Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 20 of 681
  • ItemOpen Access
    A method for determining the level of assistance provided by exoskeletons in industrial applications
    (2024-03-11) Ντάκος, Παναγιώτης; Ntakos, Panagiotis
    The subject of this diploma thesis is the proposal of a method to determine the level of assistance (LoA for short) an exoskeleton provides to its user in industrial applications. In the first chapter, the thesis describes the current state of art regarding common occupational injuries in industrial environments, the exoskeleton as a solution to that problem, as well as the implementation of machine learning models in exoskeleton applications. In the second chapter, the proposed approach is described, in which the LoA is estimated based on the anthropometric characteristics of the user, utilizing machine learning models. Αn experiment process follows, which leads to data collection regarding the effect of task characteristics on the LoA, while the third part of the approach describes the proposal of the method, which takes into account both the anthropometric characteristics of the user and the characteristics of the task they will need to carry out. The implementation of the approach is depicted in detail in the third chapter, which is the estimation of the LoA based on anthropometric data, the experiment procedure and the proposed combined method of estimating the LoA. Finally, the thesis discusses the results of the research process, while it documents the conclusions drawn at the end of it, as well as suggestions for further scientific work.
  • ItemOpen Access
    Συνεργατική λήψη αποφάσεων σε περιβάλλοντά ανοιχτής καινοτομίας
    (2024-03-13) Μακρή, Δήμητρα; Makri, Dimitra
    Στην παρούσα διατριβή μελετήσαμε αναλυτικά θέματα Συνεργατικής Λήψης Αποφάσεων σε περιβάλλοντά Ανοιχτής Καινοτομίας, με απώτερο σκοπό τη δημιουργία ενός προτεινόμενου μοντέλου διαχείρισης αποφάσεων. Οι δύο παραπάνω μέθοδοι παίζουν καθοριστικό ρόλο στην βελτίωση και την αποτελεσματικότητα των αποφάσεων ενός οργανισμού. Αρχικά στο πλαίσιο της ανοιχτής καινοτομίας οι ιδέες δημιουργούνται σε ένα περιβάλλον ανοιχτό ως προς την εισερχόμενη γνώση, αλλά κι έτοιμο ως προς την ευρεία διάδοση της εξωτερικά. Το γνωστικό υλικό που δημιουργείται εξωτερικά κι ελεύθερα είναι πολύτιμο, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της συνεργατικής λήψης αποφάσεων δημιουργήσαμε έναν εύκολο δρόμο να εισέρθει εσωτερικά και να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά. Καταλυτικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία παίζει η σωστή διαχείριση και η αφομοίωση της γνώσης, η μέθοδος αυτή ονομάζεται απορροφητικότητα ενός οργανισμού. Εστιάζοντας στην έννοια της συνεργατικής λήψης αποφάσεων μέσα από ένα περιβάλλον ανοιχτής καινοτομίας, προτείναμε ένα μοντέλο με σκοπό να παρέχει τη δυνατότητα συμμετοχής των πολιτών σε δημόσια ζητήματα, τα οποία τους αφορούν άμεσα. Η πλατφόρμα αυτή έχει εμπνευστεί από όλες τις πληροφορίες που έχουμε συλλέξει και έχοντας λάβει υπ’ όψη όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά και προϋποθέσεις που χρειαζόμαστε. Οι αποφάσεις εδώ γίνονται μέσα σε ένα πλαίσιο όπου επικρατεί διαφάνεια, εσωτερική συνέπεια και λογική ορθότητα. Μετά τη μελέτη της παρούσας διατριβής έχουμε στα χέρια μας σημαντικές πληροφορίες, οι οποίες μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για τη δημιουργία εξελιγμένων διαδικτυακών μοντέλων Ανοιχτής Καινοτομίας βασισμένα στη Συνεργατική Λήψη Αποφάσεων.
