Υπολογιστική μελέτη αντοχής και δυσκαμψίας για βραχίονες (ψαλίδια) αγωνιστικού μονοθεσίου απο ανθρακόνημα, με χρήση πεπερασμένων στοιχείων με το λογισμικό ANSYS

Ζαβερδινός, Γεώργιος; Zaverdinos, Georgios

dc.contributor.author	Ζαβερδινός, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Zaverdinos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2020-05-26T18:06:44Z
dc.date.available	2020-05-26T18:06:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50683
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18381
dc.rights	Default License
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Ανθρακόνημα	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Αντοχή	el
dc.subject	Δυσκαμψία	el
dc.subject	Formula student	en
dc.subject	Wishbones	en
dc.subject	Carbon fiber	en
dc.subject	FEA	en
dc.subject	Finite elements	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη αντοχής και δυσκαμψίας για βραχίονες (ψαλίδια) αγωνιστικού μονοθεσίου απο ανθρακόνημα, με χρήση πεπερασμένων στοιχείων με το λογισμικό ANSYS	el
dc.title	Computational study for the determination of strength and stiffness properties for Carbon Fiber Formula Student Racecar Wishbones using Finite Elements	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική σύνθετων υλικών	el
heal.classification	Πεπερασμένα στοιχεία	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-11
heal.abstract	Η διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής ενός αγωνιστικού μονοθεσίου χαρακτηρίζεται από τη διαρκή επιδίωξη υψηλών επιδόσεων. Για την επίτευξη των επιδόσεων αυτών βασική προϋπόθεση είναι το χαμηλό βάρος. Για αυτό το λόγο στην κατασκευή αγωνιστικών μονοθεσίων χρησιμοποιούνται σύνθετα υλικά, μήτρας εποξικής ρητίνης ενισχυμένα με ίνες άνθρακα. Τα εν λόγω υλικά έχουν υψηλό κόστος, ενώ η μελέτη της μηχανικής τους συμπεριφοράς βασίζεται σε προχωρημένες θεωρίες, όπως η μηχανική πολυστρωματικών υλικών. Η ανάγκη για μείωση του πειραματικού κόστους ιδιαίτερα των εξαρτημάτων που πρόκειται να κατασκευαστούν από σύνθετα υλικά, έχει οδηγήσει στην μελέτη τους με υπολογιστικές μεθόδους οι οποίες προσφέρουν κατευθυντήριες γραμμές κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύεται η μηχανική συμπεριφορά των εμπρός κάτω ψαλιδιών (wishbones) αγωνιστικού μονοθεσίου. Τα ψαλίδια αποτελούνται από εσωτερικά στερεά (αλουμίνιο, αφρό PVC χαμηλής πυκνότητας) και κέλυφος από ανθρακόνημα σε εποξική μήτρα. Μελετήθηκε ο βέλτιστος αριθμός στρώσεων και η διεύθυνση ινών του υφάσματος ανθρακονήματος, ώστε να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ μηχανικής συμπεριφοράς, αξιοπιστίας και βάρους. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς είναι η Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method, FEM). Αποτελεί μέθοδο κατάλληλη για προβλήματα μηχανικής με αυξημένη αξιοπιστία, δεδομένης και της ευρείας χρήσης της στην έρευνα αλλά και στη βιομηχανία. Ειδικότερα για μελέτες σύνθετων υλικών όπως η παρούσα, η χρήση της κρίνεται απαραίτητη δεδομένης της πολυπλοκότητας της μηχανικής αλλά και της μελετώμενης γεωμετρίας. Στα πλαίσια της μελέτης, έπειτα από την ανασκόπηση απαραίτητων θεωρητικών εννοιών, γίνεται παρουσίαση της γεωμετρίας της ανάρτησης του εν λόγω μονοθεσίου, των φορτίων που δέχονται τα μελετώμενα ψαλίδια και στοιχείων μηχανικής σύνθετων υλικών. Για τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων γίνεται αξιοποίηση του υπολογιστικού πακέτου ANSYSTM, στο οποίο εισάγεται η γεωμετρία του μελετώμενου εξαρτήματος. Έπειτα από την εισαγωγή των μηχανικών ιδιοτήτων των χρησιμοποιούμενων υλικών και των ορισμό των διεπαφών μεταξύ των διαφορετικών σωμάτων που συναποτελούν το ψαλίδι, κατασκευάζεται πλέγμα διακριτοποίησης για την επιτέλεση των αριθμητικών υπολογισμών. Στη συνέχεια ορίζεται η διαστρωμάτωση και η κατεύθυνση των ινών και καθορίζονται οι συνοριακές συνθήκες του αριθμητικού μοντέλου, παράλληλα με την εισαγωγή των εξωτερικών δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό. Έπειτα από την επίλυση του αριθμητικού προσομοιώματος, λαμβάνονται τιμές για τη συνολική και την αξονική παραμόρφωση του σώματος, και διακριτά για τα εσωτερικά στερεά και το κέλυφος από ανθρακόνημα. Για το ανθρακόνημα καταγράφονται οι μέγιστες κύριες τάσεις και παραμορφώσεις, ο συντελεστής ασφαλείας με βάση κριτήρια αστοχίας, οι αξονικές παραμορφώσεις για κάθε σκέλος του ψαλιδιού και οι διαστρωματικές διατμητικές τάσεις (interlaminar shear stresses). Για τα εσωτερικά στερεά του σύνθετου σώματος υπολογίζονται κύριες τάσεις και αξονικές παραμορφώσεις. Τα κρίσιμα μεγέθη που αξιολογούνται για τη λήψη αποφάσεων για τη διαστρωμάτωση και τη βελτίωση του σχεδίου είναι ο λόγος δυσκαμψίας (το αντίστροφο μέγεθος της παραμόρφωσης) προς βάρος και ο λόγος συντελεστή ασφαλείας προς βάρος. Τα μεγέθη αυτά αποτελούν τις βασικές παραμέτρους για την αξιολόγηση της προτεινόμενης από την εργασία, τελικής μορφής του ψαλιδιού. Η διαδικασία βελτιστοποίησης, περιλαμβάνει τη σύγκριση της επίδοσης διαφορετικών προτεινόμενων μορφών, μέχρι την ανάδειξη της βέλτιστης.	el
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false