Μοντελοποίηση με υβριδικά πεπερασμένα στοιχεία σύνθετου τσιμέντου ενισχυμένου με νανοσωλήνες άνθρακα

Γκουλεμάνης, Μάριος - Παναγιώτης; Gkoulemanis, Marios - Panagiotis

dc.contributor.author	Γκουλεμάνης, Μάριος - Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Gkoulemanis, Marios - Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2018-11-19T09:48:26Z
dc.date.available	2018-11-19T09:48:26Z
dc.date.issued	2018-11-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48038
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9007
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	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	Πεπερασμένα Στοιχεία	el
dc.subject	Νανοσωλήνες Άνθρακα	el
dc.subject	Τσιμέντο	el
dc.subject	Finite Elements	el
dc.subject	Cement	el
dc.subject	Carbon Nanotubes	el
dc.subject	Σύνθετα Υλικά	el
dc.subject	Composite Materials	en
dc.title	Μοντελοποίηση με υβριδικά πεπερασμένα στοιχεία σύνθετου τσιμέντου ενισχυμένου με νανοσωλήνες άνθρακα	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/f85383fcd7c211714084d7fca897998d7d759c5d
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-24
heal.abstract	Η λεπτομερής προσομοίωση της νανοδομής ενός νανοσωλήνα άνθρακα οδηγεί σε ένα υπολογιστικό πρόβλημα μεγάλης κλίμακας. Για παράδειγμα, ένας νανοσωλήνας διαμέτρου 14 nm και μήκους 1μm, αντιστοιχεί σε ένα αριθμητικό πρόβλημα με βαθμούς ελευθερίας τάξης μεγέθους 107 (1). Για το λόγο αυτό η λεπτομερής προσομοίωση των σύνθετων υλικών που περιέχουν νανοσωλήνες άνθρακα αντικαθίσταται από ένα συνδυασμένο στοιχείο στο οποίο το υλικό της μήτρας αναπαρίσταται ως ένα τετραγωνικό ή κυβικό πεπερασμένο στοιχείο και ο νανοσωλήνας από ένα πεπερασμένο στοιχείο ράβδου. Σε αυτή την εργασία, αναπτύχθηκε μια αριθμητική προσέγγιση για την μοντελοποίηση της μηχανικής συμπεριφοράς μιας μήτρας τσιμέντου ενισχυμένη με νανοσωλήνες άνθρακα με την δημιουργία και επικύρωση υπολογιστικού εργαλείου στη γλώσσα προγραμματισμού FORTRAN. Μεταξύ των διαφορετικών μεθόδων για ενσωματωμένες ενισχύσεις που είναι διαθέσιμες στη βιβλιογραφία, στη μέθοδο που επιλέχθηκε και παρουσιάζεται στην παρούσα εργασία οι ράβδοι δεσμεύονται με το μητρικό υλικό στα άκρα τους, ώστε το στοιχειώδες «κύταρρο» (μήτρα και νανοσωλήνας άνθακα) να συμπεριφέρεται σαν ενιαίο παραμορφώσιμο μέσο (2). Ο κώδικας δέχεται ως παραμέτρους εισόδου, το μέτρο ελαστικότητας, την ακτίνα και τον προσανατολισμό του νανοσωλήνα άνθρακα ενώ για τη μήτρα τσιμέντου απαιτούνται το μέτρο ελαστικότητας, ο λόγος Poisson και το πάχος του στοιχείου. Ο κώδικας υπολογίζει αρχικά το μητρώο ακαμψίας της μήτρας του σύνθετου υλικού, δηλαδή του τσιμέντου και στη συνέχεια της ράβδου που αντιστοιχεί στο νανοσωλήνα και τέλος το μητρώο ακαμψίας του συνδυασμένου στοιχείου. Εν συνεχεία με χρήση κατάλληλου επιλύτη υπολογίζονται οι κομβικές μετατοπίσεις μέσω των οποίων, υπολογίζονται οι παραμορφώσεις, οι τάσεις και τελικά το μέτρο ελαστικότητας του συνδυασμένου στοιχείου. Με σκοπό να αξιολογηθεί ο υπολογιστικός κώδικας, υλοποιήθηκε αντίστοιχο συνδυασμένο πεπερασμένο στοιχείο, στα εμπορικά λογισμικά Abaqus (2D) και Ansys APDL (3D). Τα αποτελέσματα του κώδικά μας, βρέθηκαν σε ικανοποιητική συμφωνία με τα αποτελέσματα των προαναφερθέντων λογισμικών.	el
heal.abstract	The detailed simulation of carbon nanotube structure and their composites consist a large scale computational problem. For example, a carbon nanotube with 14 nm diameter and 1 μm length is a numerical problem having about 107 degrees of freedom. For the simulation of composite materials reinforced with carbon nanotubes the detailed simulation of the CNTs is replaced with a combined element where the matrix is a rectangular or hexahedral finite element and the nanotube a bar finite element. In the current thesis, FORTRAN code for the simulation of the mechanical behavior of cementcarbon nanotube composite was developed. Among a variety of methods which are available in the literature the embedded bar element into the matrix approach is chosen and applied in this thesis. According to that the embedded bar element is bind to the matrix. Young's modulus, radius and the nodal coordinates with respect to the local coordinate system for the carbon nanotube are taken as input, whereas for the cement matrix Young's modulus, Poisson's ratio and the thickness (for the two dimensional element) are required. As long as the stiffness matrices for the matrix and the reinforcement are calculated, the combined element stiffness matrix is readily received as their sum. Subsequently, utilizing appropriate solver, we calculated the nodal displacements and in turn, the stresses, the strains and finally the Young's modulus of the combined element. In order to validate the developed FORTRAN code, similar combined finite element were created in the commercial tool Abaqus CAE for the 2D element whereas for the 3D element validation a special element (SOLID 65) was chosen in Ansys APDL. Our results were found in satisfactory agreement with the results extracted from the commercial codes.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κοντού - Δρούγκα, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	96 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true