  • ItemOpen Access
    On the quantification of complexity of manufacturing systems towards Industry 4.0, using the information theory and Shannon’s entropy
    (2024-03-14) Πετράκη, Νεφέλη Θεοφανία; Petraki, Nefeli Theofania
    The quantification of complexity in manufacturing systems has been a challenge since the integration of Information Technologies (IT) in industry. Over the last decades, the transition from the traditional manufacturing system to the manufacturing paradigm of Industry 4.0, with the integration of the Internet of Things (IoT), Big Data and emerging technologies along with the concept of mass customization, has led to the development of Cyber Physical Systems (CPS) and Product Service Systems (PSS). Due to the multidimensionality of the modern manufacturing systems, complexity is constantly increasing, having become even more challenging to measure. At the same time, the quantification of complexity and the performance evaluation of a company’s manufacturing system lifecycle are very important for competitiveness, cost effectiveness and business performance. Using the Information Theory and Shannon’s entropy is a way to quantify complexity of Industry 4.0 paradigm and approach the optimum communication between the different departments that comprise the manufacturing system. Hence, this thesis examines and analyses existing methodologies for the quantification of complexity and seeks to provide effective criteria for validating complexity formulae, in terms of performance and adequacy.
  • ItemOpen Access
    Theoretical investigation and modeling of additive manufacturing processes using surrogate models
    (2024-03-14) Χριστόπουλος, Διονύσιος; Christopoulos, Dionysios
    The objective of the current Diploma Thesis is to introduce the innovative concept of a Spatiotemporal Surrogate Model (ST-SM) applied to a specific manufacturing process—the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process. The aim is to approximate the temperature at different spatial points (nodes) over time within the material part, utilizing a Finite Element Analysis (FEA) model and compare Finite Element Method (FEM) and SM output. The initial step involves the creation of a simplified FEA model, mimicking a small portion of the material being directly heated by the laser during the LPBF process. Subsequently, the simulation of the LPBF process is conducted to calculate the temperature profile at the selected nodes. Following this simulation, the ST-SM is meticulously constructed and validated. This ST-SM has the potential to enhance manufacturing by enabling the monitoring of nodes’ temperature profiles. Except for predicting the nodes’ temperatures, the ST-SM is also used for process control and defect detection within the part.
  • ItemOpen Access
    Οι επιπτώσεις της επαγγελματικής εξουθένωσης στην ποιότητα ζωής των μηχανικών
    (2024-03-11) Αντωνιάδης, Πασχάλης; Antoniadis, Paschalis
    Η ποιότητα ζωής είναι πολύ σημαντική για τον άνθρωπο και τα τελευταία χρόνια γίνεται μια συστηματική προσπάθεια βελτίωσης της. Ένα εύλογο ερώτημα που προκύπτει είναι αν και πόσο επηρεάζεται εκτός των άλλων και από την επαγγελματική εξουθένωση που είναι ένα φαινόμενο το οποίο μοιάζει να εντείνεται τα τελευταία χρόνια. Με τον όρο ποιότητα ζωής αναφερόμαστε στη ψυχική, σωματική και κοινωνική ευημερία του ατόµου, ενώ με τον όρο επαγγελματική εξουθένωση κάνουμε λόγο για μια κατάσταση σωματικής, ψυχικής και πνευματικής κόπωσης που οφείλεται στο χρόνιο εργασιακό στρες που βιώνει ο κάθε εργαζόμενος. