Διερεύνηση της κατασκευής καταδυτικών πέδιλων από σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας με ενίσχυση ινών άνθρακα

Abstract

Τα σύνθετα υλικά αποτελούν ολοένα και περισσότερο πρωταρχικό στοιχείο της σημερινής παραγωγής καταναλωτικών και όχι μόνο προϊόντων, ενώ σε συνδυασμό με τις ιδιότητες και τα πλεονεκτήματα που αυτά προσφέρουν έναντι των παραδοσιακών υλικών, καθίστανται αντικείμενο μελέτης και εξέλιξης από πλευράς μεθόδων κατασκευής και υλικών. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία ασχολήθηκε με την διερεύνηση της κατασκευής καταδυτικών λεπίδων από σύνθετα υλικά και συγκεκριμένα από τον συνδυασμό εποξικής ρητίνης και ινών άνθρακα. Σκοπός της εργασίας αποτελεί η περιγραφή και η παρουσίαση των παραγωγικών σταδίων που εμπεριέχονται στην κατασκευή ενός πέδιλου από προηγμένα υλικά. Αρχικά, γίνεται αναφορά στις διάφορες τεχνικές παρασκευής προϊόντων από σύνθετα υλικά. Ακολούθως, η εργασία εστιάζει στο αντικείμενο μελέτης, που αφοράει στην κατασκευή λεπίδων από ίνες άνθρακα και ρητίνες, κίνητρο της οποίας αποτέλεσε το άρθρο των Μπάρδη-Μαθιουλάκη. Την περιγραφή του συγκεκριμένου τύπου σύνθετων υλικών ακολουθεί μία εκτενής αναφορά στην έγχυση σε κενό(vacuum infusion), όπου αναλύονται τα χαρακτηριστικά της καθώς και οι παράμετροι που την επηρεάζουν. Έπεται μία πρώτη μοντελοποίηση της μορφής της καταδυτικής λεπίδας καθώς και των παρελκόμενων(πέλματα, παρατροπίδια) σε πρόγραμμα CAD, μοντελοποίηση η οποία στηρίχτηκε σε πηγές από τη βιβλιογραφία και σε λογικά συμπεράσματα που εξήχθησαν από το άρθρο του Μπάρδη. Το μοντέλο στη συνέχεια υπόκειται σε διάφορα σενάρια προσομοίωσης φορτίσεως, με σκοπό την καταγραφή αποτελεσμάτων, που ενδέχεται να χρησιμεύσουν στην εξαγωγή συμπερασμάτων ή στοιχείων που αφορούν στη συμπεριφορά του συγκεκριμένου τύπου καταδυτικών λεπίδων. Τα μεγέθη που μεταβάλλονται κατά τα διαφορετικά σενάρια προσομοίωσης, είναι ουσιαστικά αυτά που ορίζονται ως παράμετροι σχεδίασης μίας καταδυτικής λεπίδας, όπως ορίστηκαν στο άρθρο Μπάρδη-Μαθιουλάκη, το οποίο αποτέλεσε πηγή και κίνητρο σε ένα βαθμό για τη συγκεκριμένη εργασία. Στο εν λόγω άρθρο, παρουσιάζεται η πειραματική αξιολόγηση λεπίδων κατάδυσης διαφορετικών υλικών και σκληροτήτων, καθώς και η επίδραση των παραμέτρων σχεδίασης στον βαθμό απόδοσης της εκάστοτε λεπίδας. Ακολουθεί η κατασκευή δύο λεπίδων με χρήση της έγχυσης σε κενό, η οποία και αναλύεται βήμα προς βήμα. Τέλος προτείνονται δυνατότητες αυτοματοποίησης της κατασκευής καταδυτικών λεπίδων με βάση παρατηρήσεις που είτε εφαρμόζονται ήδη στην παραγωγική διαδικασία είτε αποκομίσθηκαν από την συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Το κέρδος της συγκεκριμένης εργασίας είναι η εισαγωγή της συγκεκριμένης τεχνικής στις κατεργασίες της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών, καθώς και η περαιτέρω ανάλυση των παραμέτρων σχεδίασης των καταδυτικών πέδιλων, όπως αυτές ορίστηκαν στο άρθρο των Μαθιουλάκη-Μπάρδη. Με τη συγκεκριμένη εργασία ως βάση, μπορούν να διεξαχθούν πειράματα για τη βελτίωση της απόδοσης των καταδυτικών πτερυγίων πέρα από τα σημερινά στάνταρντς του εμπορίου τα οποία τις περισσότερες φορές, είναι αποτέλεσμα καθαρά προσωπικής προτίμησης έμπειρων δυτών-κατασκευαστών. Ακολουθεί μία σύντομη περιγραφή των συνήθων μεθόδων παρασκευής τεμαχίων από σύνθετα υλικά καθώς και η σύγκριση τους με την έγχυση σε κενό- η οποία και θα αποτελέσει σημείο αναφοράς της συγκεκριμένης εργασίας-, αναφορικά με την κατασκευή καταδυτικών λεπίδων.

Composite materials are increasingly a key element of current production and not just consumer products, in combination with the properties and advantages they offer over traditional materials, become the subject of study and development in terms of construction methods and materials. This thesis dealt with the investigation of construction diving blades made of composite materials, namely the combination of epoxy resin and carbon fiber. The aim of work is the description and presentation of the production stages involved in the construction of a shoe from advanced materials. Initially, refering to various techniques for the manufacturing of composite materials. Subsequently, the paper focuses on the object of study, refers to manufacturing blades from carbon fibers and resins, which was the motive of the article-the Bardis Mathioulakis. The description of the type of composites follows a detailed report of the vacuum injection (vacuum infusion), analyzing the characteristics and the parameters affecting it. It follows a first modeling of the form of diving blade and accessories (pads, paratropidia) program in CAD, modeling which was based on sources from literature and logical conclusions drawn from the article by Bardis. The model was then subjected to various loading scenarios simulated in order to record the results that may be used to draw conclusions or data relating to the conduct of the diving-type blades. The figures vary in different simulation scenarios, these are essentially defined as design parameters for a diving knife, as defined in Article Mathioulakis-Bardis, which was a source of motivation and a degree for the job. The article presents the experimental evaluation of different diving blade material and hardness, and the influence of design parameters on the efficiency of each blade. Here is the construction of two blades using vacuum infusion, which is analyzed step by step. Finally suggesting ways to automate the manufacture of diving blades based on observations that are either already implemented or in the process learned from this thesis. The gain of this work is the introduction of the technical processes in the School of Mechanical Engineering, and further analysis of the design parameters of diving fins, as defined in the article Mathioulakis-Bardis. With this work as a base may be carried out experiments to improve the performance of diving fins beyond the current standard of trade, which most often is the result of purely personal preference-experienced divers manufacturers.