Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Permanent URI for this collection

https://hdl.handle.net/10889/47

Browse

Now showing 1 - 20 of 540

Open Access
Αριθμητική προσομοίωση της μηχανικής συμπεριφοράς συνδέσεων με κόλλα πολύστρωτων πλακών
(2013-02-28) Τσαλούφη, Μαρίνα; Τσερπές, Κωνσταντίνος; Τσερπές, Κωνσταντίνος; Tsaloufi, Marina
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε τρισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο με βάση την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση της μηχανικής συμπεριφοράς συνδέσεων με κόλλα πολύστρωτων πλακών. Το μοντέλο αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας το εμπορικό πακέτο πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Για την προσομοίωση της συμπεριφοράς της κόλλας χρησιμοποιήθηκαν δύο προσεγγίσεις: η μοντελοποίηση της ζώνης συνοχής και η μοντελοποίηση της βλάβης του συνεχούς μέσου. Οι δύο αυτές προσεγγίσεις συγκρίθηκαν τόσο ως προς την αξιοπιστία τους, η οποία καθορίζεται από την σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα, όσο και ως προς την ευκολία εφαρμογής τους, η οποία καθορίζεται από τα δεδομένα που απαιτούνται και τον υπολογιστικό χρόνο. Η σύγκριση των δύο μεθοδολογιών έγινε στην βάση της εφαρμογής τους για την προσομοίωση της μηχανικής συμπεριφοράς σε φόρτιση τύπου Ι σύνδεσης με κόλλα μεταξύ δύο ψευδοισότροπων CFRP πολύστρωτων πλακών. Το συγκεκριμένο πρόβλημα επελέγη διότι υπήρχαν διαθέσιμα πειραματικά αποτελέσματα προς σύγκριση στο Εργαστήριο. Οι πολύστρωτες πλάκες μοντελοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το στρωματικό στοιχείο του ANSYS SOLID185. Στο στοιχείο αυτό κάθε στρώση μοντελοποιείται ξεχωριστά ως ορθότροπο υλικό. Η εφαρμογή της μοντελοποίησης της ζώνης συνοχής έγινε μέσω της χρήσης του στοιχείου του ANSYS INTER205. Για την εφαρμογή της μοντελοποίησης της βλάβης του συνεχούς μέσου αναπτύχθηκε μακρο-ρουτίνα χρησιμοποιώντας την γλώσσα προγραμματισμού του κώδικα ANSYS. Τα αριθμητικά αποτελέσματα έδειξαν ότι και οι δύο μεθοδολογίες προσομοιώνουν με ικανοποιητική ακρίβεια την καμπύλη δύναμης-μετατόπισης της σύνδεσης. Σχετικά με την ευκολία εφαρμογής των δύο μεθόδων, η σύγκριση έδειξε ότι η μέθοδος της μοντελοποίησης της ζώνης συνοχής υπερτερεί έναντι της μεθόδου μοντελοποίησης της βλάβης του συνεχούς μέσου διότι απαιτεί μικρότερο αριθμό δεδομένων, μειονεκτεί όμως ως προς τον απαιτούμενο υπολογιστικό χρόνο. Και οι δύο μέθοδοι κρίνονται κατάλληλες για χρήση στην αριθμητική σχεδίαση συνδέσεων με κόλλα.
Open Access
Ανάλυση κατασκευής ιχνηλάτη φωτοβολταϊκής εγκατάστασης
(2013-12-09) Γιαννάρος, Ευθύμιος; Κωστόπουλος, Βασίλειος; Κωστόπουλος, Βασίλειος; Giannaros, Efthimios
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την στατική ανάλυση και την ανάλυση κόπωσης διαξονικού ιχνηλάτη φωτοβολταϊκής εγκατάστασης. Η σχεδίαση της κατασκευής γίνεται στο σχεδιαστικό πακέτο Catia V5, τα στατικά φορτία υπολογίζονται με βάσει τον διεθνή κανονισμό Eurocode 1 , τα δυναμικά φορτία ανέμου υπολογίζονται βάσει το Kaimal spectrum ενώ οι αναλύσεις γίνονται στο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Msc.Patran-Nastran. Η εργασία αποτελείται από επτά (7) κεφάλαια εκ των οποίων το έβδομο είναι τα συμπεράσματα. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή για τους τύπους στήριξης των φωτοβολταϊκών πλαισίων και για τις βασικές παραμέτρους της ηλιακής τεχνικής και της τροχιάς του ηλίου. Τέλος, υπολογίζονται οι δύο βασικές ηλιακές γωνιές αζιμούθια και ζενίθια κατά την διάρκεια του έτους ώστε να καθοριστούν οι κινήσεις της διάταξης του tracker. Στο κεφάλαιο 2 αναλύεται ο τρόπος σχεδίασης του ιχνηλάτη στο σχεδιαστικό πρόγραμμα Catia-v5. Συγκεκριμένα, προβάλλονται αναλυτικά τα βασικότερα μέρη της κατασκευής και τα τμήματα που συναρμολογήθηκαν ώστε να δημιουργηθεί η διάταξη.Tέλος, παρουσιάζονται οι σύνδεσμοι που επιτρέπουν την κίνηση του ιχνηλάτη και οι βαθμοί ελευθερίας που περιορίζονται από τον καθένα. Στο κεφάλαιο 3 αρχικά παρουσιάζονται οι μεθοδολογίες υπολογισμού των αδρανειακών φορτίων της ίδιας της κατασκευής, των αδρανειακών φορτίων των φ/β πλαισίων, των φορτίων χιονιού και των φορτίων ανέμου βάσει του Ευρωκώδικα 1. Έπειτα, παρουσιάζεται η μεθοδολογία υπολογισμού των δυναμικών φορτίων ανέμου που επιδρούν στην κατασκευή και ύστερα προβάλλονται τα αποτελέσματα των υπολογισμών. Τέλος, γίνεται μια αναφορά στις ιδιότητες και στην μηχανική συμπεριφορά των υλικών από τα οποία αποτελείται η κατασκευή του tracker. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια σύντομη αναφορά στην θεωρία και στους τύπους των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούνται στην μοντελοποίηση του ιχνηλάτη. Και εν συνεχεία παρουσιάζονται διεξοδικά οι διαδικασίες μοντελοποίησης όλης της κατασκευής αλλά και τμημάτων της με στοιχεία δοκού, στοιχεία κελύφους και στοιχεία όγκου. Το κεφάλαιο 5 παρουσιάζει την διαδικασία υπολογισμού της ζωής σε κόπωση που ακολουθεί η υπορουτίνα του Msc.Fatigue στο πρόγραμμα των πεπερασμένων στοιχείων. Τέλος στο κεφάλαιο 6, παρουσιάζονται οι αναλύσεις που έγιναν ώστε να βρεθούν οι δυσμενέστερες καταστάσεις της κατασκευής αλλά και τα αντίστοιχα αποτελέσματα.