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας αρχικά γίνεται μία προσπάθεια αποτίμησης του επιπέδου της ποιότητας ζωής και της επαγγελματικής εξουθένωσης των μηχανικών που εργάζονται στην Αττική. Επίσης, μελετάται η επίδραση κάποιων βασικών δημογραφικών χαρακτηριστικών (όπως το φύλο, η ηλικία, το μορφωτικό επίπεδο, ο τομέας εργασίας και η ιδιότητα του Μηχανικού) στο επίπεδο ποιότητας ζωής και επαγγελματικής εξουθένωσης των μηχανικών, γίνεται ομαδοποίηση των μηχανικών βάση του επιπέδου επαγγελματικής εξουθένωσης και ποιότητας ζωής τους και γίνεται μια προσπάθεια πρόβλεψης της ποιότητας ζωής τους από δημογραφικούς παράγοντες και τις διαστάσεις της επαγγελματικής εξουθένωσης. Παρατηρούμε ότι οι Μηχανικοί έχουν μεσαία επίπεδα ποιότητας ζωής, μεσαία επίπεδα συναισθηματικής εξάντλησης, χαμηλά επίπεδα αποπροσωποποίησης και μεσαία επίπεδα προσωπικών επιτευγμάτων. Ως προς την ομαδοποίηση των συμμετεχόντων βάση του επιπέδου επαγγελματικής εξουθένωσης και ποιότητας ζωής τους, παρατηρούμε ότι δημιουργούνται τρεις ομάδες, στην 1η ομάδα ανήκουν τα άτομα με υψηλό επίπεδο επαγγελματικής εξουθένωσης και τα χαμηλό επίπεδο ποιότητας ζωής, στην 2η ανήκουν άτομα με μεσαία επίπεδα επαγγελματικής εξουθένωσης και ποιότητας ζωής, ενώ στην 3η άτομα με χαμηλό επίπεδο επαγγελματικής εξουθένωσης και τα υψηλό επίπεδο ποιότητας ζωής. Τέλος, όσον αφορά τη συνεισφορά των επιπέδων επαγγελματικής εξουθένωσης στην πρόβλεψη των διαστάσεων της ποιότητας ζωής παρατηρούμε ότι η σωματική και η ψυχική υγεία επηρεάζονται αρνητικά από τη συναισθηματική εξάντληση και την αποπροσωποποίηση και θετικά από τα προσωπικά επιτεύγματα, οι κοινωνικές σχέσεις επηρεάζονται αρνητικά από την αποπροσωποποίηση και θετικά από τα προσωπικά επιτεύγματα, ενώ η περιβαλλοντική υγεία επηρεάζεται αρνητικά από τη συναισθηματική εξάντληση και θετικά από τα προσωπικά επιτεύγματα.
  • ItemOpen Access
    Simulation, fabrication and programming of a low-cost quadruped robot
    (2024-03) Παπαδοπούλου, Νικολέτα Παναγιώτα; Papadopoulou, Nikoleta Panagiota
    In the last decade, there have been major advancements in the area of quadruped robots and the Open-Source community has contributed tremendously towards this direction. Inspired by the groundbreaking work of Maurice Rahme on Github, this thesis presents a low-cost opensource quadruped robot development, the OpenQuadruped/SpotMiniMini. SpotMiniMini features a fully 3D printed frame, 12 brushless servo motors that drive four 3-DOF legs. The robot’s onboard computer is a Raspeberry Pi 4B that runs as its operating system an Ubuntu 20.04 LTS headless server. The quadruped’s software is built inside a ROS Noetic environment. This framework establishes a communication infrastructure that integrates the RPi with a Teensy 4.0 microcontroller for the low-level control of the robot’s servos. The latter is possible through serial UART communication protocol. Moreover, the robot has an IMU gyroscope sensor that provides data for orientation sensing and can receive joystick commands from a wireless gamepad connected to the RPi. A lithium battery powers a PCB that distributes it to all the hardware components of the robot. Finally, the Quadruped uses a D2-Randomized Gait Modulation method with Bezier Curves for foot trajectories generation.
  • ItemOpen Access
    Simulation and development of a soft pneumatic robotic finger with variable stiffness
    (2024-03-07) Καραγιάννης, Κωνσταντίνος; Karagiannis, Konstantinos
    In this thesis, a soft pneumatic robotic finger, that has the ability to change its stiffness is going to be simulated and later developed. This process begins with an extensive literature review, that leads to a methodical design process. A proposal for the soft finger emerges and a detailed design process ensues, where every dimension is defined along with choosing the materials and fabrication methods for the creation of a prototype. Using these details, the simulation is performed in finite element method software, that yields promising results. Based on these findings, the soft pneumatic finger is considered a successful design. The prototype is created in two stages, first as a test soft finger with limited functionality and later as the designed soft finger. The fabrication takes place using soft silicone poured in 3D-printed molds. The fabricated soft finger is put through a series of experiments to test the range of motion, the stiffening abilities, and the sensing capabilities of an integrated sensor in the fingertip. These results are later compared to the simulation results and conclusions are drawn on the accuracy of the simulated models. Future work could include the creation of a gripper using the proposed soft finger and more importantly the development of software control for the finger.
