical properties is mentioned. Applications in aerospace as well as everyday applications are discussed. The need for repair of structures made of composite materials due to damages or degradation and the search for new surface processing methods using lasers are highlighted. The automation of the process and the optimization of the mechanical properties of the co-bonding through laser usage are emphasized. Next, using a green laser and statistical tools such as Box-Behnken Design, 15 experiments were performed to determine the optimal settings of three parameters: scanning speed, frequency, and distance between scans. Then, Mode I FractureToughness Tests were conducted to calculate the Energy Release Rate at crack initiation (G initiation) and during crack propagation (G propagation) for each specimen using R-Curves Method. By utilizing Analysis of Variance (ANOVA), a study was conducted on these factors and the statistical analysis of the experimental results. 2023-07-04T10:42:38Z 2023-07-04T10:42:38Z 2023-07-07 https://hdl.handle.net/10889/25336 el Attribution-NonCommercial 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/ application/pdf |