Open Access
Ταλαντώσεις νανοαισθητήρων κυκλικού φύλλου γραφενίου
(2014-07-17) Τσιαμάκη, Ανδρονίκη; Ανυφαντής, Νικόλαος; Νικολακόπουλος, Παντελής; Σκαρλάτος, Δημήτριος; Μούρτζης, Δημήτριος; Tsiamaki, Androniki
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Σε αυτή τη Διπλωματική εργασία μελετάται η ταλαντωτική συμπεριφορά μιας κυκλικής πλάκας γραφενίου προκειμένου να διαπιστωθεί αν μπορεί να λειτουργήσει σαν νανομηχανική συσκευή ανίχνευσης μάζας. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκε και χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων. Σε αυτό το μοντέλο οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων και οι σχετικές κινήσεις αυτών προσομοιώθηκαν με κατάλληλα ελατήρια των οποίων η δυσκαμψία έχει υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ενέργεια δεσμού από τη θεωρία των μορίων. Ακόμη, τα άτομα του άνθρακα προσομοιώνονται με μάζες στη θέση των ατόμων άνθρακα. Το αναπτυχθέν μοντέλο αναπαριστά το δίσκο του γραφενίου σαν ορθότροπο υλικό. Προκείμενου να αποκτηθεί μια καλή εικόνα της συμπεριφοράς του κυκλικού γραφενίου γίνεται αρχικά διερεύνηση της ελεύθερης ταλάντωσης για διάφορες διαμέτρους αυτού. Επιπλέον, εξετάζεται η ταλαντωτική συμπεριφορά του γραφενίου με την προσκόλληση μάζας διαφόρων μεγεθών και σε διάφορες θέσεις πάνω στο γραφένιο κατά μήκος της ακτίνας του. Η επεξεργασία των μοντέλων έχει ως αποτέλεσμα τις φυσικές συχνότητες ταλάντωσης του γραφενίου και τις αντίστοιχες ιδιομορφές των φύλλων γραφενίου με ή χωρίς την προσκολλημένη μάζα παρέχοντας τα ταλαντωτικά τους χαρακτηριστικά. Επομένως, έχοντας δημιουργήσει μοντέλα για διάφορες διαμέτρους και μάζες μπορεί να εξεταστεί και να αποκτηθεί μια πλήρης εικόνα για την ενδεχόμενη ταλαντωτική συμπεριφορά του κυκλικού μονοστρωματικού δίσκου γραφενίου σαν αισθητήριο μάζας.
Open Access
Μελέτη της επίδρασης της διάβρωσης στη μηχανική συμπεριφορά του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος S400 σε στατικά και δυναμικά φορτία
(2016-11-22) Πασιαλής, Βασίλειος; Αποστολόπουλος, Χαράλαμπος; Παπαδόπουλος, Μιχαήλ; Pasialis, Vasileios
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μιας πειραματικής μελέτης της επίδρασης της διάβρωσης στην απομείωση των μηχανικών ιδιοτήτων του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος S400 που προκαλείται από έκθεση σε εργαστηριακό περιβάλλον αλατονέφωσης. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν στατικά πειράματα καθώς και πειράματα ολιγοκυκλικής κόπωσης. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση της παρουσίας νευρώσεων στην αντοχή κόπωσης των χαλύβων. Τα αποτελέσματα είναι ενδεικτικά της καταλυτικής επίδρασης της διάβρωσης στην ολκιμότητα και τη συμπεριφορά σε κόπωση.
Open Access
Προσομοίωση της αποσυναρμολόγησης δομικών στοιχείων από σύνθετα υλικά με τη μέθοδο κρουστικού κύματος laser
(2022) Φραγκιαδάκη, Αικατερίνη; Fragkiadaki, Aikaterini
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Στο πλαίσιο της αειφόρου ανάπτυξης, η ανάγκη για τον σχεδιασμό νέων, φιλικών προς το περιβάλλον τεχνικών παρασκευής υλικών και ανακύκλωσής τους, καθίσταται μεγαλύτερη από ποτέ. Δεδομένης όμως της χρήσης υλικών και κατασκευών που αναπτύχθηκαν δεκαετίες πριν, είναι λογικό να μην υπακούν στα χαρακτηριστικά που επιτάσσουν οι σύγχρονες συνθήκες. Γι’ αυτό τον λόγο, αναπτύσσονται μηχανισμοί επαναχρησιμοποίησης αυτών των στοιχείων, ως μέσο ανακύκλωσης. Ιδιαίτερα για τα σύνθετα υλικά, τα οποία αποτελούνται από δύο συστατικά σε διαφορετικές φάσεις, τις ίνες και τη μήτρα, η ανακύκλωσή τους θεωρείται αναγκαία, αλλά αρκετά απαιτητική. Με σκοπό την διάσπαση των δομικών στοιχείων τους, αναπτύχθηκε η μέθοδος της επιβολής ωστικού κύματος λέιζερ, κατά την οποία υψηλής ενέργειας λέιζερ επιδρά στο υλικό. Από την αλληλεπίδραση αυτή, λέιζερ και επιφάνειας, προκύπτει το ωστικό κύμα, το οποίο διαδίδεται κατά το πάχος του υλικού και η συμβολή των ανακλάσεών του οδηγεί στην ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων, που αν ξεπεράσουν τα επιτρεπτά όρια, διασπούν τις συνδέσεις. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη αυτού του φαινομένου. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 1 γίνεται εισαγωγική αναφορά στις βασικές έννοιες και στη μετάβαση από την ανάπτυξη σύνθετων υλικών στις τεχνικές διάσπασής τους και στο Κεφάλαιο 2, αναλύεται λεπτομερώς το θεωρητικό πλαίσιο, όσον αφορά τη διάδοση του κύματος, την ανάπτυξη ζώνης συνοχής και την χρήση εξισώσεων κατάστασης για την περιγραφή υλικών. Στο Κεφάλαιο 3, περιγράφεται η διαδικασία ανάπτυξης του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων, οι βασικές εντολές και τα μοντέλα υλικών που χρησιμοποιήθηκαν. Στο Κεφάλαιο 4, γίνεται μελέτη με σκοπό την επαλήθευση πειραματικών δεδομένων από προϋπάρχουσες δοκιμές, με υπολογιστικά δεδομένα. Ταυτόχρονα, το κεφάλαιο αναφέρεται στην επίδραση που επιφέρει η μεταβολή παραμέτρων στη συμπεριφορά του κύματος. Στο Κεφάλαιο 5, πραγματοποιείται μελέτη ως προς την εφαρμογή διπλού παλμού λέιζερ και τον υπολογισμό της χρονικής καθυστέρησης του δεύτερου παλμού και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα προσομοιώσεων, με στόχο την πρόκληση αστοχίας. Στο Κεφάλαιο 6, επιλέγοντας την μεγαλύτερη αστοχία που προέκυψε από τον διπλό παλμό και άρα την βέλτιστη χρονική διαφορά, γίνεται μελέτη με σκοπό την διάδοση αυτής της αστοχίας. Τέλος, στο Κεφάλαιο 7 αναφέρονται τα συμπεράσματα που εξάγονται και προτάσεις για μελλοντική μελέτη.
Embargo
Robotic machining optimization using digital twins
(2022) Γέροντας, Χρήστος; Gerontas, Christos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