  • ItemOpen Access
    Η χρήση της μεθοδολογίας Lean Six Sigma σε υπηρεσίες εγκαταστάσεων τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού
    (2024-03-11) Βακιρλής, Νικόλαος; Vakirlis, Nikolaos
    Στη σύγχρονη ανταγωνιστική εποχή, η ευελιξία και η προσαρμογή στις εκάστοτε συνθήκες είναι απαραίτητα στοιχεία για τη βιωσιμότητα μιας επιχείρησης. Συνεπώς, είναι αναγκαία η τυποποίηση και η βελτίωση των διαδικασιών ώστε οι επιχειρήσεις να αποκτήσουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Στόχος της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι να αναλυθεί και να παρουσιαστεί η βελτιστοποίηση των διαδικασιών κατασκευής σύνδεσης με ευρυζωνικότητα σε μία εταιρεία τηλεπικοινωνιών, με την υιοθέτηση της μεθοδολογίας της 6 σίγμα (6σ – Six Sigma). Η μελέτη θα γίνει μέσω προσομοίωσης στο περιβάλλον Extendsim. Αρχικά, θα γίνει μία προσέγγιση στη Διαχείριση των Επιχειρηματικών Διαδικασιών (Business Process Management) και στη συνέχεια θα αναλυθεί η μέθοδος της λιτής σκέψης με 6 σίγμα (Lean Six Sigma), περιγράφοντας πρώτα τις δύο επιμέρους μεθόδους που την αποτελούν και έπειτα το συνδυασμό των δύο. Η λιτή προσέγγιση στη διοίκηση διαδικασιών βοηθάει στη μείωση των μη χρήσιμων διαδικασιών, ενώ ενισχύει την αποτελεσματικότητα των υπολοίπων. Με τη μέθοδο 6 σίγμα η επιχείρηση μπορεί να αυξήσει την αξιοπιστία της, μέσω της μείωσης των προβληματικών και την έμφαση στην ποιότητα. Εν συνεχεία, γίνεται περιγραφή των διαδικασιών της μοντελοποίησης με καταγραφή των βημάτων της προσομοίωσης και των πλεονεκτημάτων που προσφέρει. Η μελέτη αφορά τη βελτίωση των διαδικασιών σε υπηρεσίες εγκαταστάσεων τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού μέσω της λογικής 6 σίγμα. Πρώτα, εξάγονται αποτελέσματα χρόνων για κάποια αρχικά δεδομένα, κι έπειτα εφαρμόζοντας τη μέθοδο, γίνεται σύγκριση με τα νέα, μετά από αρκετές προσομοιώσεις. Τέλος, εξάγονται κάποια βασικά συμπεράσματα από τη χρήση της μεθόδου 6 σίγμα σχετικά με τα οφέλη από τη μείωση του χρόνου και την αύξηση της αξιοπιστίας για μία επιχείρηση.
