Προσομοίωση με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων επαφής με τριβή και προσκόλληση βιο-εμπνευσμένων από τη σαύρα Gecko μικροπτερυγίων από PDMS με σφαιρική επιφάνεια SiO2

Σκόνδρας-Γιούσιος, Δημήτριος; Skondras-Giousios, Dimitrios

dc.contributor.author	Σκόνδρας-Γιούσιος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Skondras-Giousios, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2018-02-12T11:56:06Z
dc.date.available	2018-02-12T11:56:06Z
dc.date.issued	2018-02-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46461
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14929
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	Βιομιμητική	el
dc.subject	Προσκόλληση	el
dc.subject	Τριβή	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Μικρο-νανοκλίμακα	el
dc.subject	Biomimetics	en
dc.subject	Adhesion	en
dc.subject	Friction	en
dc.subject	FEM	en
dc.subject	Micro-nanoscale	en
dc.title	Προσομοίωση με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων επαφής με τριβή και προσκόλληση βιο-εμπνευσμένων από τη σαύρα Gecko μικροπτερυγίων από PDMS με σφαιρική επιφάνεια SiO2	el
dc.title	Finite Elements simulation of friction and adhesion attributed contact of bio-inspired Gecko-mimetic micro-flaps with SiO2 spherical surface	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική μηχανική	el
heal.classification	Computational mechanics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-31
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η δημιουργία, με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, μοντέλου επαφής με τριβή και προσκόλληση δίσκου από SiO2 με βιοεμπνευσμένα από τη σαύρα Gecko πτερύγια από PDMS. Στόχος είναι η όσο το δυνατόν ρεαλιστική απόκριση του μοντέλου υπό διάφορες συνθήκες. Για τη μοντελοποίηση χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό πακέτο Comsol Multiphysics. Αρχικά κατασκευάστηκε η δισδιάστατη γεωμετρία της διάταξης δίσκου-πτερυγίων, μιμούμενη ιεραρχικές δομές ενός επιπέδου στη μικροκλίμακα, βασισμένη σε πραγματική διάταξη από τη βιβλιογραφία. Το μοντέλο υλικού που χρησιμοποιήθηκε ήταν το γραμμικό ελαστικό. Η μοντελοποίηση της επαφής έγινε με τρόπο που να περιλαμβάνει τις τριβικές και προσκολλητικές συνθήκες κατά την προσομοίωση, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ποινής. Επίσης, οι ρυθμίσεις του επιλύτη τροποποιήθηκαν έτσι ώστε να είναι δυνατή η σύγκλιση και επίλυση του μη γραμμικού προβλήματος. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας μοντελοποίησης, το μοντέλο προσομοιώθηκε για διαφορετικές συνθήκες. Η προσομοίωση έγινε στο πεδίο του χρόνου για σταθερή οριζόντια ταχύτητα του δίσκου. Αρχικά, έγινε μελέτη της επίδρασης της ακτίνας του δίσκου και της πυκνότητας τοποθέτησης πτερυγίων, για 15 ξεχωριστές περιπτώσεις. Στη συνέχεια, εξετάσθηκαν επιπλέον περιπτώσεις όπως η αντίθετη κίνηση του δίσκου, διαφορετικά ύψη τοποθέτησής του, περιπτώσεις με διαφορετικό συντελεστή τριβής και χωρίς τη συνθήκη προσκόλλησης. Τέλος, εξετάσθηκαν άλλες δυο περιπτώσεις με δυο υπερελαστικά μοντέλα υλικού στα πτερύγια. Τα αποτελέσματα των παραπάνω έδειξαν την αύξηση της συνολικής δύναμης επαφής με την αύξηση της ακτίνας του δίσκου, της πυκνότητας τοποθέτησης πτερυγίων και τη μείωση του ύψους τοποθέτησης του δίσκου, αλλά και δημιουργία ασταθειών στη δύναμη λόγω της προσκόλλησης. Επιπλέον, φάνηκε ανταπόκριση των δυνάμεων σε διαφορετικούς συντελεστές τριβής, και ρεαλιστικότερη προσαρμογή στα υπερελαστικά μοντέλα υλικού.	el
heal.abstract	In this diploma thesis, the finite element method was developed for the friction and adhesion attributed contact of a SiO2 disk with Gecko-mimetic flaps from PDMS. The aim is as far as possible realistic response of the model under various conditions. The Comsol Multiphysics computational package was used for the current modeling. Initially, the 2D geometry of the disk and flaps arrangement was constructed, mimicking one-level hierarchical structures at the micro scale, based on an experimental setup described in bibliography. The linear elastic material model was used. The modeling of the contact was done in a way that includes the frictional and adhesive conditions in the simulation, using the penalty method. Also, the solver settings have been modified to allow convergence and resolution of the non-linear problem. After completing the modeling process, the model was simulated for different conditions. The simulation was done in the time domain for steady horizontal disk speed. Initially, a study of the effect of the disk radius and the density of the flap positioning was studied for 15 individual cases. Next, the opposite movement of the disk was examined, as well as different mounting heights, cases with different coefficient of friction and an adhesion-free condition were examined. Finally, two other cases with the use of two hyperelastic material models for the flaps were examined. The results of the above showed the increase of the total contact force with the increase of the disc radius, the density of the flap positioning and the decrease of the height of the disk, as well as the creation of force unsteadiness due to adhesion. In addition, the response of forces to different coefficients of friction appeared, and there was a more realistic adaptation to the hyperelastic material models.	en
heal.advisorName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Χριστόφορος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	118 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true