Μαθηματική και υπολογιστική μοντελοποίηση συνθέτων υλικών και ανάπτυξη τεχνικών μη καταστροφικού ελέγχου
| dc.contributor.author | Πλέουρας, Δημήτριος | el |
| dc.date.accessioned | 2021-03-29T10:51:24Z | |
| dc.date.available | 2021-03-29T10:51:24Z | |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/30715 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26268/heal.uoi.10557 | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Μοντελοποίηση | el |
| dc.subject | Σύνθετα υλικά | el |
| dc.subject | Προσομοίωση | el |
| dc.subject | Κρούση | el |
| dc.subject | Μη καταστροφικός έλεγχος | el |
| dc.subject | Modeling | en |
| dc.subject | Composite materials | en |
| dc.subject | Simulation | en |
| dc.subject | Impact | en |
| dc.subject | Non-destructive evaluation | en |
| dc.title | Μαθηματική και υπολογιστική μοντελοποίηση συνθέτων υλικών και ανάπτυξη τεχνικών μη καταστροφικού ελέγχου | el |
| dc.title | Mathematical and computational modeling of composite materials and development of non-destructive evaluation techniques | en |
| heal.abstract | Στη διατριβή αυτή εφαρμόζεται μία σύγχρονη υπολογιστική μέθοδος μη καταστροφικού ελέγχου σε δοκίμια συνθέτου υλικού σε διάφορες περιπτώσεις βλάβης. Η μέθοδος αυτή είναι γνωστή ως ‘μέθοδος χαρτογράφησης του ηλεκτρικού δυναμικού’ ή ως ‘τομογραφία ηλεκτρικού δυναμικού’, και βασίζεται στην ανάλυση της απόκρισης του δοκιμίου σε ηλεκτρικά ερεθίσματα. Η μέθοδος στηρίζεται στη λογική πως η κατανομή του ηλεκτρικού δυναμικού σε ένα υλικό αλλάζει σε περίπτωση οποιασδήποτε βλάβης, η οποία αποτελεί ουσιαστικά μία ασυνέχεια στην αγωγιμότητα του υλικού. Για την εφαρμογή της απαιτείται η τοποθέτηση ακροδεκτών περιμετρικά του δοκιμίου, ώστε να επιτραπεί η διαδικασία του ηλεκτρικού ερεθισμού και της συλλογής των δεδομένων ηλεκτρικής απόκρισης του δοκιμίου, τα οποία εν τέλει χρησιμοποιούνται για την ανακατασκευή της κατανομής του ηλεκτρικού δυναμικού του δοκιμίου. Στην πρώτη ενότητα, γίνεται μία εισαγωγική περιγραφή των μεθόδων παρακολούθησης της δομικής ακεραιότητας συνθέτων υλικών, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των μεθόδων μη καταστροφικού ελέγχου. Η μέθοδος της τομογραφίας ηλεκτρικής εμπέδησης και του ηλεκτρικού δυναμικού περιγράφεται αναλυτικά στη δεύτερη ενότητα, καθώς αποτελεί την εφαρμοζόμενη μέθοδο της διατριβής αυτής. Η τρίτη ενότητα αφορά τη χαρτογράφηση του ηλεκτρικού δυναμικού σε δοκίμια πολύστρωτων συνθέτων από ανθρακονήματα και εποξική ρητίνη με διασταυρούμενες στρώσεις, εκ των οποίων κάθε ένα σχεδιάστηκε με οπές σε διαφορετικά σημεία για την αξιολόγηση της ικανότητας ανίχνευσης βλάβης της μεθόδου. Τα δοκίμια αναλύθηκαν με τρεις διαφορετικές διατάξεις των ακροδεκτών, ώστε να προσδιοριστεί η βέλτιστη. Η διαδικασία ανάλυσης του ηλεκτρικού δυναμικού στους ακροδέκτες γίνεται υπολογιστικά, και ως εκ τούτου διατυπώνεται μαθηματικά το ηλεκτροστατικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε, καθώς επίσης περιγράφεται η υπολογιστική του εφαρμογή. Για την αποτελεσματικότερη εφαρμογή της μεθόδου χαρτογράφησης του ηλεκτρικού δυναμικού, που χρησιμοποιεί τα αποτελέσματα του ηλεκτροστατικού μοντέλου, αναπτύχθηκε κώδικας που ανακατασκευάζει αυτόματα την κατανομή του ηλεκτρικού δυναμικού και παρατίθεται στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1. Τα αποτελέσματα φανερώνουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου στις περιπτώσεις βλάβης με οπές, και αποδεικνύεται η υπεροχή της διάταξης των δεκαέξι επιφανειακών ακροδεκτών έναντι των υπολοίπων δύο. Η τέταρτη ενότητα αποτελεί μία επέκταση της τρίτης ενότητας, όπου η μέθοδος χαρτογράφησης του ηλεκτρικού δυναμικού εφαρμόζεται πλέον στο δοκίμιο χωρίς οπές της τρίτης ενότητας, το οποίο όμως υπέστη κρούση χαμηλής ταχύτητας και φέρει οπή και αποκολλήσεις μεταξύ των στρώσεών του. Η κρούση χαμηλής ταχύτητας γίνεται υπολογιστικά, ενώ το μαθηματικό μοντέλο που εφαρμόζεται διατυπώνεται αναλυτικά, και περιγράφεται η υπολογιστική του εφαρμογή. Το διακριτοποιημένο δοκίμιο μετά την κρούση εξάγεται σε μορφή NASTRAN, μέσω κώδικα που αναπτύχθηκε στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Στη συνέχεια, επαναλαμβάνεται η διαδικασία της προηγούμενης ενότητας, που περιλαμβάνει την ηλεκτροστατική προσομοίωση και την ανακατασκευή του ηλεκτρικού δυναμικού στο δοκίμιο, όπου παρατηρείται η δυνατότητα ανίχνευσης της βλάβης από τη μέθοδο χαρτογράφησης του ηλεκτρικού δυναμικού. | el |