The use of industrial robots for machining operations has attracted the attention of many industries lately, as they are able to significantly increase the production system flexibility and reduce the production cost, while present several advantages over conventional CNC machines. However, several challenges have slowed down the adoption of robots in machining tasks by industry. Industrial robots are constructed as serial, open kinematic chains, leading to insufficient structural stiffness, which in turn directly affects the machining process accuracy. In addition to this, due to the posture dependency of the robot dynamic behavior, time consuming and costly experiments are required to determine its dynamic behavior over its whole working space with traditional approaches. For this purpose, this work aims to develop a complete Digital-Model for robotic machining that can be used during the process planning stage, providing a tool for virtual commissioning of the process. For the robot arm modelling, the flexible links-flexible joints approach has been selected and the Multi-Body Simulation method combined with a Component Mode synthesis method have been adopted for the simulation of its dynamic behavior. The cutting tool deflections due to robot deformation during the process can be calculated with this model too. Additionally, motivated from the tremendous flexibility and versatility of robotic based machining systems two optimization algorithms have been developed, in an effort to increase process accuracy and efficiency. Specifically, an algorithm that calculates the workpiece optimal placement position with respect to robot stiffness has been developed, acquiring knowledge from the robot stiffness maps we generated using the above-mentioned model. Also, an algorithm calculating the optimal feed-rate of the robot arm during the machining process has been developed, attempting to constraint the contour error by regulating the generating cutting forces without affecting the productivity. Finally, the developed model and algorithms have been applied in two different case study parts to present their capabilities and functionality. Results showed that with the application of the two developed optimization algorithms the process accuracy can be improved up to 45%, compared to the unoptimized process setup.
Open Access
Προσομοίωση της διεργασίας αφαίρεσης βαφής από αεροπορικά δομικά στοιχεία με την μέθοδο του κρουστικού κύματος laser
(2022) Χριστοδουλόπουλος, Ανδρέας; Christodoulopoulos, Andreas
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Στην σύγχρονη εποχή τα σύνθετα υλικά (composite materials) τείνουν να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο, ειδικά σε εφαρμογές που υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις, όπως η αεροναυπηγική και η παραγωγή ισχύος. Μία από τις συχνότερες κατηγορίες συνθέτων υλικών που συναντώνται στην αεροναυπηγική είναι οι πολύστρωτες δομές από στρώσεις ινωδών συνθέτων υλικών. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε αυτές τις εφαρμογές είναι πολυμερικές εποξειδικές ρητίνες στον ρόλο του μητρικού υλικού και ίνες άνθρακα στον ρόλο της ενίσχυσης (Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP). Για την προστασία των υλικών των δομικών μερών του αεροσκάφους από τις περιβαλλοντικές συνθήκες χρησιμοποιούνται βαφές, οι οποίες αρκετές φορές είναι εποξειδικές (epoxy). Ωστόσο κατά τη διάρκεια της ζωής του αεροσκάφους είναι απαραίτητη αφαίρεση της βαφής (paint stripping), καθώς αρκετές φορές τα διάφορα δομικά στοιχεία χρειάζονται αποκατάσταση, συντήρηση και τακτική επιθεώρηση. Στην αεροναυπηγική βιομηχανία έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες μέθοδοι αφαίρεσης βαφής, όπως η μέθοδος με χημικά, η οποία παρουσιάζει διάφορα υγειονομικά και περιβαλλοντικά προβλήματα. Έτσι το ενδιαφέρον των ερευνητών έχει στραφεί στην αφαίρεση βαφής με την χρήση κρουστικού κύματος laser (laser shock wave). Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μεταλλικές πλάκες, όμως η χρήση της σε σύνθετα υλικά είναι ιδιαίτερα περίπλοκη. Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της διαδικασίας αφαίρεσης βαφής από πολύστρωτη πλάκα CFRP με την χρήση κρουστικού κύματος laser, μέσω ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία (Finite Element Analysis, FEA). Αρχικά σκοπός της εργασίας είναι να επαληθευτεί το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για την φόρτιση μιας πλάκας CFRP με κρουστικό κύμα συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του μοντέλου με πειραματικά δεδομένα. Η μοντελοποίηση της πλάκας CFRP γίνεται στο υπολογιστικό πρόγραμμα LS-DYNA, όπου χρησιμοποιούνται το ορθότροπο ελαστικό μοντέλο υλικού MAT_002 και το μοντέλο σύνθετου υλικού με αστοχίες MAT_162. Επιπροσθέτως στην εργασία πραγματοποιήθηκε μια παραμετρική μελέτη για το μοντέλο της πλάκας CFRP με στρώση βαφής. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν το μοντέλο υλικού MAT_162 για την πλάκα CFRP, το ελαστοπλαστικό υδροδυναμικό μοντέλο υλικού MAT_010 για την στρώση βαφής και το μοντέλο μεικτής ζώνης συνοχής MAT_138 για την διεπιφάνεια μεταξύ πλάκας-βαφής. Στο συγκεκριμένο μοντέλο οι παράμετροι, που μεταβάλλονταν ήταν η εφαρμοζόμενη πίεση του κρουστικού κύματος και το πάχος της στρώσης βαφής. Στόχος της παραμετρικής μελέτης είναι εύρεση των κατάλληλων παραμέτρων, έτσι ώστε να υπάρχει η μέγιστη δυνατή αποκόλληση του στρώματος βαφής, με τις λιγότερες δυνατές αστοχίες στην πλάκα CFRP. Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων της παραμετρικής μελέτης και τα συμπεράσματα.
