Διερεύνηση σεισμικής συμπεριφοράς μουσειακών εκθεμάτων

Κανάκης, Αλέξανδρος; Kanakis, Alexandros

dc.contributor.author	Κανάκης, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Kanakis, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2022-07-19T06:51:44Z
dc.date.available	2022-07-19T06:51:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55399
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23097
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	Λικνισμός	el
dc.subject	Προσομοίωση με πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Σεισμική απόκριση	el
dc.subject	Μουσειακά εκθέματα	el
dc.subject	Μη γραμμικές αναλύσεις	el
dc.subject	Rocking	en
dc.subject	Finite element simulation	en
dc.subject	Seismic response	en
dc.subject	Museum artifacts	en
dc.subject	Non linear analysis	en
dc.title	Διερεύνηση σεισμικής συμπεριφοράς μουσειακών εκθεμάτων	el
dc.title	Seismic Response Assessment of Museum Artifacts	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Αντισεισμική Μηχανική	el
heal.classification	Earthquake Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-08
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται την μοντελοποίηση μουσειακών εκθεμάτων με τη χρήση προσομοιωμάτων που βασίζονται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Τα αριθμητικά αποτελέσματα τα οποία θα προκύψουν, θα αξιολογηθούν με τη βοήθεια των δεδομένων τα οποία ελήφθησαν από τα πειραματικά αποτελέσματα τα οποία πραγματοποιήθηκαν μέσω του προγράμματος SERA/SEREME ( SEismic REsilience of Museum contEnts). Επομένως, η αντιμετώπιση ενός πολυσύνθετου προβλήματος όπως είναι ο λικνισμός, θα προσεγγιστεί μέσω πιστών αντιγράφων, των μουσειακών εκθεμάτων τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα, με τη χρήση του λογισμικού ABAQUS/CAE. Τα διάφορα μοντέλα τα οποία δημιουργήθηκαν στο λογισμικό προέκυψαν έπειτα από διερεύνηση διαφόρων παραμέτρων όπως είναι η χρήση δύσκαμπτου (rigid) ή εύκαμπτου μοντέλου (deformable), η χρήση απλοποιητικού προσομοιώματος ή της ακριβούς γεωμετρίας του αγάλματος και οι τιμές τριβής, απόσβεσης και μεγέθους πεπερασμένων στοιχείων. Τελικός σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η λεπτομερείς προσομοίωση και η επιλογή των ορθότερων παραμέτρων έτσι ώστε να μπορούν να δοθούν ασφαλές εκτιμήσεις, σχετικά με το πρόβλημα του λικνισμού, μέσω ενός μοντέλου στο λογισμικό Abaqus, συγκρινόμενα με τα πειραματικά αποτελέσματα. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο σχετικά με τον λικνισμό ενός ελεύθερα εδραζόμενου στερεού σώματος υπό σεισμική διέγερση καθώς και οι εξισώσεις κίνησης αυτού. Αποδεικνύεται ότι ο συντελεστής αποκατάστασης R εξαρτάται καθαρά και μόνο από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του υπό εξέταση σώματος αλλά και ο λόγος για τον οποίο αμελείται η ολίσθηση στην παρούσα διπλωματική εργασία. Στο δεύτερο κεφάλαιο πραγματοποιείται η σύγκριση ενός δύσκαμπτου (rigid) μοντέλου το οποίο δημιουργήθηκε στο Abaqus με ένα εύκαμπτο (deformable) μοντέλο και γίνεται η διερεύνηση σχετικά με το πόσο, η παραπάνω πληροφορία η οποία «μπαίνει» στο μοντέλο με τη χρήση εύκαμπτου προσομοιώματος (δηλαδή ακριβής ιδιότητες του υλικού αλλά και η εσωτερική κάμψη που αναπτύσσεται στο μοντέλο), φαίνεται να αποτυπώνεται και στα αποτελέσματά τους. Παρατηρείται ότι η μικρή σχετικά βελτίωση είναι σε τέτοιο βαθμό όπου δεν δικαιολογεί τον σημαντικά αυξημένο υπολογιστικό χρόνο του προβλήματος επομένως χρησιμοποιήθηκαν δύσκαμπτα μοντέλα στη συνέχεια της έρευνας. Σε αυτό το σημείο αξίζει να αναφερθεί ότι και στις δύο περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε ένα πρισματικό, γεωμετρικά μοντέλο με τιμές παρόμοιες με εκείνες του πραγματικού αγάλματος επομένως αντίστοιχες τιμές λυγηρότητας και με αντίστοιχες