Λυγισμός πολύστρωτων δοκών και πλακών από σύνθετα υλικά με γεωμετρικές ατέλειες: Παραμετρική μελέτη και πειραματική διερεύνηση

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται το φαινόμενο του λυγισμού σε κατασκευές από σύνθετα υλικά (πολύστρωτα FRP) που παρουσιάζουν έντονες γεωμετρικές ατέλειες. Συγκεκριμένα, γίνεται μελέτη λυγισμού τόσο για κατασκευαστικές δοκούς, όσο και για ορθογώνιες πλάκες, με συνοριακές συνθήκες πάκτωσης, αφού τέτοιου είδους κατασκευαστικά στοιχεία αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της γάστρας ενός σκάφους από FRP και επομένως, ο ορθολογικός σχεδιασμός αυτών των στοιχείων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό περιορισμό του συνολικού βάρους μιας κατασκευής. Με χρήση αναλυτικών αλλά και αριθμητικών μεθόδων, γίνεται προσέγγιση της λυγισμικής συμπεριφοράς (εκτίμηση κρίσιμου φορτίου λυγισμού) αυτών των κατασκευαστικών στοιχείων (δοκοί & πλάκες), ενώ για την εκτίμηση της επίδρασης των γεωμετρικών ατελειών στη συμπεριφορά αυτή, διενεργούνται αντίστοιχες παραμετρικές μελέτες με χρήση της μεθόδου αριθμητικής μοντελοποίησης πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Method – FEM), χρησιμοποιώντας ως παραμέτρους την κλίμακα, την έκταση, αλλά και το σημείο εμφάνισης της ατέλειας. Τέλος, μεγάλο μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η προσπάθεια πειραματικής διερεύνησης της λυγισμικής συμπεριφοράς πακτωμένων ορθογώνιων πολύστρωτων πλακών από FRP, που παρουσιάζουν σημαντικές γεωμετρικές ατέλειες.

The present thesis project focuses on buckling of composite structures (FRP laminates) under the impact of remarkable geometrical imperfections. In detail, buckling study is conducted for both structural columns (beams) and rectangular plates under clamped boundary conditions, since this kind of structural members are the biggest part of an FRP vessel hull, so that the rational design of these elements can lead to a considerable total weight reduction of a structure. By the means of analytical and numerical methods, an approach comes up concerning the buckling behavior (critical buckling load estimation) of these structural members (columns and plates). Moreover, respective parametrical buckling studies on both columns and plates, based on the Finite Element Method (FEM) Analysis are aiming to the estimation of the geometrical imperfections’ impact on buckling behavior, using the scale, the area and the place of the geometrical imperfection as parameters. Finally, a big part of this project is focused on the effort to experimentally investigate the buckling behavior of clamped rectangular FRP laminates including remarkable geometrical imperfections.