Διερεύνηση Ελαστοπλαστικής Συμπεριφοράς Σύνθετων Υλικών με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων σε Πολλαπλές Κλίμακες

Παναγιωτόπουλος, Αντώνιος-Μορφέας; Panagiotopoulos, Antonios-Morfeas

dc.contributor.author	Παναγιωτόπουλος, Αντώνιος-Μορφέας	el
dc.contributor.author	Panagiotopoulos, Antonios-Morfeas	en
dc.date.accessioned	2020-12-09T06:12:40Z
dc.date.available	2020-12-09T06:12:40Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52392
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20090
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο - Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Αντιπροσωπευτικός όγκος στοιχείου	el
dc.subject	Ομογενοποίηση	el
dc.subject	Συνοριακές συνθήκες	el
dc.subject	Επαυξητική κατάρρευση	el
dc.subject	Composite materials	el
dc.subject	Representative volume element	el
dc.subject	Homogenization	el
dc.subject	Boundary conditions	el
dc.subject	Ratchetting	el
dc.title	Διερεύνηση Ελαστοπλαστικής Συμπεριφοράς Σύνθετων Υλικών με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων σε Πολλαπλές Κλίμακες	el
dc.title	The Investigation of Elastoplastic Behavior of Composite Materials by the Finite Element Method on Multiple Scales	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Materials engineers	el
heal.classification	Μηχανική των υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-23
heal.abstract	Στη παρούσα εργασία πραγματοποιείται μια διερεύνηση σχετικά με την ελαστοπλαστική συμπεριφορά σύνθετων υλικών. Σύνθετα υλικά που συναντούμε στην καθημερινή μας ζωή είναι για παράδειγμα το οπλισμένο σκυρόδεμα, που είναι ενισχυμένο με χαλύβδινες ράβδους, όπως επίσης και το fiberglass, όπου ίνες υάλου είναι εμφυτευμένες σε ρητίνη. Πιο συγκεκριμένα, θα εξετάσουμε σύνθετα υλικά σε επίπεδο μικροκλίμακας ορίζοντας έναν αντιπροσωπευτικό όγκο στοιχείου (RVE), δηλαδή το μικρότερο δυνατό όγκο μέσω του οποίου μπορεί να γίνει μία μέτρηση η οποία θα δώσει τιμές αντιπροσωπευτικές του συνόλου. Απομονώνοντας έναν όγκο στοιχείου από το σύνολο ενός μέλους ή μίας κατασκευής αυτομάτως γεννάται ένα πρόβλημα συνοριακών συνθηκών. Θα εφαρμόσουμε τρείς διαφορετικούς τύπους συνοριακών συνθηκών, (α) γραμμικές – μετατοπίσεις , (β) σταθερές ελκτικές τάσεις, (γ) περιοδικές παραμορφώσεις και αντιπεριοδικές ελκτικές τάσεις. Στόχος μας είναι να εξετάσουμε και να συγκρίνουμε τους τρείς διαφορετικούς τύπους συνοριακών συνθηκών και να εξάγουμε ασφαλή συμπεράσματα για το ποιος από αυτούς περιγράφει με τον πιο αξιόπιστο και αντιπροσωπευτικό τρόπο τη συμπεριφορά ενός μέλους ή μίας κατασκευής σε επίπεδο μακροκλίμακας. Για το σκοπό αυτό, θα πρέπει να εισάγουμε τη μέθοδο της ομογενοποίησης, η οποία αποτελεί μία αριθμητική προσέγγιση πεπερασμένων στοιχείων, συχνά αποκαλούμενη ως μετάβαση από τη μίκρο-στη-μάκρο, και παρέχει μία εκτίμηση των ενεργών ελαστικών ιδιοτήτων του υλικού στη μακρο-κλίμακα. Ο αντιπροσωπευτικός όγκος που επιλέγεται για ένα συγκεκριμένο σύνθετο υλικό είναι μία πολύπλοκη και σύνθετη διαδικασία. Ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, επιλέγεται μία βάση από υλικό που καλείται μήτρα και τρύπες (χωρίς υλικό) ή ίνες, ενσωματώνονται πάνω σε αυτή, παράγοντας έτσι ένα ενιαίο σύνθετο υλικό με χαρακτηριστικά διαφορετικά από εκείνα των συστατικών του. Στη παρούσα εργασία υιοθετούμε απλές γεωμετρίες ενός επίπεδου RVE, ενώ θα εξετάσουμε το πως επηρεάζονται οι μηχανικές ιδιότητές του, με τη μεταβολή διαφόρων χαρακτηριστικών των συστατικών του, όπως για παράδειγμα της διαμέτρου της τρύπας ή της ίνας στη διατομή, του λόγου του μέτρου ελαστικότητας των ινών ως προς του αντίστοιχου της μήτρας. Τέλος, θα εξετασθεί η συμπεριφορά των σύνθετων υλικών τόσο σε μονοτονική όσο και σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Τα τελευταία χρόνια, έχουν γίνει πολλές έρευνες σχετικά με το φαινόμενο της επαυξητικής κατάρρευσης (rachetting), σύμφωνα με το οποίο αστοχίες αυξάνονται από κύκλο σε κύκλο φόρτισης λόγω της συσσώρευσης πλαστικών παραμορφώσεων. Το φαινόμενο αυτό θα εξετασθεί σε επίπεδο μικροκλίμακας και εν συνεχεία, μέσω της μεθόδου της ομογενοποίησης θα εκτιμηθεί το επίπεδο ασφαλές χωρίο των μακροτάσεων.	el
heal.abstract	In the present work, an investigation is carried out on the elastoplastic behavior of composite materials. Composites that we encounter in our daily lives are for example reinforced concrete, which is reinforced with steel bars, as well as fiberglass, where glass fibers are incorporated into resin. More specifically, we will examine composites at the micro-scale level by defining a representative element volume (RVE), i.e. . the smallest volume over which a measurement can me made that yield a value representative of the whole. Partitioning a Volume Element from the whole of a member or a structure automatically creates a boundary condition problem. We will apply three different types of boundary conditions, (a) linear-displacements, (b) constant tractions, (c) periodic deformations and anti-periodic tractions. The main aspect is to investigate and compare the three different types of boundary conditions and to extract safe conclusions about which of them describes in the most reliable and representative way the behavior of a member or a structure at the macro level. For this purpose, we introduce the homogenization method, often denoted as micro-to-macro-transition, which is a finite element-based numerical approach and provides an estimate of the effective elastic properties of a material in macro-scale. The choice of representative volume in order to simulate a composite material can be quite a complicated process. However, in each case, a matrix is selected as the continuous phase and holes (without material) or fibers are incorporated into it, thus producing a composite material with characteristics different from the individual components. In the present work we will examine simple geometries of a plane RVE. We focus on how its mechanical properties are affected, by changing various characteristics of its components, such as the diameter of the holes or the fibers in the cross section and the ratio of the young modulus of fibers over the counterpart of the matrix. Finally, the behavior of composites in both monotonic (limit load) and cyclic (shakedown) loadings will be investigated. In recent years, there has been a lot of research on the phenomenon of rachetting, according to which incremental collapse by the accumulation pf plastic strain is obtained. This phenomenon will be examined at the micro-scale level and then, through the method of homogenization, we will construct the plain domains of safe macroscopic tractions.	en
heal.advisorName	Σπηλιόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Σπηλιόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.committeeMemberName	Σταυρίδης, Λεωνίδας Θ.	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false