τιμές ροπών αδρανείας. Στο τρίτο κεφάλαιο, έπειτα από την εισαγωγή της ακριβούς γεωμετρίας του αγάλματος στο λογισμικό, μέσω την βοήθεια τρισδιάστατου σαρωτή, θα γίνει η σύγκριση των αποτελεσμάτων ενός δύσκαμπτου απλοποιητικού προσωμοιώματος με ένα, επίσης δύσκαμπτο μοντέλο, αλλά, με τα ακριβή γεωμετρικά στοιχεία ώστε να φανεί στη πράξη το κατά πόσο οι λεπτομέρειες στη μορφή του αγάλματος δίνουν καλύτερα αποτελέσματα. Φαίνεται ότι μια γενική εικόνα του αγάλματος με τις ακριβής τιμές σε λυγηρότητα και ροπές αδράνειας παρέχουν μειωμένη ακρίβεια χωρίς ιδιαίτερη διαφορά σε υπολογιστικό χρόνο κατά τη προσομοίωση σε Abaqus. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται η καταλληλότερη μορφή απόσβεσης η οποία θα χρησιμοποιηθεί στο πλαίσιο της βέλτιστης προσομοίωσης του μοντέλου στο Abaqus. Στη πραγματικότητα η απόσβεση σε ένα πρόβλημα λικνισμού πραγματοποιείται μέσω των διαδοχικών κρούσεων στις οποίες υπόκειται το δοκίμιο. Μια τέτοια προσομοίωση δεν είναι εφικτή μέσω του Abaqus επομένως ο σκοπός του παρόντος κεφαλαίου είναι να συγκρίνει τη συνηθέστερη μορφή απόσβεσης η οποία χρησιμοποιείται σε προβλήματα λικνισμού στο συγκεκριμένο πρόγραμμα (ιξώδης απόσβεση ζ) σε σχέση με μια διαφορετικής μορφής, χρονικά γραμμικής απόσβεσης, η οποία βρέθηκε με βάση την βιβλιογραφία. Στο πέμπτο κεφάλαιο φαίνεται η παρουσίαση των τελικών αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων και η σύγκρισή τους με τα πειραματικά δεδομένα του προγράμματος SERA/SEREME και φαίνεται το κατά πόσο τα μοντέλα είναι σε θέση να δώσουν μια ασφαλή εκτίμηση του λικνιστικού φαινομένου και με ποιες παραμέτρους. Γίνεται η παρατήρηση πως τα αποτελέσματα της προσομοίωσης στο Abaqus χρησιμοποιώντας ένα δύσκαμπτο προσομοίωμα της πραγματικής γεωμετρίας του αγάλματος και με τη χρήση της απόσβεσης με βάση το υλικό (Critical Damping) δίνει αποτελέσματα πολύ κοντινά σε εκείνα τα οποία δόθηκαν στο πλαίσιο των πειραμάτων και είναι σε θέση να δώσει μια αντιπροσωπευτική εικόνα της πραγματικής συμπεριφοράς του αγάλματος. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας παρατίθενται τα συμπεράσματα της μελέτης σχετικά τον τρόπο προσομοίωσης προβλημάτων λικνισμού στο Abaqus αλλά και στη γενικότερη ερώτηση εάν μπορεί ένα «ελαφρύ» μοντέλο μικρού υπολογιστικού χρόνου να δίνει αξιόπιστες απαντήσεις σε ένα τόσο σύνθετο και μη γραμμικό πρόβλημα. Στη συνέχεια προτείνονται ιδέες για μελλοντική μελέτη και έρευνα. Τέλος, στις τελευταίες σελίδες γίνεται παράθεση των βιβλιογραφικών αναφορών για την καλύτερη καθοδήγηση και μελέτη του αναγνώστη, καθώς και ένα παράρτημα στο οποίο φαίνεται αναλυτικά ο τρόπος δημιουργίας των υπό εξέταση μοντέλων στο περιβάλλον του Abaqus/CAE όσον αφορά όλα τα μοντέλα τα οποία δημιουργήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας μελέτης.	el
heal.abstract	This master thesis deals with the modeling of museum artifacts using simulations based on the finite element method. The numerical results will be evaluated with the help of experimental data performed through SERA/SEREME program (SEismic REsilience of Museum contEnts). Therefore, tackling a complex problem such as rocking will be approached through exact copies of the museum exhibits used in the experiments, using the ABAQUS / CAE software. The various models created in the software emerged after investigating various parameters such as the use of rigid or flexible model, the use of simplistic simulation of the statue or the exact geometry and the values of friction, damping and finite element size. The ultimate goal of this research is the detailed simulation and selection of the correct parameters so that safe estimates can be given about the rocking problem, through a model in Abaqus software, compared to the experimental