Αριθμητική Μελέτη της Μηχανικής Συμπεριφοράς Μαρμάρινων Γωνιακών Επιστυλίων Αλληλοσυνδεδεμένων με μεταλλικούς συνδέσμους Μορφής Διπλού "Τ"

Abstract

Το θέμα της παρούσας εργασίας είναι η αριθμητική μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των μαρμάρινων γωνιακών επιστυλίων του Παρθενώνα, τα οποία αλληλοσυνδέονται με σύνδεσμο ο οποίος έχει μορφή διπλού «Τ» και είναι κατασκευασμένος από τιτάνιο. Η ανάγκη μελέτης του συγκεκριμένου προβλήματος, προέκυψε όταν σε πειράματα που διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Αντοχής Υλικών του Ε.Μ.Π. το μάρμαρο ήταν αυτό που αστόχησε πρώτο αντί του τιτανίου. Το γεγονός αυτό αντιβαίνει στο «Χάρτη της Βενετίας», όπου χαρακτηριστικά και ρητά αναφέρεται ότι στις αναστηλώσεις το νέο υλικό θα πρέπει να «θυσιάζεται» έναντι του παλιού. Λόγω της καίριας σημασίας του μνημείου αλλά και του κόστους διεξαγωγής πειραμάτων τέτοιου είδους, χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων Ansys.12.0 , το οποίο παρέχει τη δυνατότητα σχεδιασμού του επιθυμητού μοντέλου, προσδιορισμού των απαραίτητων μηχανικών παραμέτρων, τη δυνατότητα μελέτης του μοντέλου υπό οποιαδήποτε επιθυμητή καταπόνηση. Η λειτουργία του συγκεκριμένου προγράμματος βασίζεται στη «Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων». Η μέθοδος αυτή, έχει λύσει πολλά σύνθετα προβλήματα της μηχανικής. Ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια με τη ραγδαία ανάπτυξη των υπολογιστών έχει καταστεί ως ένα αναπόσπαστο και εύχρηστο εργαλείο για οποιαδήποτε μελέτη στο χώρο της μηχανικής. Στην εργασία αυτή, μετά τον σχεδιασμό του μοντέλου (δηλαδή το σχεδιασμό των γωνιακών επιστυλίων, τον προσδιορισμό των υλικών που τα αποτελούν και των μηχανικών ιδιοτήτων τους), με τη μέθοδο της σύγκλισης εντοπίστηκε το καταλληλότερο μέγεθος στοιχείου κάναβου, κάτι το οποίο είναι απαραίτητο για την εφαρμογή της μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων. Στη συνέχεια, το μοντέλο υπέστη 6 διαφορετικές φορτίσεις υπό τους ίδιους περιορισμούς. Από τα αποτελέσματα έγινε δυνατή η κατασκευή, για κάθε φόρτιση χωριστά, των διαγραμμάτων των ορθών και διατμητικών τάσεων, της τάσης κατά Mises και των μετατοπίσεων κατά τους 3 άξονες. Τα διαγράμματα αυτά παρατίθενται με τον κατάλληλο σχολιασμό και μαζί με τις εικόνες σε χρωματοκλίμακες αποτελούν τα εργαλεία εξαγωγής των συμπερασμάτων. Τέλος, μαζί με τα συμπεράσματα από τις φορτίσεις παρατίθενται προτάσεις για μελλοντική μελέτη και έρευνα του συγκεκριμένου θέματος.

The subject of this diploma thesis is the numerical analysis of the mechanical behavior of two typical corner marble architraves of the Parthenon. The architraves are connected by means of a double “T” titanium connector and mortar. Based on previous experiments, which carried out at the Laboratory of Strength and Materials in N.T.U.A., the marble failed first instead of titanium. This fact is unacceptable according to the principles of “Venice Chapter”, where is strictly mentioned that the new material must be sacrificed in favor of the ancient one. This contrast was the main motivation of this project. The importance of the monument and the cost of such experiments led to numerical analysis of the problem using Ansys.12.0. In this program, the researcher can plot the desired model (in our case the marble corner of the architraves of the Parthenon), calculate and study every mechanical parameter. The operation of Ansys is based on the “Finite Elements Method”. By this method, a great variety of mechanical problems can be solved. Especially, nowadays, the “Finite Elements Method” in combination with the development of computers, constitutes a useful and necessary tool for every engineer. The constructed model simulates the connection of two typical corner architraves in a scale 2:3. Six loading modes were imposed to the model, every time under the same restrictions. The normal and shear stresses, Mises’ s stress as well as displacements fields were obtained. Furthermore, the distribution of all stress and displacement components was plotted along some characteristics paths of the model. In the last chapter of this project, besides the conclusions, many future proposals are presented in order to be an evolution of the study and the research of this project.