Open Access
Ανάλυση κύκλου ζωής συνθέτων υλικών, ενισχυμένων με φυσικές ίνες
(2022) Χριστοφοράτος, Γεράσιμος; Christoforatos, Gerasimos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Η περίοδος που διανύουμε χαρακτηρίζεται από μια ευαισθητοποίηση τόσο απέναντι στο περιβάλλον και τους πόρους που αυτό μας προσφέρει, όσο και απέναντι στην ίδια την ακεραιότητα του περιβάλλοντος και κατ’ επέκταση του ανθρώπου που ζει μέσα σε αυτό και αλληλοεπιδρά μαζί του. Η ευαισθητοποίηση αυτή είναι απόλυτα θεμιτή και αναγκαία αν σκεφτεί κανείς τον ρυθμό με τον οποίο η ανθρωπότητα αυξάνει την ενέργεια που απαιτείται για να συνεχίσει να υφίσταται με τις ανέσεις που έχουν εισαχθεί στη ζωή των ανθρώπων. Ένας γοργά εξελισσόμενος τεχνολογικός τομέας είναι αυτός των συνθέτων υλικών. Τα σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται εδώ και δεκαετίες σε ποικίλες εφαρμογές και λόγω της εξαιρετικής επίδοσης τους, έχουν εισαχθεί στα περισσότερα κατασκευαστικά πεδία με επιτυχία. Είναι υλικά σχεδιασμένα από τον άνθρωπο, και αυτό τα κάνει πολύ καλές κατασκευαστικές επιλογές, καθώς μπορούν να παραχθούν στα μέτρα και τις ανάγκες της κάθε μελέτης και κατασκευής. Τα τελευταία χρόνια τα πράσινα σύνθετα υλικά κάνουν την εμφάνιση τους δυναμικά, παρέχοντας καλές μηχανικές ιδιότητες καθώς και πολύ χαμηλό περιβαλλοντολογικό αποτύπωμα. Τόσο οι φυσικές ίνες από μια πληθώρα φυτών καθώς και οι βιοδιασπώμενες μήτρες, έχουν αντικαταστήσει τα συμβατικά υλικά παρασκευής των συνθέτων υλικών. Τα πράσινα σύνθετα υλικά παρέχουν στους μηχανικούς αξιόλογες μηχανικές ιδιότητες που μπορούν να ταιριάξουν στα περισσότερα κατασκευαστικά πεδία, ενώ παράλληλα έχουν ένα πολύ μικρότερο περιβαλλοντολογικό αποτύπωμα από τα συμβατικά. Η παραγωγική διαδικασία ενός προϊόντος σχετίζεται άμεσα με το συνολικό αποτύπωμα που αυτό θα έχει σε περιβαλλοντολογικό επίπεδο. Σε αυτή τη μελέτη ασχοληθήκαμε με την παραγωγή συνθέτων υλικών πολυμερικής μήτρας , ενισχυμένων με φυσικές ίνες λιναριού (flax fibers). Αφότου πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός των στοιχείων κατασκευασμένων από ίνες λιναριού ως προς τις θερμομηχανικές και μηχανικές τους ιδιότητες, μελετήσαμε και συγκρίναμε τρεις διαφορετικές μεθόδους παραγωγής τους με την μέθοδο της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) και αξιολογήσαμε τα αποτελέσματα σε διάφορα πεδία επιπτώσεων.
Open Access
Εφαρμογή επαυξημένης πραγματικότητας για υποστήριξη εργαζομένων σε διαδικασίες συναρμολόγησης βασισμένη σε αντίληψη περιβάλλοντος
(2022-10) Κόντρα, Ευαγγελία; Kontra, Evangelia
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Τα τελευταία χρόνια οι ανάγκες της αγοράς έχουν δημιουργήσει υψηλές απαιτήσεις για τις βιομηχανικές γραμμές παραγωγής. Τόσο η εξατομίκευση όσο και οι ταχέως μεταβαλλόμενες συνθήκες της αγοράς έχουν αυξήσει την πολυπλοκότητα στον τομέα της παραγωγής και έχουν οδηγήσει σε μικρότερους κύκλους ζωής των προϊόντων. Οι επιχειρήσεις αντιμετωπίζουν αυτές τις νέες απαιτητικές συνθήκες μέσω της εφαρμογής τεχνολογιών της Βιομηχανίας 4.0 και μέσω υβριδικών συστημάτων παραγωγής. Στο πλαίσιο αυτό, είναι υποχρεωτικό για τους σύγχρονους χειριστές να διαχειρίζονται τις επαναλαμβανόμενες αλλαγές των προϊόντων και την υψηλή πολυπλοκότητα των σύγχρονων συστημάτων παραγωγής. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας επικεντρώνεται στην ανάπτυξη και την υλοποίηση μιας εφαρμογής επαυξημένης πραγματικότητας για υποστήριξη του χειριστή σε διαδικασίες συναρμολόγησης με βάση την αντίληψη του περιβάλλοντος. Η εφαρμογή αποτελείται από διάφορα υποσυστήματα, και συγκεκριμένα: α) υποστήριξη επαυξημένης πραγματικότητας βασισμένη σε προτζέκτορα β) εντοπισμός χεριού στηριζόμενος σε σύστημα όρασης για την παρακολούθηση των ενεργειών του χειριστή και για την αλληλεπίδραση μεταξύ ανθρώπου και συστήματος. Το σύστημα εφαρμόζεται σε ένα κελί συναρμολόγησης συνεργασίας ανθρώπου και ρομπότ που προέρχεται από την αυτοκινητοβιομηχανία. Η αποτελεσματικότητα του συστήματος και των υπομονάδων του αξιολογείται ως προς τη χρηστικότητα, την ακρίβεια και την παραγωγικότητα αποδεικνύοντας ότι το σύστημα μπορεί να ανταποκριθεί στις βιομηχανικές απαιτήσεις και να εφαρμοστεί σε γραμμές παραγωγής.