| heal.abstract | In this work, a novel method of structural health monitoring is numerically tested in damaged carbon fiber reinforced composites. This method is known as ‘electrical potential mapping’ or ‘electrical potential tomography’, and it is based on the electrical response of the examined specimen in case of an electrical stimulus. The principle behind this method lies on the fact that the electrical potential distribution of a specimen, that is connected to a power source, alters in case of the presence of damage, which is essentially a discontinuity of the specimen’s electrical conductivity tensor. The application of this method requires the placement of electrodes around the area of examination to allow for the electrical charging of the specimen and the collection of the electrical data that are necessary for the electrical potential mapping. The first chapter presents an introduction to the structural health monitoring systems of composite materials that belong to the non-destructive evaluation methods, while the second chapter presents an extensive report of the electrical potential/impedance tomography, which is examined in this work. In the third chapter, the electrical potential mapping is applied to multilayered carbon fiber reinforced polymer specimens, which are designed with flaws (holes) in different areas to test the method’s ability of damage detection and localization. These specimens were tested using three different electrode configurations, in order to determine the optimal among them. The electrical potential data of the electrodes are numerically evaluated using the finite element method on the electrostatic model that defines this problem. Accordingly, the mathematical definition of this model is presented along with a report of its numerical implementation. Moreover, the procedure of electrical potential mapping has been automated since the development of the presented code in appendix 1. The results of this work validate the efficacy of the electrical potential mapping method, and demonstrate the superiority of the sixteen surface-electrode configuration. The fourth chapter is an extension of the third one and includes the application of the electrical potential mapping method upon the impacted flawless specimen of the third chapter, which presents delaminations among its laminas and an impact hole. The low velocity impact test is also numerically performed, and the model’s mathematical description is presented along with a report of its numerical implementation. The resulted meshed specimen is extracted in Nastran format, using the code that was developed in the context of this dissertation in appendix Error! Reference source not found.. Following, the procedure of the third chapter is repeated to extract the necessary electrical data for the reconstruction of the electrical potential distribution, demonstrating the ability of damage detection of the electrical potential mapping method. | en |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | |
| heal.access | free | |
| heal.advisorName | Γεργίδης, Λεωνίδας | el |
| heal.bibliographicCitation | Βιβλιογραφία: σ. 70-72 | el |
| heal.classification | Μοντελοποίηση | |
| heal.committeeMemberName | Γεργίδης, Λεωνίδας | el |
| heal.committeeMemberName | Παϊπέτης, Αλκιβιάδης | el |
| heal.committeeMemberName | Μπάρκουλα, Νεκταρία-Μαριάνθη | el |
| heal.dateAvailable | 2021-03-29T10:52:24Z | |
| heal.fullTextAvailability | true | |
| heal.language | el | |
| heal.numberOfPages | 72 σ. | |
| heal.publicationDate | 2020 | |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.type | masterThesis | |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.type.en | Master thesis | en |
Αρχεία
Πρωτότυπος φάκελος/πακέτο
1 - 1 of 1
Φόρτωση...
- Ονομα:
- Μ.Ε. ΠΛΕΟΥΡΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ 2020.pdf
- Μέγεθος:
- 3.36 MB
- Μορφότυπο:
- Adobe Portable Document Format
- Περιγραφή:
Φάκελος/Πακέτο αδειών
1 - 1 of 1
Φόρτωση...
- Ονομα:
- license.txt
- Μέγεθος:
- 1.71 KB
- Μορφότυπο:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Περιγραφή: