Static torsional tests of composite driveshafts

Βαβάτσικος, Δημήτριος; Vavatsikos, Dimitrios

dc.contributor.author	Βαβάτσικος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Vavatsikos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2021-01-15T10:08:10Z
dc.date.available	2021-01-15T10:08:10Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52802
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20500
dc.rights	Default License
dc.subject	Composite	en
dc.subject	Driveshaft	en
dc.subject	Torsion	en
dc.subject	Test	en
dc.subject	Fixture	en
dc.subject	Σύνθετα	el
dc.subject	Άξονας	el
dc.subject	Στρέψη	el
dc.subject	Δοκιμή	el
dc.subject	Διάταξη	el
dc.title	Static torsional tests of composite driveshafts	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Άξονες μετάδοσης ισχύος	el
heal.classification	Σύνθετα υλικά	el
heal.classification	Ναυπηγική τεχνολογία	el
heal.classification	Composite	en
heal.classification	Driveshaft	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-08
heal.abstract	Το ζήτημα της μετάδοσης της ισχύος που παράγει μια μηχανή, αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους τομείς στον κλάδο της μηχανολογίας. Ο άξονας μετάδοσης ισχύος αποτελεί το βασικό εξάρτημα που μεταδίδει τη ροπή από τη μηχανή ενός πλοίου στην προπέλα και είναι αντικείμενο μελέτης της ναυπηγικής εδώ και χρόνια. Ενώ οι εν λόγω άξονες, κατασκευάζονται κατά κύριο λόγο από μέταλλο (χάλυβας), τα τελευταία χρόνια και λόγω της σταδιακής εισχώρησης των σύνθετων υλικών στη ναυπηγική, η κατασκευή τους από σύνθετα υλικά και κυρίως από ίνες άνθρακα συγκεντρώνει ολοένα και περισσότερο ενδιαφέρον. Σημαντικό πεδίο μελέτης στο κομμάτι των αξόνων από σύνθετα υλικά αποτελεί η αντοχή τους σε στρέψη. Η διαπίστωση της αντοχής τους σε στρέψη, είναι ένα από τα αντικείμενα τα οποία πραγματεύεται η παρούσα διατριβή. Βασικό σκοπό κατ’ επέκταση αποτελεί η μελέτη της τυποποιημένης δοκιμής σε στρέψη (type testing) των αξόνων μετάδοσης ισχύος, σύμφωνα με τους υπάρχοντες κανονισμούς των νηογνωμόνων. Αφού συγκεντρώθηκαν και αναλύθηκαν, η έρευνα εν συνεχεία επικεντρώθηκε στη μελέτη δύο υφιστάμενων πειραματικών διατάξεων επιβολής στρέψης. Η μία διάταξη είναι μια μηχανή στρέψης η οποία βρίσκεται στο Εργαστήριο Αντοχής Υλικών της Σχολής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Αφού καταγράφηκαν τα επιμέρους στοιχεία της μηχανής και οι απαραίτητες διαστάσεις της, έγινε διερεύνηση για το αν είναι δυνατή η εκτέλεση πειράματος σύμφωνα με τις προδιαγραφές που ορίζει ο νηογνώμονας DNV-GL πάνω στις δοκιμές αντοχής σύνθετων αξόνων μετάδοσης ισχύος. Το επόμενο μέρος ασχολήθηκε με τη μηχανή στρέψης που βρίσκεται στις εγκαταστάσεις της εταιρίας B&T Composites στη Φλώρινα. Στη συγκεκριμένη μηχανή εκτελέστηκαν πειράματα πάνω σε τρεις άξονες κατασκευασμένους από σύνθετο υλικό, ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRP). Η προετοιμασία των πειραμάτων ξεκίνησε από το Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών όπου και έγινε προετοιμασία των καταγραφικών συστημάτων (Spider) και ρύθμιση των συσκευών μέτρησης της ροπής και της γωνίας στρέψης. Η συνέχεια έγινε στις εγκαταστάσεις της B&T Composites όπου αισθητήρες Strain Gage κολλήθηκαν πάνω στους άξονες για την καταγραφή των παραμορφώσεών τους. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων ήταν πολύ ενδιαφέροντα. Η κατάρρευση των αξόνων συνέβη στην περιοχή της σύνδεσης μεταξύ σύνθετου υλικού και φλάντζας, ενώ οι παραμορφώσεις που καταγράφηκαν δείχνουν ότι οι άξονες λειτούργησαν στην ελαστική περιοχή. Πάνω στα συγκεκριμένα δεδομένα έγινε μια προσπάθεια πρόβλεψης της μορφής του στρεπτικού λυγισμού που θα συνέβαινε στους άξονες. Τέλος, τα διάφορα προβλήματα της διαδικασίας καταγράφηκαν και προτάθηκαν λύσεις για τη βελτίωση της πειραματικής διάταξης, με σκοπό την ομαλότερη διεξαγωγή πειραμάτων στο μέλλον.	el
heal.abstract	The power transmission is one of the most important issues in the field of engineering. The power transmission shaft, called driveshaft, is the main component that transmits torque from the engine of a ship to the propeller and it has been a subject of study in marine engineering for years. While the driveshafts are mainly made of metal (steel), in recent years, due to the gradual introduction of composites in shipbuilding, the composite materials and mainly carbon fiber, are gaining more and more interest in driveshaft manufacturing. An important area of study in the domain of composite shafts is their resistance in torsion. Determining a driveshaft’s resistance in torsion is one of the subjects covered in the present thesis. The main purpose, therefore, is the study of the type testing of a power transmission shaft, according to the existing standards and regulations of the class registers. After the analysis of these standards, the research focuses on the study of two existing torsion test devices. The first torsion test machine is located in the Strength of Materials of Materials Laboratory of the School of Applied Mathematics and Physical Sciences of NTUA. After listing every individual component of the machine and its main dimensions, it was investigated whether it is possible to perform an experiment that complies to the specifications set by DNV-GL register. The second torsion test machine is located at the B&T Composites facility in Florina, Greece. At this machine, experiments were performed on three driveshafts made of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). A part of the experiment preparation took place in Shipbuilding Technology Laboratory of the School of Marine Architecture and Marine Engineering, where the recording systems (Spider) were adjusted and the torque and angle measuring devices were calibrated. The next phase of preparation took place at the B&T Composites facility where Strain Gage sensors were glued on the shafts in order to record the deformations. The results of the experiments were very interesting. The shafts failed in the area where the composite and the flange are connected, while the deformations recorded show that the shaft operated in the elastic area. By using the recorded data, an attempt was made to predict the form of torsional buckling that would occur on the shafts. Finally, the various problems of the process were presented. Some solutions were suggested in order to improve the torsion test machine. The objective of these suggestions was the conduction of a smoother experimental process in the future.	en
heal.advisorName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών. Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	97 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false