Open Access
Ανάπτυξη μοντέλου βελτιστοποίησης σε περιβάλλον GAMS για τον προγραμματισμό παραγωγής σε βιομηχανία κατασκευής χαλύβδινων κοιλοδοκών
(2022-10) Κούκα, Άρντι; Kouka, Ardi
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη του μαθηματικού προγραμματισμού και των υποπεδίων του στο πλαίσιο του προγραμματισμού παραγωγής, αναπτύσσοντας ένα μοντέλο βελτιστοποίησης με εφαρμογή σε μια βιομηχανία χαλύβδινων κοιλοδοκώων. Το αντικείμενο της έρευνας δίνει στους αναγνώστες την ευκαιρία να αναγνωρίσουν την αξία του μαθηματικού προγραμματισμού σε τομείς όπου στόχος είναι η μείωση του κόστους που σχετίζεται με τα τελικά προϊόντα ή η βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής που θα επιτρέψει την πιο κερδοφόρα λειτουργία μιας βιομηχανίας όπως αυτή της κατασκευής χαλύβδινων κοιλοδοκών . Στην εργασία περιλαμβάνεται η δομή που κατέχει ένα μοντέλο μαθηματικού προγραμματισμού καθώς και τα βήματα που ακολουθούνται για την κατασκευή του. Ο μεγάλος αριθμός βιομηχανικων\επιχειρηματικών εφαρμογων για τους οποίους μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο μαθηματικός προγραμματισμός θα γίνει σαφής από την ακόλουθη έρευνα. Επιπλέον, θα συζητηθουν περιπτώσεις ζητημάτων που θα μπορούσε να αντιμετωπίσει μια επιχείρηση κατά τη διάρκεια των εργασιών και του στρατηγικού σχεδιασμού για τα οποία ο μαθηματικός προγραμματισμός μπορεί να προσφέρει σημαντικές απαντήσεις.Η παρούσα εργασία ασχολείται με την ανάπτυξη ενός μοντέλου μεικτού ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού στον τομέα του προγραμματισμού παραγωγής εξετάζοντας διάφορα εναλλακτικά σενάρια προκειμένου να αξιολογηθούν τυχόν απροσδόκητες εξελίξεις στην αγορά και σε επιλεγμένα χαρακτηριστικά της ίδιας της βιομηχανίας.Η γλωσσα μονελοποιησης που χρησμοποιεται στην συγκεκριμενη εργασια είναι η GAMS η οποια παρέχει τη δυνατοτητα μεταφρασης ενός προβληματος βελιστοποιησης σε κωδικα.
Open Access
High-fidelity numerical study on the effect of riblets on the aerodynamic performance of flat plates
(2022-10-05) Αργυρού, Στυλιανός; Argyrou, Stylianos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
In this student research project, the methods of aerodynamic improvement of a wide variety of aircrafts, with the main objective of reducing drag force, are examined. Different ways of drag reduction are analyzed but an in-depth and further study is made on the methodology of riblet films. Firstly, we find the literature and references from experts in the subject, as to the positive impact of riblet films in terms of drag reduction. As we firstly do our research of the riblet films, then the different geometries of riblets are studied, experimental and theoretical results under specific conditions are reported. Also, their installation in the aviation industry and various problems faced by scientists who are called upon to carry out the proper use of riblets are mentioned. Then the results of the ONERA M6 wing are validated so that we have a first attempt with the computational fluid dynamics programs. Three different meshes were created in terms of their density, but of the same type, in order to compare the numerical results with the experimental ones. From the validation of the wing results we have drawn some useful conclusions for the correct creation of the meshes, which will then be used for the study of riblets. Subsequently, five different models of riblets on a flat plate are examined, which are placed inside a rectangular duct of fixed dimensions and located on its lower surface. The rectangular duct was chosen because the top surface is a flat surface parallel to the flow as is the bottom surface of the duct, which is the riblets, so a simultaneous comparison of the two surfaces can be made without the need for additional grids. The models were tested under the same conditions and for the dimensioning of the riblets some parameters were taken from the flight conditions of the Greek Civil Unmanned Aircraft RX-1, HCUAV. In addition, four different speeds were used for each model. From the results we can have a general view of the ideal non-dimensional distance of the riblets s+, as well as the variation of the vortices, created due to the flow, due to the riblets. We also notice a change in the flow velocity along the riblets.