  • ItemOpen Access
    Μεθοδολογία στρατηγικής χωροθέτησης σταθμών φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων
    (2024-03-11) Γουρνάρης, Γεώργιος; Gournaris, Georgios
    Οι ραγδαίες εξελίξεις στην τεχνολογία της ηλεκτροκίνησης, στην παραγωγή ηλεκτρικών οχημάτων που έχει στραφεί η προσοχή της αυτοκινητοβιομηχανίας και στις παγκόσμιες πολιτικές, που ανακαλούν ρυθμιστικές διατάξεις και αναδιαμορφώνουν νομοσχέδια με στόχο την εγκαθίδρυση της ηλεκτροκίνησης και της πράσινης ενέργειας, έχουν επιφέρει την επιτακτική ανάγκη οργάνωσης, σχεδίασης και προγραμματισμού και στρατηγικών αποφάσεων, με σκοπό την προετοιμασία των υποδομών, ικανών να καλύψουν τις ανάγκες του συνόλου των ηλεκτρικών οχημάτων. Ήδη για τους πρώτους μήνες του 2024, οι αγορές αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων στην Ευρώπη έχουν αυξηθεί κατά 15% σε σχέση με τις αντίστοιχες πωλήσεις του προηγούμενου έτους. Η λειτουργία των ηλεκτρικών οχημάτων έχει μόνο νόημα όσο μπορεί να υποστηριχθεί από το υφιστάμενο δίκτυο υποδομών (φόρτισης και ηλεκτρικής ενέργειας). Για τη σχεδίαση και αλληλεπίδραση του δικτύου υποδομών της ηλεκτροκίνησης, παρουσιάζεται το πρόβλημα της χωροταξίας των δημοσίων κέντρων σταθμών φόρτισης. Η προσέγγιση του προβλήματος αυτού είναι ο σκοπός της παρούσας εργασίας. Με χρήση εργαλείων επιχειρησιακής έρευνας, το σχεδιασμό του προβλήματος στο προγραμματιστικό περιβάλλον του ExtendSim , την προσομοίωση του μοντέλου , τη βελτιστοποίηση των μεταβλητών και την ανάλυση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων , θα εξεταστεί η μέθοδος στρατηγικής χωροθέτησης των σταθμών φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα δεδομένο μήκος αυτοκινητιστικού δικτύου. Θα συγκριθούν μέθοδοι βελτιστοποίησης και θα παρουσιαστεί σε κάθε βήμα η αρχιτεκτονική σχεδίασης προβλημάτων στοχαστικού χαρακτήρα και χωροταξίας, στο υπολογιστικό περιβάλλον του ExtendSim.
  • ItemOpen Access
    Αξιοποίηση ξυλώδους βιομάζας : μελέτη σκοπιμότητας ίδρυσης μονάδας παραγωγής τεμαχιδίων ξύλου (woodchips)
    (2024-03-11) Νείλας, Κωνσταντίνος; Neilas, Konstantinos
    Η εργασία εστιάζει στην προοπτική αξιοποίησης της ξυλώδους βιομάζας, δίνοντας έμφαση στην διερεύνηση ίδρυσης μονάδας παραγωγής τεμαχιδίων ξύλου. Αρχικά αναφέρονται οι βασικές αρχές της βιοοικονομίας και το πλαίσιο ανάπτυξής της στην Ελλάδα, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζεται μια ιστορική αναδρομή της χρήσης της βιομάζας και περιγράφονται οι βασικές κατηγορίες βιοκαυσίμων. Από τα στερεά βιοκαύσιμα παρουσιάζονται αναλυτικά οι περιπτώσεις των πέλλετ, μπρικετών και τεμαχιδίων ξύλου(χαρακτηριστικά, εφαρμογές, πρότυπα ποιότητας, εξοπλισμός καύσης, διαδικασία παραγωγής, ποσοτικά στοιχεία σχετικά με τη θέση που καταλαμβάνουν στην ελληνική και παγκόσμια αγορά) και έπειτα πραγματοποιείται μια σύγκριση μεταξύ των τριών παραπάνω μορφών βιομάζας, υπό το πρίσμα ορισμένων χαρακτηριστικών(μέγεθος, θερμογόνος δύναμη, πυκνότητα, συσκευασία). Η μελέτη σκοπιμότητας ίδρυσης μονάδας παραγωγής τεμαχιδίων ξύλου διαρθρώνεται στους εξής εννέα άξονες: ανάλυση αγοράς(προϊόντα, πελάτες, ανταγωνιστές, προμηθευτές, διανομή), χωροθέτηση μονάδας, προμήθεια πρώτων υλών, μηχανολογικός εξοπλισμός, οργανωτική δομή, ανθρώπινο δυναμικό, στρατηγική μάρκετινγκ, προγραμματισμός εκτέλεσης επενδυτικού σχεδίου και ανάλυση κόστους επιχείρησης. Η εργασία ολοκληρώνεται με χρηματοοικονομική ανάλυση και αξιολόγηση της επένδυσης υπό το πρίσμα δύο διαφορετικών σεναρίων, τα οποία διαφοροποιούνται ως προς την τιμή αγοράς των πρώτων υλών, καθώς και με διατύπωση χρήσιμων συμπερασμάτων σχετικά με τους παράγοντες που επηρεάζουν τη βιωσιμότητα της επιχείρησης.
