Μελέτη Θερμικής Συμπεριφοράς Μαρμάρου

Τσίμης, Ευάγγελος; Τσίμης, Ευάγγελος

dc.contributor.author	Τσίμης, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Τσίμης, Ευάγγελος	en
dc.date.accessioned	2023-01-13T08:24:07Z
dc.date.available	2023-01-13T08:24:07Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56656
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24354
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	Μάρμαρα	el
dc.subject	Μεταφορά θερμότητας	el
dc.subject	Θερμική καταπόνηση	el
dc.subject	Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Marbles	en
dc.subject	Heat transfer	el
dc.subject	Thermal degradation	el
dc.subject	Finite element method	el
dc.subject	Smulation	el
dc.title	Μελέτη Θερμικής Συμπεριφοράς Μαρμάρου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Materials Science	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09
heal.abstract	Οι θερμοκρασιακές μεταβολές ακόμη και λίγων βαθμών Κελσίου μπορούν να προκαλέσουν μόνιμες φθορές στα μάρμαρα: ελάττωση των μηχανικών αντοχών, απώλεια υλικού από την επιφάνεια τους, μόνιμη παραμόρφωση. Με αυτό τον τρόπο μπορεί να υποστούν σημαντική φθορά μνημεία ανεκτίμητης αξίας. Λόγω της κλιματικής αλλαγής ο κίνδυνος τέτοιου είδους καταστροφών γίνεται όλο και μεγαλύτερος. Στη βιβλιογραφία έχει γίνει τεκμηρίωση της φθοράς που προκαλείται από την επίδραση της θερμότητας στα μάρμαρα και έχουν προταθεί αντίστοιχοι μηχανισμοί θερμικής υποβάθμισης του μαρμάρου. Κυριότερη αιτία θεωρείται η ανισότροπη θερμική διαστολή των κρυστάλλων ασβεστίτη, που αποτελεί το βασικό ορυκτό του μαρμάρου. Η ανισοτροπία αυτή έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία διακένων μεταξύ των κόκκων, παραμενουσών τάσεων στο εσωτερικού του υλικού και ελάττωση της συνοχής του. Στην παρούσα διπλωματική εργασία δοκίμια μαρμάρου Διονύσου υποβλήθηκαν σε θερμικές καταπονήσεις με κύκλους θέρμανσης-ψύξης και σε όλη τη διάρκεια παρακολουθήθηκε και καταγράφηκε η θερμοκρασία των δοκιμίων στο κέντρο τους, στην επιφάνεια αλλά και στον αέρα γύρω τους. Οι μετρήσεις θερμοκρασίας έδωσαν πληροφορίες σχετικά με τη μετάδοση θερμότητας εντός του μαρμάρου Διονύσου, την απόκριση σε εξωτερικές μεταβολές θερμοκρασίας, τον απαιτούμενο χρόνο για να φτάσει το σύστημα σε θερμική ισορροπία. Έπειτα κατασκευάστηκε μοντέλο μεταφοράς θερμότητας στο εσωτερικό μαρμάρου Διονύσου, πεπερασμένων στοιχείων σε περιβάλλον ANSYS, με οριακές συνθήκες α) την επιφανειακή θερμοκρασία του μαρμάρου στη μία περίπτωση και β) τη συναγωγή με το περιβάλλον στη δεύτερη περίπτωση. Το μοντέλο ελέγχθηκε και για τις δύο περιπτώσεις χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις θερμοκρασίας από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, ως οριακές συνθήκες και επιδιώκοντας προσέγγιση της πειραματικά μετρημένης θερμοκρασίας στο κέντρο των δοκιμίων. Οι προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι με χρήση της επιφανειακής θερμοκρασίας ως οριακής συνθήκης το μοντέλο μπορεί να προβλέψει ικανοποιητικά τη θερμοκρασία στο κέντρο των δοκιμίων κατά τη διάρκεια απλών θερμικών μεταβολών θέρμανσης-ψύξης. Η ακρίβεια πρόβλεψης ελαττώνεται σε απότομες μεταβολές των οριακών συνθηκών. Κατά την προσομοίωση θερμοκρασιακού προγράμματος επαναλαμβανόμενων κύκλων ταχείας θέρμανσης-ψύξης, διαπιστώθηκε ανεπάρκεια του μοντέλου. Στη συνέχεια η προσομοίωση επαναλήφθηκε με οριακή συνθήκη τη συναγωγή με το περιβάλλον. Σε αυτή την περίπτωση τα αποτελέσματα πρόβλεψης της θερμοκρασίας στο κέντρο του δοκιμίου ήταν ικανοποιητικά ενώ οι προβλέψεις για την θερμοκρασία της επιφάνειας δεν ήταν επαρκώς ακριβής.	el
heal.abstract	Temperature changes of even a few degrees Celsius can cause permanent damage to marbles: reduction of mechanical properties, exfoliation, permanent deformation. Invaluable monuments can suffer considerable damage in this way. Due to climate change, the risk of such problems is increasing. The deterioration caused by the effect of heat on marbles has been documented in the scientific literature and respective mechanisms of marble thermal degradation have been proposed. The main cause of thermal degradation of marble is considered to be the anisotropic thermal expansion of calcite crystals, the main mineral marble is composed of. This anisotropy results in the partial decohesion of calcite grains and a non-zero residual stress state inside the material. In this thesis, samples of Dionysos marble were subjected to thermal treatment with heating-cooling cycles. Throughout the entire process the temperature of the samples center, surface and surrounding air was monitored and recorded. The temperature measurements provided information about the heat transfer within the marble, the response to external temperature changes and time required for the system to reach thermal equilibrium. Then a finite element model of heat transfer inside Dionysus marble was created in ANSYS simulation software. The boundary conditions used where: a) the surface temperature of the marble and b) convection with the surrounding air. The model was tested for both cases using the temperature measurements from the previously done experiments. Surface and air temperature where respectively used as boundary conditions aiming to approximate the experimentally measured temperature at the center of the specimens. The simulations showed that using the surface temperature as a boundary condition the model can sufficiently predict the temperature at the center of the specimens during gentle variations of the surface temperature. Prediction accuracy is reduced in cases of sudden change of boundary conditions. When simulating a temperature programming of repeated, rapid heating-cooling cycles, the model was found to be inadequate in predicting the specimen center temperature. The simulation was then repeated using convection with the external environment as boundary condition. In this case the temperature predictions for the specimen center were close enough to the experimental measurements, although the surface temperature ones were found not sufficiently accurate.	en
heal.advisorName	Μπακόλας, Αστέριος	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Μπακόλας, Αστέριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false