Open Access
Σχεδιασμός και προσομοίωση θερμοκηπίου σε υπολογιστικό περιβάλλον (ANSYS/FLUENT) και συστήματος αυτομάτου ελέγχου σε περιβάλλον LABVIEW
(2022-10-06) Πίσχινας, Ευάγγελος; Pischinas, Evagelos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Τα θερμοκήπια αποτελούν μια καλή λύση για την αύξηση της παραγωγής γεωργικών προϊόντων από τα αρχαία χρόνια. Στην σημερινή εποχή με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, μας προσφέρεται η δυνατότητα εξέλιξης και αυτοματοποίησής τους. Πολλές μελέτες γίνονται πάνω στον αυτόματο έλεγχο του μικροκλίματός τους, είτε ενεργειακές, είτε αριθμητικές, είτε πειραματικές, από ευφυή συστήματα ελέγχου, μέχρι και αναλύσεις cfd, με βασικό σκοπό τον βέλτιστο έλεγχο του μικροκλίματος και παράλληλα την εξοικονόμηση ενέργειας. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τη διαδικασία μοντελοποίησης, σχεδιασμού και προσομοίωσης συστήματος αυτόματου ελέγχου σε θερμοκήπια. Πιο συγκεκριμένα, σχεδιάζεται ένα εικονικό θερμοκήπιο (ψηφιακό δίδυμο), και σε αυτό γίνεται προσομοίωση των φυσικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα σε ένα πραγματικό θερμοκήπιο. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιείται για τις προσομοιώσεις είναι το Ansys fluent, κατάλληλο για cfd αναλύσεις, στο οποίο με τη χρήση udf, κώδικα γραμμένο σε c, γίνεται έλεγχος κάποιων ενεργοποιητών (παράθυρο, αερόθερμο), για τον έλεγχο του μικροκλίματος του εικονικού θερμοκηπίου. Σε αυτήν την εργασία κάνουμε χρήση ενός κλάδου στης τεχνητής νοημοσύνης, την ασαφή λογική, η οποία είναι μια μέθοδος αντιγραφής του ανθρώπινου τρόπου σκέψης. Η ασαφής λογική έχει εφαρμογές στον αυτόματο έλεγχο. Για την εύρεση του βέλτιστου συστήματος ελέγχου δοκιμάζονται τέσσερις ασαφείς ελεγκτές, και το βέλτιστο σύστημα ελέγχου που θα μας υποδείξουν οι προσομοιώσεις, θα υλοποιηθεί σε πλακέτα Arduino με χρήση του προγράμματος LabVIEW. Ο έλεγχος συγκεκριμένα θα γίνει στη θερμοκρασία του χώρου των φυτών (εντός θερμοκηπίου), με πραγματικά δεδομένα καιρού από πραγματικό θερμοκήπιο, τα οποία μας παραχώρησε η συνεπιβλέπουσα καθηγήτρια της διπλωματικής, Αγγελική Καυγά.
Open Access
Design, analysis and optimization of 3D printed lattice structures for energy absorption for quasi-static compression loading
(2022-10-10) Βαρτζιώτη, Αικατερίνη Δανάη; Vartzioti, Aikaterini Danai
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Cellular structures, such as lattices and honeycombs, have proved to be satisfactory for their applicability due to their outstanding properties, such as high strength, absorbed energy, lightweight design, and reduced vibration, which have been extensively studied and concerned. Because of their excellent properties, cellular structures have been widely used in aviation, aerospace, bioengineering, automation, sport, and other industrial fields. Nowadays, with the development of Additive Manufacturing (AM) technology this concept can easily be exploited and change the conventional material world, as it offers a design freedom so that complex geometries with the desired mechanical properties can be manufactured. Honeycombs are well-known for their out-of-plane energy absorption capacity, but in some applications, crushing occurs along any direction of the honeycomb. Therefore, it is important to enhance their in-plane behavior and techniques like foam filling and variation of the density through the structure are lately investigated. After a comprehensive literature review, we concluded that the performance of Nylon12 honeycombs have not been broadly explored, although it is a very promising lightweight material which can be used to 3D printing the structure. Thus, in this thesis we aim to investigate the performance of a Nylon 12 hexagonal honeycomb. A verification of the finite element (FE) model is conducted by comparing the results with published experimental work. The influence of the honeycomb’s size on its performance was, also, studied. In consequence, to enhance the energy absorption (EA) of the Nylon12 hexagonal honeycomb the density of the structure is distributed, by changing the thickness of each cell wall, while the overall density remained equal to the initial uniform structure. Specific gradients led to the higher densification strain, increased specific energy absorption (SEA) and lower initial loads, while others to the opposite. Moreover, the honeycomb was filled with Rohacell foam of different densities, and it was found that the SEA increase up to 150%, while the density only a small portion 41%, but the initial loads increased, too. Finally, a structure which combine the aforementioned techniques is modeled and the results showed the highest increase of the SEA compared to the other two methods and lower initial loads. The FE models of all the three techniques were parameterized with a MATLAB code and the results were processed saved for future use.