  • ItemOpen Access
    Τεχνο-οικονομική διερεύνηση παρεμβάσεων για τη μείωση έντασης άνθρακα σε πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων
    (2024-03-11) Κουλικούρδης, Φίλιππος; Μουζακίτης, Γιάννης; Koulikourdis, Philippos
    Η περιοχή ενδιαφέροντος της εργασίας είναι η βιώσιμη ναυτιλία, με έμφαση στο σχεδιασμό και στην αξιολόγηση παρεμβάσεων για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά αναλύεται η βιώσιμη ναυτιλία (στόχοι, οφέλη, εμπόδια) και εξετάζεται το κανονιστικό πλαίσιο του κλάδου με έμφαση στους δύο νέους δείκτες περιβαλλοντικής αξιολόγησης CII και EEXI. Στη συνέχεια, μέσα από δευτερογενή έρευνα, παρουσιάζονται και αξιολογούνται οι παρεμβάσεις που στοχεύουν στη μείωση της έντασης άνθρακα, με βάση πέντε κύριους άξονες παρέμβασης (τεχνολογικά μέτρα, λειτουργικά μέτρα, πράσινα καύσιμα, εναλλακτικές πηγές ενέργειας, ρυθμιστικό πλαίσιο), ενώ η υλοποίηση των σχετικών παρεμβάσεων παρουσιάζεται μέσα από είκοσι περιπτώσεις από την ελληνική και διεθνή πραγματικότητα. Υπό το πρίσμα των παραπάνω, αξιολογούνται δέκα εναλλακτικές πράσινων παρεμβάσεων σε ένα πλοίο μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων. Κάθε εναλλακτική αξιολογείται με βάση τρία κριτήρια: τους περιβαλλοντικούς δείκτες CII και EEXI και την οικονομική βιωσιμότητά της. Η συνολική αξιολόγηση γίνεται με στάθμιση συντελεστών για τρείς διαφορετικές προσεγγίσεις: μια περιβαλλοντική, μια οικονομική και μια «ενδιάμεση» προσέγγιση. Έτσι παρουσιάζονται χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τον σχεδιασμό και την αξιολόγηση πράσινων παρεμβάσεων σε υφιστάμενα πλοία για να εναρμονιστούν με τους νέους κανονισμούς.
  • ItemOpen Access
    Ακουστικό πεδίο περίθλασης γύρω από απορροφητική σφήνα εσωτερικής γωνίας 90 μοιρών
    (2024-03-09) Παναγόπουλος, Ελευθέριος; Panagopoulos, Eleftherios
    Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τη μελέτη του ακουστικού πεδίου περίθλασης, που δημιουργείται γύρω από μια απορροφητική σφήνα, εσωτερικής γωνίας 90 μοιρών και οφείλεται στην πρόσπτωση επίπεδων κυμάτων επάνω σε αυτή. Στα πλαίσια της εργασίας τροποποιείται μια υπάρχουσα προσεγγιστική λύση, που περιγράφει το ακουστικό πεδίο περίθλασης γύρω από μια τέλεια ανακλαστική σφήνα, με σκοπό να γενικευτεί για τη περίπτωση απορροφητικής σφήνας. Στο Κεφάλαιο 2 συγκεντρώνονται μαθηματικές έννοιες για τη περιγραφή του προβλήματος. Αρχικά, διατυπώνεται η εξίσωση του Helmholtz σε κυλινδρικό σύστημα συντεταγμένων. Έπειτα, εξετάζεται η γενική λύση της γύρω από τομείς σχήματος σφήνας. Στη συνέχεια αναλύονται οι συνοριακές συνθήκες που περιγράφουν ανακλαστικές, υπερ-μαλακές και απορροφητικές σφήνες, ενώ ακόμη παρατίθεται η αναλυτική λύση του