Από τα σύνθετα στα έξυπνα υλικά και τις εφαρμογές τους

Abstract

Η μηχανική των σύνθετων και των έξυπνων υλικών αποτελεί σήμερα έναν μεγάλο κλάδο της Μηχανικής ο οποίος συνεχώς διευρύνεται και αναπτύσσεται. Τα σύνθετα υλικά, στην κατηγορία των οποίων ανήκουν τα κοκκώδη, τα ινώδη και τα πολύστρωτα, ευρίσκονται σε συνεχή εξέλιξη την τελευταία τριαντακονταετία και οι ιδιότητες τους επηρεάζονται πλην άλλων και από την πρόσφυση του εγκλείσματος και της μήτρας, όπως επίσης και από την επίδραση των γειτονικών εγκλεισμάτων. Στα έξυπνα υλικά, όπως τα υλικά για έλεγχο ήχων και κραδασμών, τα κράματα με μνήμη σχήματος (shape memory alloys), τα τσιμεντοειδή σύνθετα (engineered cementitious composites) και τα υλικά με ικανότητα «αυτo-ίασης» (self-healing materials), μεγαλύτερη σημασία έχουν οι λειτουργίες/ενέργειες που μπορούν να εκτελέσουν παρά οι ονομαστικές τιμές κάποιων φυσικών ιδιοτήτων ή χαρακτηριστικών τους. Ειδικότερα μπορούν να επιτηρούν τις συνθήκες τους, να ανιχνεύουν επικείμενη αστοχία, να ελέγχουν ή να θεραπεύουν ζημιές, και να προσαρμόζονται σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Εκμεταλλευόμενοι τις ιδιότητες των ευφυών υλικών μπορούν να σχεδιαστούν κατασκευές που να αξιοποιούνται στα λειτουργικά και δομικά τους όρια χωρίς τον κίνδυνο να τα ξεπεράσουν. Σκοπός αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η εις βάθος μελέτη των σύνθετων και κυρίως των έξυπνων υλικών και ιδιαίτερα η αναλυτική διερεύνηση των ολοένα και περισσότερων εφαρμογών των τελευταίων σε κάθε τομέα που μπορεί να χωρέσει ο ανθρώπινος νους.

Μechanics of composites and smart materials is nowadays a big branch of Engineering which constantly expands and grows. Composite materials, in the category of which are the particulate, fibrous and laminated materials, are in continuous development over the last thirty years and their properties are affected among others by the adhesion of the inclusions and the matrix, as well as the influence of adjacent inclusions. In smart materials, such as materials to control sound and vibration, the shape memory alloys, the engineered cementitious composites and self-healing materials, more important are the functions / actions they can perform than the nominal values of some physical properties or their characteristics. Especially they can monitor their conditions, detect impending failure, control or treat damage and adapt to changing environments. Exploiting the properties of intelligent materials, structures can be designed to be utilized in functional and structural boundaries without risk to overcome them. The purpose of this master thesis is a depth study of complex and mainly of smart materials and especially the detailed investigation of the increasing number of smart materials applications in every sector that the human mind can fit.