Αριθμητική Μοντελοποίηση Άξονα από Σύνθετα Υλικά 

με Χαλύβδινες Φλάντζες Σύνδεσης

Τσέλιου, Σοφία; Tseliou,Sofia

dc.contributor.author	Τσέλιου, Σοφία	el
dc.contributor.author	Tseliou,Sofia	en
dc.date.accessioned	2025-12-08T12:17:02Z
dc.date.available	2025-12-08T12:17:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63020
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30716
dc.rights	Default License
dc.subject	Σύνθετος Άξονας	el
dc.subject	Στρεψη	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Φλάντζες	el
dc.subject	FEA	en
dc.subject	CZM	en
dc.subject	CFRP	en
dc.subject	Carbon Fiber Reinforced Polymer
dc.subject	ANSYS
dc.title	Αριθμητική Μοντελοποίηση Άξονα από Σύνθετα Υλικά με Χαλύβδινες Φλάντζες Σύνδεσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική Ανάλυση και Προσομοίωση	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-12-09
heal.abstract	παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην ανάλυση και μοντελοποίηση αξόνων από σύνθετα υλικά (Carbon Fiber Reinforced Polymer – CFRP) οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι με χαλύβδινες φλάντζες, μία εφαρμογή με αυξανόμενη σημασία στη ναυπηγική βιομηχανία. Τα σύνθετα υλικά, όπως το CFRP, προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα παραδοσιακά, όπως μειωμένο βάρος, αυξημένη αντοχή, αντίσταση στη διάβρωση και προσαρμοστικότητα στις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής, καθιστώντας τα ιδανικά για τομείς όπως η αεροναυπηγική, η αυτοκινητοβιομηχανία και η ναυτιλία. Η έρευνα προέκυψε από την ανάγκη κατανόησης της αστοχίας ενός σύνθετου άξονα στο Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας. Ο άξονας αυτός, κατασκευασμένος από CFRP και συνδεδεμένος με χαλύβδινες φλάντζες μέσω κόλλησης, αποτέλεσε το αντικείμενο πειραματικών δοκιμών στρέψης, των οποίων τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων (ΠΣ). Η χρήση σύνθετων αξόνων στη ναυτιλία προσφέρει σημαντικά οφέλη, όπως μείωση βάρους πλοίου και βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση, αλλά αντιμετωπίζει προκλήσεις στη σύνδεση με μεταλλικά εξαρτήματα και την πρόβλεψη μηχανικής συμπεριφοράς υπό φορτίσεις. Η μελέτη αυτή επικεντρώνεται στη μηχανική συμπεριφορά των σύνθετων αξόνων με χαλύβδινες φλάντζες μέσω της ανάπτυξης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων (ΠΣ) στο λογισμικό ANSYS. Η ανάλυση παρέχει λεπτομερή προσομοίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών των αξόνων και της σύνδεσής τους με τις φλάντζες. Αρχικά, εξετάστηκαν οι ιδιότητες των σύνθετων υλικών και οι μέθοδοι σύνδεσης σύνθετων υλικών με μέταλλα, με έμφαση στην κόλληση, που αποτελεί βασική τεχνολογία για τη σύνδεση των αξόνων CFRP με χαλύβδινες φλάντζες. Η ανάλυση χωρίστηκε σε δύο φάσεις: η πρώτη επικεντρώθηκε στη μοντελοποίηση του σύνθετου άξονα χωρίς φλάντζες, και η δεύτερη στη σύνδεση του άξονα με φλάντζες. Στην πρώτη φάση, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων του άξονα CFRP, αρχικά με πολυστρωματικά στοιχεία κελύφους, για το οποίο πραγματοποιήθηκε ανάλυση ιδιοτιμών και μη γραμμική ανάλυση λυγισμού, ώστε να προσδιοριστεί ο κύριος τύποςς αστοχίας και το κρίσιμο φορτίο λυγισμού. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο με πολυστρωματικά τρισδιάστατα στοιχεία, το οποίο παρουσίασε σχεδόν ταυτόσημα αποτελέσματα, ενώ επέτρεψε καλύτερη σύνδεση με τις τρισδιάστατες φλάντζες που χρησιμοποιήθηκαν στη δεύτερη φάση. Η δεύτερη φάση επικεντρώθηκε στη σύνδεση του σύνθετου άξονα με χαλύβδινες φλάντζες, με τα αποτελέσματα να πλησιάζουν περισσότερο τα πειραματικά δεδομένα, αν και υπήρχε ακόμη κάποια απόκλιση. Αρχικά, το μοντέλο δεν περιλάμβανε τη χρήση ενδιάμεσου υλικού σύνδεσης. Η μη γραμμική ανάλυση και η ανάλυση ιδιοτιμών λυγισμού προσδιόρισαν το κρίσιμο φορτίο λυγισμού και τη συνολική αντοχή των φλαντζών και του άξονα. Έγινε επίσης έλεγχος αντοχής του άξονα σύμφωνα με το τοπικό σύστημα συντεταγμένων κάθε στρώσης με τις μέγιστες τάσεις να εντοπίζονται είτε στις εξωτερικές είτε στις εσωτερικές στρώσεις του άξονα. Για την αξιολόγηση της αντοχής του συστήματος χρησιμοποιήθηκαν τα κριτήρια αστοχίας Tsai-Hill και Hashin. Σε επόμενο στάδιο, μελετήθηκε η προσθήκη στρώματος κόλλας στη σύνδεση, με τη χρήση μοντέλου συνεκτικής ζώνης (CZM), το οποίο προσομοίωσε την προοδευτική βλάβη της ένωσης μέσω ενός μικτού τρόπου αποκόλλησης. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης δεν έδειξαν σημαντική μεταβολή στην αντοχή του συστήματος, αλλά παρατηρήθηκε μείωση της αστοχίας της πρώτης στρώσης του άξονα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση της επίδρασης της αντοχής της στρώσης κόλλας μέσω της δημιουργίας δύο επιπλέον μοντέλων: στο πρώτο μειώθηκαν οι αντοχές της κόλλας κατά το ήμισυ, ενώ στο δεύτερο διπλασιάστηκαν.	el
heal.advisorName	Tsouvalis, Nicholas	el
heal.committeeMemberName	Anyfantis, Konstantinos	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false