Determination of failure criteria and incorporation in FE codes for the simulation of ship’s hull in extreme loading conditions

Μαρινάτος, Ιωάννης

dc.contributor.author	Μαρινάτος, Ιωάννης	el
dc.date.accessioned	2015-11-04T10:54:23Z
dc.date.available	2015-11-04T10:54:23Z
dc.date.issued	2015-11-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41514
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.1891
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	Extreme loading; True stress-strain curve; Rupture criteria in non-linear FE codes; Mesh size effect; Strain rate effect	en
dc.subject	Ακραία φορτία, Πραγματική καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, Κριτήρια αστοχίας σε μη γραμμικούς κώδικες πεπερασμένων στοιχείων, Επίδραση πλέγματος διακριτοποίησης, Επίδραση ταχύτητας παραμόρφωσης	el
dc.title	Determination of failure criteria and incorporation in FE codes for the simulation of ship’s hull in extreme loading conditions	en
dc.title	Προσδιορισμός κριτηρίων αστοχίας υλικών και εφαρμογή τους σε κώδικα πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση απόκρισης της γάστρας πλοίων σε ακραία φορτία	el
dc.contributor.department	Τομέας Θαλασσίων Κατασκευών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Θαλάσσιες Κατασκευές	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-23
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι ο καθορισμός μιας αριθμητικής διαδικασίας, για τη ρεαλιστική προσομοίωση της απόκρισης της γάστρας του πλοίου στην περίπτωση ατυχημάτων, όπως σύγκρουσης ή προσάραξης, με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (ΠΣ). Ιδιαίτερα, η μελέτη εστιάζει στη διερεύνηση της επίδρασης που έχει το μοντέλο του υλικού, δηλαδή η καμπύλη του υλικού σε συνδυασμό με ένα κριτήριο αστοχίας, καθώς και ο ρυθμός παραμόρφωσης και το μήκος του στοιχείου που χρησιμοποιείται για τη διακριτοποίηση του μοντέλου στην εκτίμηση της ικανότητας της κατασκευής να καταπονείται σε φορτία που δέχεται κατά την εμπλοκή της σε ατύχημα και στην πρόβλεψη της μορφής της ζημιάς λόγω των φορτίων αυτών. Γενικά, οι προσομοιώσεις ατυχημάτων πλοίων με τη μέθοδο των ΠΣ, στοχεύουν είτε στον προσδιορισμό της σχέσης δύναμης και απορροφούμενης ενέργειας αφενός και έκτασης της ζημιάς αφετέρου ή στην πρόβλεψη της ζημιάς όταν ένα ή δύο πλοία εμπλέκονται σε ατυχήματα, που αναπτύσσονται κρουστικά φορτία. Για τον καθορισμό της κατάλληλης τεχνικής μοντελοποίησης, είκοσι τρία πειραματικά μοντέλα τα οποία είναι διαθέσιμα στη βιβλιογραφία προσομοιώνονται. Στα εν λόγω πειράματα, που επιλέχθηκαν για τη συγκριτική ανάλυση, παρατηρούνται οι μορφές παραμόρφωσης που συμβαίνουν στα ατυχήματα των πλοίων, δηλαδή κάμψη, μεμβρανικές τάσεις, σχίσιμο υπό την επιβολή φορτίων στο επίπεδο του εξεταζόμενου στοιχείου, λυγισμός, σύνθλιψη και περιστροφική αναδίπλωση (curling). Επιπλέον, τα πειραματικά μοντέλα διέθεταν πάχη από 3 mm έως 20 mm και είχαν φορτιστεί ψευδο-στατικά ενώ σε μία περίπτωση δυναμικά. Η καμπύλη πραγματικής τάσης-παραμόρφωσης καθορίζεται από πειράματα μονοαξονικού εφελκυσμού μέχρι το σχηματισμό του λαιμού, ενώ διαφορετικές σχέσεις