Open Access
Μοντελοποίηση λιπαινόμενων επαφών σε ελαστοϋδροδυναμική λίπανση υπό επίδραση τραχύτητας και εφαρμογή σε έδρανα κύλισης
(2022-10-11) Τοπουζίδης, Χρύσανθος; Topouzidis, Chrysanthos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Τα έδρανα κύλισης είναι από τα πιο κρίσιμα στοιχεία μηχανής, για αυτό και η μελέτη του μηχανισμού λειτουργίας τους είναι πολύ σημαντική. Σε αυτή την εργασία στόχος είναι η κατανόηση της σπουδαιότητας του λιπαντικού στη λειτουργία του εδράνου. Για την επίτευξη αυτού του στόχου δημιουργούνται μερικά διαγράμματα από την προσομοίωση που πραγματοποιείται. Αρχικά παρατίθενται ιστορικά στοιχεία σχετικά με την εξέλιξη των εδράνων κύλισης καθώς και την χρήση αυτών. Επίσης αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των εδράνων κύλισης. Στη συνέχεια περιγράφονται οι βασικές κατηγορίες λιπαντικών που είναι τα υγρά, τα στερεά, τα αέρια και τα γράσα. Κατόπιν επεξηγείται το λεπτό και το παχύ στρώμα λίπανσης. Στο επόμενο κεφάλαιο δίνεται έμφαση στους μηχανισμούς λίπανσης, οι οποίοι είναι η οριακή, η μικτή, η ελαστοϋδροδυναμική και η υδροδυναμική. Επειδή η εργασία αυτή βασίζεται στην ελαστοϋδροδυναμική λίπανση, δίνονται περισσότερες πληροφορίες. Αρχικά αναφέρονται ιστορικά στοιχεία, κατόπιν τύποι για την περιγραφή του μηχανισμού αυτού καθώς και παράμετροι που καθορίζουν την κατανομή πίεσης και το πάχος του λιπαντικού. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η θεωρία του Hertz για τις επαφές. Πιο συγκεκριμένα παρατίθονται οι σχέσεις υπολογισμού του πλάτους επαφής, του ισοδύναμου μέτρου ελαστικότητας, της μέγιστης παραμόρφωσης και πίεσης. Ακολούθως στο 5ο κεφάλαιο αναφέρονται όλες οι σχέσεις που απαιτούνται για την περιγραφή του μηχανισμού της ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης. Πιο συγκεκριμένα, οι τύποι που αναφέρονται είναι αυτοί του ιξώδους, του πάχους του λιπαντικού φιλμ, της πυκνότητας και της ισορροπίας δυνάμεων στον κύλινδρο. Στο κεφάλαιο που ακολουθεί, αναλύεται η τραχύτητα. Ειδικότερα, επεξηγείται σε ποια επιμέρους κομμάτια αναλύεται ένα προφίλ τραχύτητας. Κατόπιν, δίνονται οι τέσσερις βασικές παράμετροι χαρακτηρισμού της τραχύτητας. Μετά από αυτά παρουσιάζεται μια καμπύλη η οποία περιγράφει ικανοποιητικά την τραχύτητα. Υπάρχουν δύο μέθοδοι μέτρησης της τραχύτητας και αναλύονται παρακάτω. Προς το τέλος του κεφαλαίου γίνεται σύνδεση της τραχύτητας με το αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Στη συνεχεία παρουσιάζεται η γεωμετρία του μοντέλου, το δημιουργούμενο πλέγμα, οι αρχικές και οριακές συνθήκες και τελικά τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης προσομοίωσης. Μετά από αυτά εξετάζεται η επίδραση της τραχύτητας και του τύπου λιπαντικού στην κατανομή της πίεσης και στο πάχος του φιλμ παραθέτοντας σχετικά διαγράμματα από την προσομοίωση.
Open Access
Design, analysis and optimization of a 6U CubeSat using composite materials
(2022-10-11) Γεωργίου, Νικόλαος; Georgiou, Nikolaos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Two of the most fundamental issues that have preoccupied humanity for many centuries and will continue to concern it, given the continuation of technological development, are both the creation and the end of the universe. In recent years, science has turned to the design of CubeSats, which beyond meeting daily needs, are also the cornerstone for the subsequent construction of new satellites, that will have the potential, at some later stage of the human history, to give a final answer to the aforementioned issues. The current thesis deals with the design of a 6U-XL CubeSat using laminated composite materials, which is planned to transport a deployable robotic arm in space. At a first stage, the appropriate literature overview is made, with a special reference to material science and especially to composites, which constitute both the present and the future of aerospace applications. Followingly, the primary structural components of the CubeSat, which were designed in CATIA environment, are presented and sufficiently commented. Then all the necessary analyses (modal, quasi-static, buckling and random vibrations), which confirm at least computationally the proper functionality of the satellite during the launch, are carried out in the MSC PATRAN/NASTRAN software. Finally, an attempt is made to optimize the present structure through the study of different composite materials with the aim of reducing the total weight of the satellite, which represents one of the most crucial driving-factors of every space mission.
Open Access
Δισδιάστατη προσομοίωση μεταφοράς θερμότητας με διάχυση και συναγωγή σε καμπύλες γεωμετρίες με την μέθοδο των πεπερασμένων όγκων
(2022-10-13) Κρέτσης, Παντελεήμων; Kretsis, Panteleimon
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός προγράμματος με σκοπό την μελέτη της μεταφοράς και διάχυσης θερμότητας σε καμπύλες δισδιάστατες γεωμετρίες. Για την επίλυση του προβλήματος μετάδοσης θερμότητας χρησιμοποιείται η μέθοδος των Πεπερασμένων Όγκων, ενώ οι εξισώσεις διάχυσης και μεταφοράς λύνονται με χρήση της μεθόδου διακριτοποίησης Upwind και της μεθόδου διακριτοποίησης FTCS. Για τη δημιουργία του πλέγματος, χρησιμοποιήθηκαν vertex centered κελία, με τα κέντρα των κελίων που βρίσκονται στα σύνορα να βρίσκονται στις ακμές των κελίων. Σχετικά με τις συνοριακές συνθήκες, σε όλα τα σύνορα τέθηκαν συνοριακές συνθήκες Dirichlet, με τα τρία από τα τέσσερα σύνορα να έχουν μια σταθερή θερμοκρασία και το τέταρτο να έχει μια διαφορετική τιμή. Ως αρχική συνθήκη τέθηκε η ίδια θερμοκρασία με τα 3 ισοθερμοκρασιακά σύνορα. Η δημιουργία του υπολογιστικού χώρου, η διακρητοποίηση του, η επίλυση των εξισώσεων καθώς και η εξαγωγή αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκαν με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού Python. Στο πρόγραμμα που δημιουργήθηκε, ο χρήστης χειρίζεται όλο το πρόγραμμα μέσω της γραμμής εντολών, μπορώντας έτσι με απλό τρόπο να τρέξει πολλαπλές διαφορετικές προσομοιώσεις δίχως να απαιτείται ιδιαίτερη τροποποίηση του κώδικα.
Open Access
Application of genetic algorithms for the optimization of the vibrational behavior of mechanical systems
(2022-10-13) Σώλου, Άννα Βασιλική; Solou, Anna Vasiliki
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
In recent decades, there has been a demand for the development of practical, cost-effective control system applications that properly address the negative effects of vibration and protect various machines from natural or man-made hazards. For this reason, vibration control has received considerable research attention. Vibration control devices can be divided into three categories called passive, active, and semi-active control systems. A parallel development in the last two decades has been the emergence of the field of computational intelligence (CI) consisting mainly of the three fields of neural networks, evolutionary computing, and fuzzy logic. This study focused on the application of genetic algorithms (GAs) to optimize the vibration behavior of two types of mechanical systems, a single-degree-of-freedom (SDoF) vibration system, and a mechanical system with a dynamic vibration absorber (DVA) that are both widely used as vibration isolation devices. In addition, a passive vehicle suspension system was modeled, and the system was optimized to check the reliability of the genetic algorithm. Finally, suitable user-friendly Suitable graphical user interfaces (GUIs) were created by applying the above optimization process, to train users in both the theory of oscillations and the understanding of the theory of genetic algorithms. From a technical point of view, this research argues that the use of GA to find optimal solutions in oscillation control cases can be a reliable and well-performing tool that can contribute to the training of people interested in such educational fields.