data. The first chapter of the paper presents the theoretical background on the rocking of a solitary free-standing solid body subjected to a seismic excitation as well as its equations of motion. It turns out that the coefficient of restoration R depends purely on the geometric characteristics of the body under consideration but also the reason why the slip is neglected in the present dissertation. The second chapter compares a rigid model created in Abaqus with a deformable model and investigates how this extra information of using a flexible simulation (i.e. exact material properties but also the internal bending that develops in the model), seems to be reflected in their results. It is observed that the relatively small improvement in the results is to a point that does not justify the significantly increased computational time of the problem therefore rigid models were used in the continuation of the research. At this point it is worth mentioning that in both cases was used the same prismatic simplified model with slenderness and moments of inertia values similar to those of the real statue. In the third chapter, after the introduction of the exact geometry of the statue in the software, through the help of a 3D scanner, the results of a rigid simplification model will be compared with a, also rigid, model but with the exact geometry in order to check in practice whether the details in the form of the statue give better results. It seems that a simplified model of the statue with accurate values in slenderness and moments of inertia provide reduced accuracy with almost the same computational time when simulated in Abaqus. The fourth chapter analyzes the most appropriate form of damping that will be used in the context of the optimal model simulation in Abaqus. In fact, the damping in a rocking problem takes place through the successive impacts to which the specimen is subjected. Such a simulation is not possible through Abaqus therefore the purpose of this chapter is to compare the most common form of damping used in rocking problems in Abaqus (critical damping) in relation to a different form of linear damping which was found based on the literature. The fifth chapter shows the presentation of the final results of the simulations and their comparison with the experimental data of the SERA / SEREME program and shows whether the models are able to give a safe estimate of the rocking phenomenon and with what parameters this is achieved. It is observed that the results of the simulation in Abaqus using a rigid simulation of the real geometry of the statue and the use of material damping (Critical Damping) gives results very close to those given in the experiments and is able to give a representative picture of the actual behavior. The sixth and final chapter of this paper presents the conclusions of the study on how to simulate rocking problems in Abaqus, but also if a light, low computational time model can give reliable answers to such a complex and non-linear problem. Then, ideas for future study and research are suggested. Finally, in the last pages of the dissertation there is a list with the bibliographic references for better guidance and study of the reader, as well as an appendix that shows in detail how to create the models which was used in this research in Abaqus / CAE environment regarding the rigid and flexible model.	en
heal.advisorName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.advisorName	Fragiadakis, Michalis	en
heal.committeeMemberName	Μουζάκης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Mouzakis, Charalambos	en
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, Vissarion	en
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false