πραγματικής τάσης-παραμόρφωσης διερευνώνται πέρα από το σημείο αυτό. Για την προσομοίωση της έναρξης και διάδοσης της ρωγμής λαμβάνονται τρία κριτήρια αστοχίας. Αυτά είναι ένα κριτήριο το οποίο βασίζεται στην ισοδύναμη πραγματική πλαστική παραμόρφωση (Marinatos and Samuelides 2013a, 2013b και 2015) και αναφέρεται ως SHEAR λόγω της κρίσιμης αλλαγής της μορφής του στοιχείου πριν τη θραύση, το BWH κριτήριο αστάθειας (Alsos et al. 2008) και το RTCL κριτήριο ζημιάς, (Törnqvist 2003). Η συμπεριφορά αυτών των κριτηρίων, καθώς και άλλων κριτηρίων τα οποία αναφέρονται στη βιβλιογραφία, διερευνάται με στόχο τον προσδιορισμό των αιτίων λόγω των οποίων αυτά παράγουν διαφορετικά αποτελέσματα όταν εφαρμόζονται για την πρόβλεψη της θραύσης σε συνθήκες επίπεδης εντατικής κατάστασης. Με βάση τη συγκριτική ανάλυση και τη διερεύνηση των παραμέτρων οι οποίες επηρεάζουν τη συμπεριφορά των κριτηρίων, συνιστάται η χρήση ενός κριτηρίου το οποίο βασίζεται σε μια κρίσιμη ισοδύναμη πραγματική πλαστική παραμόρφωση, δηλαδή το κριτήριο SHEAR, το οποίο δεν ενεργοποιείται όταν η τιμή της τριαξονικότητας των τάσεων είναι ίση ή μικρότερη από -1/3 σε συνδυασμό με μια καμπύλη υλικού εκθετικού τύπου και ένα λόγο μήκους στοιχείου προς πάχος μεταξύ δύο και τέσσερα, ή 2 ≤l_e/t≤ 4. Η πρόταση αυτή είναι κατάλληλη για την προσομοίωση σύγκρουσης πλοίων με χρήση κωδίκων ΠΣ σε συνεργασία με στοιχεία επίπεδης τάσης. Η εν λόγω τεχνική αριθμητικής προσομοίωσης, μπορεί να εφαρμοσθεί για τη διερεύνηση καινοτόμων κατασκευαστικών διατάξεων στα πλοία και την εκτίμηση της αντοχής σε σύγκρουση των κατασκευών στο πλαίσιο μιας ανάλυσης Οριακής Κατάστασης Ατυχήματος (ALS) η οποία περιλαμβάνει τον καθορισμό της εναπομείνασας αντοχής, της ευστάθειας και της εκροής πετρελαίου μετά από ατύχημα. Στην παρούσα εργασία, η τεχνική αριθμητικής προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκε για τη διερεύνηση της επίδρασης στην έκταση της ζημιάς που προκαλείται στην πλευρά ενός πλοίου όταν αυτό συγκρουστεί με μια παραμορφώσιμη πλώρη. Η ανάλυση έδειξε, ότι η υπόθεση μιας άκαμπτης πλώρης, όχι μόνο επιβάλλει υψηλότερη φόρτιση, από πλευράς ενέργειας, στο πλοίο που δέχεται το χτύπημα, αλλά έχει επίσης σημαντική επίδραση στη γεωμετρία της επιφάνειας επαφής ανάμεσα στα συγκρουόμενα πλοία και συνεπώς στην πρόβλεψη της ζημιάς που συμβαίνει κατά τη διάρκεια ενός σεναρίου σύγκρουσης.	el
heal.sponsor	Το ερευνητικό έργο με τίτλο «ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥΣ ΣΕ ΚΩΔΙΚΑ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΤΗΣ ΓΑΣΤΡΑΣ ΠΛΟΙΩΝ ΣΕ ΑΚΡΑΙΑ ΦΟΡΤΙΑ» και κωδικό 68/1088 υλοποιήθηκε στο πλαίσιο της πράξης «ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΙΙ: ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ, ΕΜΠ» με κωδικό MIS 346725 μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δία Βίου Μάθηση»	el
heal.advisorName	Σαμουηλίδης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Μ.Σ. Σαμουηλίδης, Μ. Παπαδρακάκης, J. Amdahl, Ν. Τσούβαλης, Π. Καρύδης, Δ. Μανωλάκος και Ν. Ανδριανόπουλος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	360
heal.fullTextAvailability	true