Υπολογιστική ανάλυση κάμψης κατασκευών τύπου sandwich με πυρήνα διαβαθμισμένου (graded) υλικού

Μαντζαρούδης, Βασίλειος; Mantzaroudis, Vasileios

dc.contributor.author	Μαντζαρούδης, Βασίλειος	el
dc.contributor.author	Mantzaroudis, Vasileios	en
dc.date.accessioned	2018-11-19T09:43:00Z
dc.date.available	2018-11-19T09:43:00Z
dc.date.issued	2018-11-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48037
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8759
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	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	κάμψη	el
dc.subject	Κατασκευή σάντουιτς	el
dc.subject	Διαβαθμισμένος πυρήνας	el
dc.subject	Bending	en
dc.subject	Sandwich structure	el
dc.subject	Graded core	el
dc.title	Υπολογιστική ανάλυση κάμψης κατασκευών τύπου sandwich με πυρήνα διαβαθμισμένου (graded) υλικού	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΑΝΤΟΧΗ ΥΛΙΚΩΝ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/c067ba992813c15d7e75c95fabc7c90fbfc929f2
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-24
heal.abstract	Η ταχύτατη τεχνολογική εξέλιξη σε συνδυασμό με την ολοένα και αυξανόμενη ανάγκη για εξοικονόμηση πόρων έχει οδηγήσει τη βιομηχανία στην αναζήτηση μεθόδων για όσο το δυνατόν ελαφρύτερες και συνάμα ανθεκτικότερες κατασκευές. Μια τέτοια μέθοδος είναι η κατασκευή των δομών τύπου sandwich, όπου υψηλής αντοχής λεπτόπαχες πλάκες (ενισχυτικές πλάκες) συνδυάζονται με παχύτερες στρώσεις υπερελαφρών υλικών (πυρήνας) για να διαμορφώσουν μια σύνθετη δομή με βελτιωμένη μηχανική συμπεριφορά, χωρίς σημαντικό κόστος κατασκευής. Τις τελευταίες δεκαετίες, τέτοιου είδους δομές έχουν αποτελέσει σημαντικό εργαλείο για μια πληθώρα τομέων της βιομηχανίας. Μια σχετικά πρόσφατη σχεδιαστική ιδέα, η οποία βρίσκει πρόσφορο έδαφος εφαρμογής και στις sandwich κατασκευές είναι αυτή της «διαβάθμισης» (gradation), όπου στη θέση δομικών συστατικών ομοιογενούς σύστασης επιχειρείται η τοποθέτηση δομικών συστατικών με μεταβαλλόμενες ιδιότητες, σε μικροσκοπικό ή μακροσκοπικό επίπεδο. Στόχος αυτού του είδους επέμβασης είναι η μεταβολή της μηχανικής συμπεριφοράς των κατασκευών στις οποίες εφαρμόζεται, κατά τρόπο επιθυμητό. Αυτή η μεταβολή μπορεί να αφορά μια πληθώρα παραμέτρων, όπως τα μέγιστα φορτία που μπορεί να φέρει μια κατασκευή στη διάρκεια μιας φόρτισης, τον τρόπο εξέλιξης των φορτίων σε όλο το εύρος καταπόνησης της κατασκευής, τον τρόπο κατανομής των εμφανιζόμενων παραμορφώσεών της, τα είδη αστοχιών που επέρχονται, καταστροφικά ή μη κλπ. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην υπολογιστική ανάλυση, μέσω της μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων, δοκών τύπου sandwich με ομοιογενείς και διαβαθμισμένους (graded) πυρήνες, υποβαλλόμενες σε κάμψη τριών (3) σημείων. Τα δομικά συστατικά των δοκών sandwich που μελετήθηκαν είναι στρώσεις συνθέτου υλικού τύπου GFRP (συνδυασμός ινών γυαλιού και εποξικής ρητίνης) για τις ενισχυτικές πλάκες, και πολυμερικοί αφροί PVC για τους πυρήνες. Η ανάπτυξη των αριθμητικών μοντέλων στα πλαίσια της εργασίας πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του εμπορικού λογισμικού LS-DYNA©. Αρχικά προσομοιώθηκαν τρεις (3) περιπτώσεις δοκών sandwich, μία εκ των οποίων με ομοιογενή πυρήνα και δύο με διαβαθμισμένο (graded) πυρήνα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με πειραματικά αποτελέσματα από τη βιβλιογραφία, με ικανοποιητική συσχέτιση. Η μελέτη στη συνέχεια επεκτάθηκε σε δοκούς με διαφορετική γεωμετρία, και συγκεκριμένα με αυξημένο πάχος πυρήνα σε σχέση με τις αρχικές. Επιπρόσθετα, υποβλήθηκαν σε μελέτη και διαφορετικοί τύποι διαβάθμισης (gradation) του πυρήνα, τόσο για την αρχική γεωμετρία όσο και