Επισκευή Χαλύβδινων Ναυπηγικών Κατασκευών με Επιθέματα Σύνθετων Υλικών - Παραμετρική Μελέτη

Abstract

Το παρόν κείμενο αποτελεί την πλήρη έκθεση της μελέτης που πραγματοποιήθηκε από τον υπογράφοντα στα πλαίσια της διπλωματικής του εργασίας, με αντικείμενο την παραμετρική μελέτη με πεπερασμένα στοιχεία της μεθόδου επισκευής χαλύβδινων ναυπηγικών κατασκευών με τη χρήση επιθεμάτων σύνθετου υλικού. Επιγραμματικά, ο τρόπος αυτός επισκευής συνίσταται στην επικάλυψη τμήματος ενός ελάσματος το οποίο φέρει ρωγμή, με ένα επίθεμα από σύνθετο υλικό και με στόχο την παραλαβή μέρους του φορτίου από το έλασμα, ώστε να μειωθούν οι τάσεις στη διατομή της ρωγμής και να ανασχεθεί η επέκταση αυτής. Η σύνδεση του επιθέματος με το έλασμα γίνεται μέσω ενός λεπτού στρώματος κόλλας. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια πρώτη μελέτη της σκοπιμότητας της ανάπτυξης της μεθόδου, γίνεται η ανασκόπηση των έως τώρα καταγεγραμμένων εφαρμογών της και περιγράφονται αναλυτικά τα υλικά που χρησιμοποιούνται και οι διαδικασίες που ακολουθούνται κατά την εφαρμογή της. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στη θεωρία της ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία, παρουσιάζεται συνοπτικά η αναλυτική θεωρία που περιγράφει τη μέθοδο, ενώ παρουσιάζεται και αναλύεται η διαδικασία που ακολούθησε ο υπογράφων στα πλαίσια της δημιουργίας ενός αξιόπιστου μοντέλου της μεθόδου στο πακέτο λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται εκτενώς η διαδικασία που ακολουθήθηκε κατά την εκτέλεση της παραμετρικής μελέτης της γεωμετρίας του επιθέματος, ενώ παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα της μελέτης και εντοπίζονται τα ιδιαίτερα χρήσιμα συμπεράσματα που προκύπτουν από αυτά. Τα σημαντικότερα συμπεράσματα της μελέτης συνοψίζονται στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο. Στο παράρτημα της έκθεσης παρέχονται οι βασικές μορφές κώδικα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μοντελοποίηση της μεθόδου στο ANSYS.

This essay comprises the complete report of the study, performed by the author as part of his diploma thesis, whose subject was the parametric study with finite element analysis of composite patch repairs on steel naval structures. In short, this method of repair consists of applying a patch made of composite material, on the area of a steel plate where a crack has been initiated. The goal is for the patch to carry part of the load applied to the plate, so that the stresses on the cross-section of the plate are reduced. It is expected that the expansion of the crack will be halted as a result. The composite patch is connected to the plate's surface by means of a suitable adhesive layer. In the first chapter, a preliminary feasibility study is performed, along with a review of important known applied cases of the method, as well as a thorough presentation of the method, regarding the materials and processes normally utilised in its application. The second chapter begins with an introduction to finite element analysis, followed by a brief study on the analytical theories available on describing the method. The complete procedure followed by the author to create and validate the method's finite element model is then described. In the third chapter, the procedure followed while performing the parametric study is presented in full, while its results are thoroughly analyzed and commented. The fourth chapter consists of a synopsis of the conclusions and results that this study has accomplished. Finally in the Appendix, all variations of the programming code of the finite element models used throughout the study are being presented.