Μαθηματική προτυποποιήση του προβλήματος αλλοίωσης υλικών λόγω διάχυσης σε συνθήκες πτήσης και προγραμματισμός σε MATLAB

Φτάκα, Ευαγγελία; Ftaka, Evangelia

dc.contributor.author	Φτάκα, Ευαγγελία	el
dc.contributor.author	Ftaka, Evangelia
dc.date.accessioned	2015-06-18T07:19:02Z
dc.date.available	2015-06-18T07:19:02Z
dc.date.issued	2015-06-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40861
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5095
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μαθηματική Προτυποποίηση σε Σύγχρονες Τεχνολογίες στην Οικονομία”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μαθηματική προτυποποίηση	el
dc.subject	Αλλοίωση υλικών	el
dc.subject	Διάχυση	el
dc.subject	Συνθήκες πτήσης	el
dc.subject	MATLAB	el
dc.title	Μαθηματική προτυποποιήση του προβλήματος αλλοίωσης υλικών λόγω διάχυσης σε συνθήκες πτήσης και προγραμματισμός σε MATLAB	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	MATLAB	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-01-23
heal.abstract	Τα στερεά υλικά περιέχουν προσμείξεις, εκ κατασκευής ή εκ της διαδικασίας καθαρισμού τους, που διαχέονται στο περιβάλλον όταν εκτίθενται σε συνθήκες κενού, ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες. Μερικά υλικά όπως τα πλαστικά και τα ακρυλικά τείνουν να αποσυντίθενται υπό συνθήκες κενού. Επίσης, ουσίες που απορροφήθηκαν από τα διάφορα υλικά κατά τον χρόνο κατασκευής των σκαφών, και κατά τη διάρκεια καθαρισμού, δοκιμής και εκτόξευσης αυτών είναι δυνατόν να απελευθερωθούν από την επιφάνειά τους. Αυτά τα αποδεσμευμένα από τα υλικά προϊόντα αποτελούν μια μόνιμη πηγή μόλυνσης για τα σκάφη. Ειδικά τα πολυμοριακά είδη όπως διάφορα τμήματα αλυσίδας υδρογοναναθράκων και οι σιλικόνες είναι τα πιο επικίνδυνα εξαιτίας της τάσης τους να εναποτίθενται σε ευαίσθητες λειτουργικές επιφάνειες. Αυτού του είδους η μόλυνση γίνεται μείζον ζήτημα σε μια μεγάλης διάρκειας πτήση αλλοιώνοντας τις οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες διαφόρων στοιχείων που απαρτίζουν τα σκάφη και την ευστάθειά τους υπό ακτινοβολία. Για τον σκοπό αυτό, ο ρυθμός διάχυσης κρίσιμων υλικών πρέπει να προσδιοριστεί. Δυναμικά τεστ διεξάγονται για τη μελέτη του μεγέθους διάχυσης και της χρονικής εξέλιξης αυτής και επιχειρούνται μακροπρόθεσμες προβλέψεις. Η μέθοδος προσδιορισμού της κινητικής του φαινομένου διάχυσης ενός δείγματος και της εναπόθεσης των μολυντών σε συλλέκτες υπό συνθήκες κενού που ορίζει το ESTEC καλείται VBQC (Vacuum Balance Quartz Crystal – Ζυγός Κρυστάλλου Χαλαζία υπό συνθήκες κενού). Το σύστημα βασίζεται στη χρήση Μικροζυγών Κρυστάλλου Χαλαζία (QCMs - Quartz Crystal Microbalances) για τη μέτρηση της μάζας του υλικού που προέρχεται από το δείγμα και εναποτίθεται, άρα μολύνει, τις λειτουργικές επιφάνειες των σκαφών, σε συνδυασμό με τον ζυγό για την μέτρηση της συνολικής απώλειας μάζας του δείγματος λόγω διάχυσης. Το πρότυπο τεστ που διενεργείται με το πιο πάνω σύστημα είναι ένα δυναμικό τεστ με την θερμοκρασία του δείγματος να αυξάνεται από τους 25 °C στους 125 °C με βήμα 25 °C κάθε 24 ώρες. Η δυναμική προσέγγιση χρησιμοποιείται για να επιταχυνθεί το φαινόμενο διάχυσης. Έπειτα από μαθηματική επεξεργασία των δεδομένων, οι παράμετροι που είναι απαραίτητες για την μοντελοποίηση του φαινομένου διάχυσης (acceleration factor – παράγων επιτάχυνσης, residence time – χρόνος παραμονής, activation energy – ενέργεια ενεργοποίησης) και για τις μακροπρόθεσμες προβλέψεις προσδιορίζονται. Στο παρελθόν, η μαθηματική επεξεργασία γινόταν με τη βοήθεια διαφόρων αρχείων-φύλλων εργασίας Excel®. Η εκτέλεση όλης της ακολουθίας απαιτούσε μεγάλη ανθρώπινη παρέμβαση και υποκειμενικούς χειρισμούς. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η μαθηματική επεξεργασία των δεδομένων διάχυσης με τρόπο ευθύ και τυποποιημένο. Για τον σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα MatLab®. Αυτή η δραστηριότητα ελαχιστοποίησε την ανθρώπινη παρέμβαση προς αποφυγή αυθαίρετων επιλογών που καθιστούν την μέθοδο αναξιόπιστη ή/και συγκρούονται με τη φυσική του προβλήματος.	el