για τις γεωμετρίες με αυξημένο πάχος. Εξήχθησαν ποιοτικά συμπεράσματα που αφορούν την επίδραση του πάχους του πυρήνα των υπό εξέταση δοκών σε συνδυασμό με το είδος διαβάθμισης (gradation) του. Η σύνοψη των συμπερασμάτων αυτών κατέδειξε ότι η μέθοδος διαβάθμισης (gradation) του πυρήνα των δοκών sandwich δεν αποτελεί μια ιδανική λύση για την καθολική βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς, αλλά κυρίως ένα μέσο για να οδηγηθεί ο τρόπος παραμόρφωσης της κατασκευής και η εμφάνιση αστοχιών, καταστροφικών και μη, σε συγκεκριμένη κατεύθυνση.	el
heal.abstract	The rapid technological evolution in combination with the increasing need for resources saving, has led industry in the search of methods for as more light-weight and simultaneously stiffer structures as possible. One such method is the construction of sandwich structures, where stiff thin plates (skin panels) are combined with thick layers of light-weight materials (cores) to form a composite structure with improved mechanical behavior, with insignificant manufacturing cost. Over the last decades, such structures have been proved an important tool for a variety of industry sectors. A relatively recent design concept, which has potential for application in sandwich structures as well, is that of «gradation», where in the place of structural components of homogeneous nature the installation of components with varying properties in microscopic or macroscopic level is performed. Intention of this kind of intervention is the modification of the mechanical behavior of the structures where it is applied, in a desirable manner. This modification may regard a wide range of parameters, like the maximum loads a structure is able to bear during a loading case, the way of load evolution in the whole range of loading, the distribution of the deformations developed, the kinds of failure, destructive or not etc. The present thesis focuses in the computational analysis, through the method of Finite Elements, of sandwich beams with homogeneous or graded cores, under three-point bending. The structural components of the sandwich beams under study were skin panels of the GFRP type (glass fibers – epoxy resin) and polymeric PVC foams for the cores. The development of numerical models in the frame of the present thesis was performed with the commercial software LS-DYNA©. Initially, three (3) cases of sandwich beams were simulated, one with a homogeneous core and two with graded cores. The results that were obtained were compared with experimental results from the literature, with satisfying correlation. The study then expanded in beams with different geometry, and more specifically with increased core thickness. Moreover, different gradation types in the core were studied, not only for the initial geometry, but for the geometries with increased core thickness as well. Qualitative conclusions were reached, regarding the effect the core thickness combined with the gradation type has. The synopsis of these results showed that the method of gradation in the core of sandwich beams is not an ideal solution for the overall improvement of their mechanical behavior, but rather a mean to lead the deformation of the structure and the failure appearance, catastrophic or not, in a specific direction.	en
heal.advisorName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος	el
heal.committeeMemberName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος	el
heal.committeeMemberName	Κοντού, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Ζήσης, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	172 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true