Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και εφαρμογή σύνθετων μαγνητοελαστικών υλικών για τη μέτρηση μηχανικής παραμόρφωσης

Abstract

Η ανά χείρας διπλωματική εργασία αναφέρεται στα σύνθετα υλικά και στους τρόπους παρακολούθησης των ιδιοτήτων τους. Ζούμε στην εποχή των υλικών. Οι κοινωνίες προσβλέπουν σε υλικά που καλύπτουν ένα συνεχώς διευρυνόμενο φάσμα αναγκών και συγχρόνως απαιτούν χαμηλό κόστος και προστασία του περιβάλλοντος. Τα σύνθετα υλικά ανταποκρίνονται στις ανάγκες αυτές πιο αποδοτικά από τα συμβατικά υλικά. Η εργασία αυτή κάνει μια ανασκόπηση της ιστορικής εξέλιξης τους, παρουσιάζει τον ορισμό και την ταξινόμηση τους, τον σχεδιασμό και τις μεθόδους παραγωγής, τον Νόμο Ηοοke για σύνθετα υλικά, την έννοια της διεπιφάνειας μήτρας/ενισχυτικού, τα κριτήρια αστοχίας και τέλος αναφέρει διάφορες εφαρμογές σύνθετων υλικών. Παράλληλα με την ανάπτυξη υλικών με ιδιαίτερες ιδιότητες, είναι σημαντική η διεύρυνση της γνώσης/τεχνολογίας για την παρακολούθηση της εξέλιξης των ιδιοτήτων αυτών κατά την διάρκεια του κύκλου ζωής. Επιδίωξη είναι η αποφυγή ξαφνικών αστοχιών/καταστροφών που μπορεί να οδηγήσουν ακόμη και σε ανθρώπινες απώλειες και στην μείωση του κόστους δια της αύξησης της διάρκειας κύκλου ζωής. Η εργασία αυτή αναλύει την έννοια του έλεγχου δομικής ακεραιότητας, παρουσιάζει τους πιο συνηθισμένους τύπους αισθητήρων και τα εργαλεία του μη καταστροφικού έλεγχου. Τέλος παρουσιάζεται η έννοια των άμορφων μεταλλικών υλικών. Το πειραματικό μέρος της εργασίας κάλυψε μια μεθοδολογία καταγραφής της μεταβολής ιδιοτήτων σύνθετου υλικού υπό την επίδραση του περιβάλλοντος. Το σύνθετο υλικό που χρησιμοποιήθηκε για τα πειράματα ήταν το carbon και η διαδικασία-καταπόνηση, στην οποία υποβλήθηκαν τα δοκίμια carbon ήταν αυτή του εφελκυσμού. Μέσα σε κάθε δοκίμιο έγινε εισαγωγή από σύρματα και ταινίες (πολύ μικρές) με συγκεκριμένες μαγνητικές ιδιότητες, ως αισθητήρες.

The thesis in hand refers in composite materials and in ways to measure their properties. We live the age of materials. Societies look for materials to cover an ever widening spectrum of needs, while at the same time demand lowering cost and preserving the planet. Composites respond to those needs more effectively than conventional materials. This thesis runs through an historical evolution of composites, details the definition and classification, the design and production methods, Hooke’s law for composites, presents the importance of interface between matrix and reinforcement, failure criteria for composites, and finally presents some applications. In parallel to the development of new materials, it is equally of importance the progress in the knowledge and in the technology to monitor the evolution of the properties of those materials during the life cycle. In this way sudden failures / catastrophes are prevented, saving human lives and reducing the cost by extending the life cycle. This thesis presents the principle of structural health monitoring (SHM), the most commonly applied sensors, and the tools of non destructive testing. Finally the principle of amorphous metallic materials is presented. The experimental part covers a methodology to monitor the evolution of properties of a composite under the impact of the environment. The composite used in the tests was carbon and the external stress applied was tensile stress. In each specimen of carbon, wires and ribbons with specific magnetic properties were embedded as sensors.