Αριθμητική προσομοίωση και πειραματική διερεύνηση κόμβων πτυσσόμενων κατασκευών

Στεφάνου, Στέφανος; Stefanou, Stefanos

dc.contributor.author	Στεφάνου, Στέφανος	el
dc.contributor.author	Stefanou, Stefanos	en
dc.date.accessioned	2026-06-03T10:53:39Z
dc.date.available	2026-06-03T10:53:39Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/64826
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.32520
dc.rights	Default License
dc.subject	Deployable structures	en
dc.subject	Stuctural engineering	en
dc.subject	3d-printing	en
dc.subject	Δομοστατική μηχανική	el
dc.subject	Πτυσσόμενες κατασκευές	el
dc.subject	Τρισδιάσταστη εκτύπωση	el
dc.subject	Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	Finite element analysis	en
dc.subject	Advanced mechanics	en
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.title	Αριθμητική προσομοίωση και πειραματική διερεύνηση κόμβων πτυσσόμενων κατασκευών	el
dc.title	Numerical simulation and experimental verification of joints for deployable structures	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Structural engineering	en
heal.classification	Deployable structures	en
heal.classification	3d-printing	en
heal.classification	Polymers	en
heal.classification	Experimental verification	en
heal.classification	Yield criteria	en
heal.classification	Advanced mechanics	en
heal.classification	Numerical simulation	en
heal.classification	Finite element analysis	en
heal.classification	Fracture mechanics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-12-18
heal.abstract	Λαμβάνοντας υπόψη την ιδιαίτερη σημασία των κόμβων για την επιτυχή εφαρμογή πτυσσόμενων κατασκευών, καθώς και τη σύνθετη γεωμετρία τους σε συνδυασμό με την ανάγκη για ελεύθερες στροφές, οι κόμβοι πτυσσόμενων κατασκευών καθίστανται ελκυστική εφαρμογή για την τρισδιάστατη εκτύπωση. Στο πλαίσιο αυτό, προτείνεται ο σχεδιασμός μιας πειραματικής διάταξης για τη δοκιμή κόμβων πτυσσόμενων ψαλιδωτών κατασκευών, οι οποίοι κατασκευάζονται με τη μέθοδο της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στον βελτιστοποιημένο σχεδιασμό και την ανάλυση της συμπεριφοράς των κόμβων, αντιμετωπίζοντας, μεταξύ άλλων, σε σημαντικό βαθμό τα μειονεκτήματα της εκκεντρότητας μεταξύ των ράβδων που χαρακτηρίζουν προηγούμενες γεωμετρίες, οδηγώντας σε έναν πιο αποδοτικό και οικονομικό σχεδιασμό. Προς ενίσχυση του σχεδιασμού αυτού, πραγματοποιήθηκε η μελέτη και εφαρμογή ενός φιλικού προς το περιβάλλον και οικονομικά αποδοτικού υλικού, το οποίο προσφέρει ταυτόχρονα τη δυνατότητα γεωμετρικής ευελιξίας του κόμβου, ώστε να πληρούνται οι απαιτήσεις τέτοιου είδους κατασκευών. Για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς του κόμβου προτάθηκαν δύο παρόμοιες γεωμετρίες με διαφορετικό πάχος. Παράλληλα, για το αριθμητικό μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων πραγματοποιήθηκε ενδελεχής μελέτη των χαρακτηριστικών του ανισότροπου υλικού, όπως οι μηχανικές ιδιότητες και τα κριτήρια διαρροής που το διέπουν. Ως κατάλληλο κριτήριο διαρροής για την περιγραφή ανισότροπων εκτυπωμένων πολυμερών υλικών σε στρώσεις, όπως το τρισδιάστατα εκτυπωμένο πολυγαλακτικό οξύ (PLA) που χρησιμοποιήθηκε για τη μορφοποίηση του κόμβου, επιλέχθηκε το κριτήριο διαρροής Hill (1948/1990), λόγω της απλότητας του. Τα αριθμητικά αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα πειραματικά μέσω προσομοίωσης της πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο, η οποία επιβάλλει κεντρικό εφελκυσμό στον υπο κλίμακα κόμβο και επιτρέπει τη διερεύνηση της συμπεριφοράς του σε επίπεδο μέγιστου φορτίου και τρόπου αστοχίας. Πραγματοποιήθηκαν μη γραμμικές αναλύσεις γεωμετρίας και υλικού (GMNA), με στόχο την πλήρη καταγραφή της συμπεριφοράς του κόμβου και του χαρακτήρα του εκτυπωμένου υλικού, τόσο ως προς τη δυσκαμψία όσο και ως προς τους δρόμους ισορροπίας. Η σύγκριση των αριθμητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων κρίνεται ικανοποιητική, με περιθώρια περαιτέρω βελτίωσης, προκειμένου να μειωθούν οι αποκλίσεις μεταξύ τους	el
heal.abstract	Considering the critical importance of joints for the successful implementation of deployable structures, as well as their complex geometry combined with the need for free rotations, joints in deployable structures constitute an attractive application for additive manufacturing. Within this context, the design of an experimental setup for the testing of joints of deployable scissor structures manufactured using additive manufacturing is proposed. The present diploma thesis focuses on the optimized design and the analysis of the mechanical behavior of joints, addressing, among other aspects, to a significant extent the drawbacks associated with the eccentricity between bars that characterize previous joint geometries, thus leading to a more efficient and cost-effective design. To further enhance this design, the study and application of an environmentally friendly and economically viable material were carried out, which simultaneously offers geometric design flexibility of the joint, so as to meet the requirements of such types of structures. To investigate the behavior of the joint, two similar geometries with different thicknesses were proposed. In parallel, a thorough study of the characteristics of the anisotropic material was conducted for the finite element numerical model, including its mechanical properties and governing yield criteria. As an appropriate yield criterion for describing anisotropic, layer-wise printed polymeric materials, such as the additively manufactured polylactic acid (PLA) used for joint fabrication, the Hill (1948/1990) yield criterion was selected due to its simplicity. The numerical results were compared with the corresponding experimental results through the simulation of the experimental setup developed in the laboratory, which applies a centrally applied tensile load to the scaled joint and enables the investigation of its behavior in terms of maximum load and failure mode. Nonlinear geometric and material analyses (GMNA) were performed in order to fully capture the behavior of the joint and the characteristics of the additively manufactured material, both in terms of stiffness and equilibrium paths. The comparison between numerical and experimental results is considered satisfactory, although further improvements are required to reduce the observed deviations between them.	en
heal.advisorName	Γαντές, Χαράλαμπος	el
heal.advisorName	Πανταζής, Γεώργιος	el
heal.advisorName	Gantes, Charalampos	en
heal.advisorName	Pantazis, Georgios	en
heal.committeeMemberName	Gantes, Charalampos	en
heal.committeeMemberName	Triantafyllou, Savvas	en
heal.committeeMemberName	Thanopoulos, Pavlos	en
heal.committeeMemberName	Γαντές, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Τριανταφύλλου, Σάββας	el
heal.committeeMemberName	Θανόπουλος, Παύλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	142 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false