Open Access
Numerical determination of the strain energy release rate, comparison with the J-Integral and use of methods for calculating the effective crack length in mode I fracture mechanics experiments
(2022-10-13) Ζουμπουρλός, Αρσένιος-Στέφανος; Zoumpourlos, Arsenios-Stefanos
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
In this work, a numerical investigation of the fracture behavior of two different adhesive joints is done using finite element methods for delamination assessment under pure mode I loading. The first joint is a dissimilar and unbalanced adhesive joint between thin titanium and CFRP adherents, that is destined for application in the future aircraft’s leading edge. This joint is reinforced from both sides with two aluminum beams to increase its flexural stiffness. For this joint, both two-dimensional and three-dimensional finite element analyses were performed due to its complexity. The second is a similar and balanced one and consists of two UD-CFRP sub-laminates which are being co-cured with the adhesive film to conclude to the final joint under study. Only two-dimensional finite element analyses were performed for this joint due to its symmetry. The finite element analyses made using cohesive zone modeling, virtual crack closure technique and contour integral analysis to capture the fracture behavior of these joints under pure mode I loading. A comparison of the different effective crack lengths calculated by various analytical equations for the compliance from the literature, is made for each joint. The calculation of the effective crack length is very useful in cases where it is not possible to measure the crack length during propagation, such as mode II experiments, or in cases where secondary cracks appear, as in the case of TiCoAJo. In addition, with the effective crack length concept it is accounted the fracture process zone effects. Also, a comparison between J-Integral and strain energy release rate calculated by different methods, is made for each joint. Finally, the results of the finite element analyses are validated with the experimental results.
Open Access
Analysis of structural damping effects on the dynamic response of a wind turbine blade
(2022-10-13) Παπανακλής, Γεώργιος; Papanaklis, George
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
The main aim of the present Diploma thesis is the development of a Reference Wind Turbine blade’s numerical model and the implementation of structural dynamic analyses in order to evaluate the structural damping effects and the structural integrity of the blade. During the last decades, the need for renewable energy that has lower environmental impact has increased exponentially, drawing the attention of the scientific and industrial community towards the wind energy sector and leading them to put some serious effort on the development of larger and more efficient wind turbines as also dedicated analysis and design tools. In this work, some theoretical background related to the wind turbine blades’ structure and aerodynamic loads is provided, along with a brief presentation of the modelling methods that are used for the simulation of the blade’s dynamic response. Dedicated wind turbine simulation tools are examined regarding their framework, as well as the aerodynamic and structural theories and approaches they employ for the simulation of the entire mechanism. The theoretical part of this thesis is completed with the review of composites’ loss factors and proportional damping, while the definition of Rayleigh factors that will be utilized in the numerical models is explained. Before the description of the blade’s model, a brief review of the two numerical tools (hGAST and DAMPBEAM) that provide data for the modeling and structural assessment of the component takes place. During the definition of the wind turbine’s blade model in Abaqus, the CAD model is created, material properties and composite layups are defined, available dynamic analysis methods and procedures are examined, load modeling is described, and the meshing strategy is explained. The implementation of modal analysis provides the eigenfrequencies and eigenmodes of the structure that are successfully compared with the respective ones from the DAMPBEAM code. For the damping assessment, various dynamic analyses are performed, where different aerodynamic load cases, damping properties and analysis methods are employed and their results are compared, extracting important conclusions for the effect of each parameter. Finally, blade’s structural integrity is evaluated using Tsai-Wu stress-based and maximum strain failure criteria, validating that structure’s capability of dealing with the load condition of the simulated operation when damping is taken into consideration.
Open Access
Μηχανική συμπεριφορά συγκολλητών συνδέσμων υπό υψηλούς ρυθμούς φόρτισης
(2022-10-14) Καλομοίρης, Γεώργιος; Kalomoiris, Georgios
Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)
Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μία σύγκριση μεταξύ υψηλών και χαμηλών ρυθμών φόρτισης, σε πείραμα mode I το οποίο γίνεται σε συγκολλητό σύνδεσμο τιτανίου και συνθέτου πλαστικού ενισχυμένου με ίνες άνθρακα, και ακολούθησε η επαλήθευση του μέσω αναλυτικών λύσεων. Έγινε βιβλιογραφική ανασκόπηση έτσι ώστε να βρεθεί ο βέλτιστος τρόπος κατασκευής μοτίβων (pattern) τα οποία αποτυπώθηκαν στα δοκίμια για χρήση της μεθόδου συσχέτισης ψηφιακής εικόνας (DIC), όπως επίσης και η αναζήτηση αναλυτικών μοντέλων από την ήδη υπάρχουσα βιβλιογραφία για την εξαγωγή απαραίτητων δεδομένων. Στα στατικά πειράματα υπολογίστηκε η καμπύλη απόστασης των δύο adherent συναρτήσει της επιβαλλόμενης δύναμης , η οποία επαληθεύτηκε με την χρήση DIC, και η compliance υπολογίστηκε μέσω αναλυτικών τύπων. Χρησιμοποιώντας την αναλυτική λύση για τον υπολογισμό περιστροφών των adherent, υπολογίστηκε η δυσθραυστότητα του δοκιμίου. Στην συνέχεια έγιναν δυναμικά πειράματα για τον υπολογισμό της δυναμικής δυσθραυστότητας του δοκιμίου με χρήση DIC και μεθόδου data reduction καθώς επίσης για σύγκριση μεταξύ στατικών και δυναμικών αποτελεσμάτων .