heal.abstract	Solid materials contain impurities from manufacturing / cleaning processes which diffuse (outgas) to the exterior during exposure to vacuum, especially at elevated temperature levels. Some materials like plastics and resins tend to disintegrate under space conditions. Apart from the above mentioned processes out of the material, adsorbed and absorbed contaminants from contaminant environmental conditions encountered previously, e.g. during manufacturing, cleaning, integration, test and launch phases, might be desorbed from the surfaces. The released products represent a permanent source of contamination. Especially the high molecular species like polymers, hydrocarbon chain fragments and silicones are most dangerous due to their tendency of forming deposits at sensitive and operational surfaces. This contamination can become an important issue after a long period in flight and alter the optical, electrical and physical properties of different onboard elements and their stability under energetic irradiation. For this purpose, the outgassing rate of critical materials has to be characterized. Dynamic routine tests are then rather compulsory to analyze the magnitude of outgassing and the temporal evolution of this outgassing rate and then carry out long term predictions. The test method defined at ESTEC to study the kinetics of the outgassing of a sample and of the deposition of the contaminants under vacuum utilizes systems called VBQC (Vacuum Balance Quartz Crystal). The systems are based on the use of QCMs (Quartz Crystal Microbalances) to measure the CVCM (Collected Volatile and Condensable Materials) coming from the sample, coupled with vacuum balance, to measure the TML (Total Mass Loss) from the sample due to outgassing. The standard test performed with this system is a multi-step temperature test where the sample temperature is increased from 25 °C to 125 °C by step of 25 °C every 24 hours. The multi-step approach is utilized to accelerate the outgassing phenomenon. The evolution of the TML and CVCM during the test is recorded and, after mathematical treatment of the collected data, the parameters that are necessary for the modeling of the outgassing phenomenon (acceleration factor, residence time, activation energy) and for the long-term prediction are then determined. In the past years, the mathematical treatment was done through different Microsoft® Excel worksheets. The execution of the complete sequence required rather lot of manual intervention guided by a work instruction procedure but also requiring subjective operator decisions. To have a more straightforward and standardized data treatment a MatLab® application has been developed and it is here presented. The scope of the related activity was to minimize the manual intervention and to avoid any arbitrary choice that could be in contradiction with the implied physics.	en
heal.advisorName	Τζανέτης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Τζανέτης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κυριάκη, Κυριακή	el
heal.committeeMemberName	Παπανικολάου, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	135 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true