προβλήματος για τα δύο πρώτα είδη συνοριακών συνθηκών. Στο Κεφάλαιο 3 παρατίθεται βιβλιογραφία αναφορικά με τα ηχοαπορροφητικά υλικά και τις μακροσκοπικές ιδιότητες που τα διέπουν και στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται ακουστικές παράμετροι, όπως είναι η χαρακτηριστική ακουστική εμπέδηση. Στο Κεφάλαιο 5, περιγράφονται εμπειρικά μοντέλα πρόβλεψης των ακουστικών ιδιοτήτων των πορωδών ηχοαπορροφητικών υλικών, μέσω των μακροσκοπικών ιδιοτήτων τους, που θα χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια της εργασίας. Επιπλέον, στο Κεφάλαιο 6 αναλύονται οι ακουστικές ιδιότητες του αφρού μελαμίνης. Στο Κεφάλαιο 7 αναπτύσσεται μια νέα προσεγγιστική λύση για ορθογώνιες απορροφητικές σφήνες και για επίπεδη κυματική διάδοση. Η προτεινόμενη λύση βασίζεται σε υπάρχουσα λύση για ανακλαστικές επιφάνειες, που τροποποιείται, ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί για απορροφητικές σφήνες, πολλαπλασιάζοντας τους όρους της λύσης με κατάλληλους συντελεστές ανάκλασης. Οι συντελεστές αυτοί εξαρτώνται από την ακουστική αγωγιμότητα του υλικού της σφήνας και από γωνίες πρόσπτωσης στην επιφάνεια τη σφήνας, οι οποίες με τη σειρά τους εξαρτώνται από τις σχετικές γωνιακές θέσεις πηγής και δέκτη και είναι διαφορετικές για διαφορετικούς συνδυασμούς γωνιακών θέσεων πηγής-δέκτη. Τα αποτελέσματα της προτεινόμενης λύσης συγκρίνονται με την ακριβή λύση των Hewett-Morris, καθώς και με δύο προσεγγιστικές λύσεις που περιγράφονται στο κεφάλαιο 8. Στο Κεφάλαιο 9 συγκρίνονται τα αποτελέσματα μεταξύ της νέας προσεγγιστικής λύσης και των υπαρχουσών, για διαφορετικές περιπτώσεις ακουστικής εμπέδησης. Ειδικότερα, παρατηρήθηκε εξάρτηση του σφάλματος από το λόγο της συχνότητας προς τη ροϊκή αντίσταση του υλικού και από την ακουστική απόσταση. Έπειτα, στο Κεφάλαιο 10 συγκεντρώνονται και σχολιάζονται οι χρόνοι διεκπεραίωσης των μεθόδων, απ’ όπου διακρίνεται η ταχύτητα της νέας λύσης. Στο Κεφάλαιο 11 προτείνεται η επέκταση της νέας προσεγγιστικής λύσης για τη περίπτωση σφαιρικής κυματικής διάδοσης και τυχαίας εσωτερικής γωνίας σφήνας (2Ω<180°). Ειδικότερα, η επέκταση της προσεγγιστικής λύσης υλοποιείται με την τροποποίηση των συντελεστών με τους οποίους πολλαπλασιάζονται οι όροι της λύσης. Στο τμήμα αυτό υλοποιούνται συγκρίσεις με πειραματικά δεδομένα και με τη προσεγγιστική λύση Nord2000. Η προτεινόμενη λύση συγκρίνεται ικανοποιητικά τόσο με την προσεγγιστική λύση Nord2000 όσο και με τα πειραματικά δεδομένα. Η νέα λύση διακρίνεται για την ταχύτητα που τη διέπει. Έχει την ικανότητα να περιγράφει επίπεδα αλλά και σφαιρικά κύματα, διαφορετικές γωνίες σφήνας και ισχύει για κάθε θέση πηγής-δέκτη. Τέλος, ισχύει για θέσεις δέκτη κοντά στα σύνορα σκιάς.
