Experimental and numerical investigation of the behavior of CFRP circular tubular specimens under quasi-static oblique compression

Μάγειρα, Πηνελόπη; Mageira, Pinelopi

dc.contributor.author	Μάγειρα, Πηνελόπη	el
dc.contributor.author	Mageira, Pinelopi	en
dc.date.accessioned	2022-07-28T10:30:37Z
dc.date.available	2022-07-28T10:30:37Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55522
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23220
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Λοξή φόρτιση	el
dc.subject	Oblique loading	en
dc.subject	Composite materials	en
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Numerical simulation	en
dc.subject	Experimental investigation	en
dc.subject	Πειραματική διερεύνηση	el
dc.subject	Crash tubes	en
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Κυλινδρικά δοκίμια	el
dc.title	Experimental and numerical investigation of the behavior of CFRP circular tubular specimens under quasi-static oblique compression	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Crashworthiness	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-10
heal.abstract	The increase of vehicle traffic implies the need for the improvement of vehicle safety, resulting in considerable and extensive research on this field. The usage of crash boxes as energy absorbers has proved that they are significantly efficient during a frontal collision scenario, because they decrease the kinetic energy and therefore the deceleration that are exerted in the occupants and the cargo, and thus reducing the probability of the occurrence of injuries and damage respectively. The first crashworthiness experiments involved specimens from steel and later on from aluminum. However, researchers have noticed that fibre reinforced polymers (FRPs) can be a promising candidate for crashworthiness applications where lightweighting is crucial (e.g. Automobile and Aerospace industry). The quasi - static oblique crashing of FRP energy absorbers is an active area of research. This thesis aims to explore the crashworthiness behavior of circular tubes under quasi - static oblique loading. Seventeen circular tubes were tested in various cases of oblique compression, using a Universal Testing Machine. The tubes were manufactured by carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminas. The effect of the angle between the loading direction and the specimen's longitudinal axis (i.e. loading angle) on the collapse mechanisms and the crashworthiness indicators are investigated. The loading angle ranged from 0o to 22o. The collapsed specimens were analyzed both macroscopically and stereoscopically as a means to deeper understand the failure mechanisms of this structure. A numerical simulation of the experimental procedure was developed using the non-linear explicit Finite Element code LS-Dyna. The results illustrate the extent of the influence of the loading angle on the energy absorption capability of the circular tubes. In particular, the larger the loading angle, the less energy is absorbed by the tubes, while bending gradually replaces other mechanisms of collapse. A larger loading angle is related with less changes in deceleration. In addition, the numerical simulation is an accurate representation of the tubes’ compression, as the deviation between the energy related crashworthiness indicators of the experimental procedure and the simulation is less than ±10%.	en
heal.abstract	Η αύξηση της κυκλοφορίας των οχημάτων συνεπάγεται την ανάγκη για βελτίωση της ασφάλειας αυτών, οδηγώντας σε εκτεταμένη έρευνα στον τομέα αυτό. Η χρήση των απορροφητών ενέργειας στο εμπρόσθιο τμήμα του πλαισίου του οχήματος έχει αποδείξει ότι είναι σημαντικά αποτελεσματικά κατά την περίπτωση της μετωπικής πρόσκρουσης, μιας και μειώνουν την κινητική ενέργεια και συνεπώς την επιβράδυνση που ασκείται στους επιβάτες και στο μεταφερόμενο φορτίο, ελαττώνοντας έτσι την πιθανότητα τραυματισμών και ζημιών αντίστοιχα. Οι πρώτες μελέτες στις διατάξεις απορρόφησης ενέργειας αφορούσαν δοκίμια κατασκευασμένα από χάλυβα και αργότερα από αλουμίνιο. Ωστόσο, έχει παρατηρηθεί ότι τα ινώδη σύνθετα υλικά (fibre reinforced polymers - FRPs) είναι ιδιαίτερα υποσχόμενα για εφαρμογές διατάξεων απορρόφησης ενέργειας όπου το μικρό βάρος είναι απαραίτητο (π.χ. αυτοκινητοβιομηχανία και αεροδιαστημική βιομηχανία). Η οιονεί - στατική λοξή συμπίεση των FRP απορροφητών ενέργειας αποτελεί ένα ενεργό πεδίο έρευνας. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να συμβάλλει στη μελέτη της συμπεριφοράς κυκλικών κελυφών υπό οιονεί στατική λοξή φόρτιση. Δεκαεπτά κυκλικά κελύφη τέθηκαν σε λοξή συμπίεση υπό διάφορες γωνίες με τη χρήση καθολικής μηχανής δοκιμών (Universal Testing Machine). Τα κελύφη είναι κατασκευασμένα από ανθρακονήματα (carbon fiber reinforced polymers - CFRP). Διερευνάται η επίδραση της γωνίας ανάμεσα στη διεύθυνση φόρτισης και στον διαμήκη άξονα του δοκιμίου (δηλαδή της γωνίας φόρτισης) στους μηχανισμούς κατάρρευσης, καθώς και στους δείκτες αξιολόγησης (crashworthiness indicators) κάθε κελύφους. Η γωνία φόρτισης κυμάνθηκε από 0o έως 22o. Μετά το πέρας των δοκιμών τα δοκίμια εξετάστηκαν μακροσκοπικά και στερεοσκοπικά για την μελέτη των μηχανισμών κατάρρευσης. Επίσης, αναπτύχθηκε αριθμητική προσομοίωση της πειραματικής διαδικασίας μέσω του κώδικα πεπερασμένων στοιχείων LS - DYNA. Τα αποτελέσματα της εργασίας απεικονίζουν την έκταση της επίδρασης της γωνίας φόρτισης στην ικανότητα απορρόφησης ενέργειας των κυκλικών κελυφών. Συγκεκριμένα, η αύξηση της γωνίας φόρτισης έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της απορρόφησης ενέργειας, ενώ η κάμψη σταδιακά αντικαθιστά άλλους μηχανισμούς κατάρρευσης. Μια μεγαλύτερη γωνία φόρτισης σχετίζεται με λιγότερες αλλαγές στην επιβράδυνση. Επιπλέον, η αριθμητική προσομοίωση αναπαριστά επακριβώς τη συμπίεση των κελυφών, μια και η απόκλιση ανάμεσα στους δείκτες αξιολόγησης, που σχετίζονται με την απορρόφηση της ενέργειας, της πειραματικής διαδικασίας και της προσομοίωσης είναι μικρότερη από ±10%.	el
heal.advisorName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών. Εργαστήριο Κατεργασιών των Υλικών (Μηχανουργικό και Μηχανολογικό Εργοστάσιο)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	229 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false