Μηχανική ανάλυση τρισδιάστατου υφάσματος με χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τα στημονοπλεκτά υφάσματα διατήρησης απόστασης που χρησιμοποιούνται ως στοιχεία ενίσχυσης σε εφαρμογές σκυροδέματος. Πιο συγκεκριμένα τα υπό εξέταση υφάσματα με ενσωμάτωση μπετόν σχηματίζουν λεπτότοιχες σύνθετες δομές κατάλληλες για ελαφρές κατασκευές. Καθοριστική ιδιότητα των υφασμάτων διατήρησης απόστασης τόσο για την ενσωμάτωση του μπετόν όσο και κατά τη χρήση τους είναι η αντίσταση σε συμπίεση. Η συγκεκριμένη κατηγορία υφασμάτων αποτελείται από δύο εξωτερικά στρώματα ινών τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με ένα εσωτερικό στρώμα ινών (spacer layer). Το κενό μεταξύ των εξωτερικών στρωμάτων καθώς και ο προσανατολισμός των εσωτερικών στρωμάτων αποτελούν το spacer layer το οποίο σχετίζεται με τις ιδιαίτερες ιδιότητες αυτών των υφασμάτων. Έτσι σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι πρώτον η υπολογιστική μοντελοποίηση της δομικής μονάδας του υπό εξέταση υφάσματος, ώστε να αποδοθούν με όσο το δυνατό πιο ρεαλιστικό τρόπο τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά και δεύτερον είναι η μηχανική ανάλυση σε δοκιμή συμπίεσης. Επίσης γίνεται διερεύνηση της επίδρασης των χαρακτηριστικών των εσωτερικών νημάτων στη συμπεριφορά του υφάσματος σε συμπίεση. Για όλα τα παραπάνω έγινε χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων μέσω του λογισμικού πακέτου ANSYS.

The present work focuses on the geometrical representation of a typical warp-knitted spacer fabric structure for cement applications aiming at the generation of a reliable model for the mechanical analysis in compression. The spacer fabrics are three-dimensional textile structures consisting of two outer layers of fabric connected with an internal layer (the spacer layer). The space existing between the two outer layers and the orientation of the yarns constituting the spacer layer are related with the special attributes of spacer fabrics. The structural complexity of the spacer layer constitutes the basic obstacle for the modelling procedure. The unit cell of the investigated structure was used for the analysis. The fed length of the spacer yarns was considered for the calculation of the geometrical characteristics of the spacer layer, in order to create an accurate computational representation of the spacer fabric. The Finite Element Method was implemented for the evaluation of the structure and the simulation of the compression test.