  • ItemOpen Access
    Διάγνωση βλαβών σε πληθυσμό ονομαστικά όμοιων δοκών από σύνθετα υλικά με προηγμένες στοχαστικές μεθόδους
    (2024-03-08) Στεφανόπουλος, Απόλλωνας; Stephanopoulos, Apollonas
    Η παρούσα εργασία στοχεύει στην ανίχνευση, τον καθορισμό θέσης και μεγέθους βλαβών τύπου ρωγμής σε ένα πληθυσμό ονομαστικά όμοιων δοκών από σύνθετα υλικά μέσω προηγμένων στοχαστικών μεθόδων ανάλυσης σημάτων ταλάντωσης. Τα σήματα που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση προέρχονται από προσομοίωση στο περιβάλλον του Ansys. Συγκεκριμένα η διάγνωση γίνεται για τρεις τεχνητές βλάβες σε κάθε μια από τις δυο θέσεις που εφαρμόζονται, οι οποίες είναι τύπου ρωγμής. Το σύνολο των δοκών βρίσκονται σε ίδιες περιβαλλοντολογικές συνθήκες, όπως και συνθήκες στήριξης, διαφοροποιούνται όμως στο πάχος τους, δημιουργώντας με αυτό τον τρόπο μια επιπλέον αβεβαιότητα στον πληθυσμό. Η διάγνωση βλαβών λοιπόν φέρει αυτήν την επιπλέον αλλά και κύρια δυσκολία καθώς και η κατασκευαστική αβεβαιότητα που προκλήθηκε στον πληθυσμό πολλές φορές, μπορεί να προκαλέσουν έως και επικάλυψη της δυναμικής από αυτής των βλαβών. Η κατασκευή διεγείρεται με μία δυναμική τύπου αρμονική, ενώ ταυτόχρονα συνδέονται πάνω στην εκάστοτε σύνθετη δοκό τρία επιταχυνσιόμετρα για την λήψη των σημάτων. Η ανάλυση των ταλαντωτικών σημάτων περιλαμβάνει τόσο την μη-παραμετρική ανάλυση για να δειχθεί η επίδραση της μεταβλητότητάς της βλάβης στις συναρτήσεις Transmittance, όσο και την παραμετρική ανάλυση με την χρήση του μοντέλου TF-ARX-OLS και TF- IV. Έπειτα η διάγνωση βλαβών επιτυγχάνεται με την χρήση της μεθόδου των πολλαπλών μοντέλων, η οποία χρησιμοποιεί ως χαρακτηριστική ποσότητα την τιμή της συνάρτησης Transmittance. Τέλος στο κομμάτι της ανίχνευσης των βλαβών εκτιμάται η απόδοση των μεθόδων με την χρήση στατιστικών χαρακτηριστικών καμπυλών (ROC curves) και τα αποτελέσματα φαίνεται να είναι ικανοποιητικά για 5% ψευδοσυναγερμών (100/0). Στον χαρακτηρισμό των βλαβών ως προς την θέση τους και ως προς το μέγεθος τους και τα δυο παραμετρικά μοντέλα έδωσαν πολύ ελπιδοφόρα αποτελέσματα. Η παρούσα εργασία στοχεύει στην διάγνωση βλαβών περιλαμβάνοντας την ανίχνευση, τον καθορισμό θέσης και μεγέθους, σε ένα πληθυσμό ονομαστικά όμοιων δοκών από σύνθετα υλικά μέσω προηγμένων στοχαστικών μεθόδων ανάλυσης σημάτων ταλάντωσης. Για τον σκοπό αυτό, τα χαρακτηριστικά κάθε δοκού (γεωμετρία, υλικά) η οποία τυπικά αντιπροσωπεύει τμήμα αεροκατασκευής, προσομοιώνονται με την χρήση ενός μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων, στο λογισμικό ANSYS. Η κατασκευαστική αβεβαιότητα εξαιτίας της χρήσης σύνθετων υλικών προσομοιώνεται γεωμετρικά, με μεταβολή του πάχους της δοκού (20% εύρος μεταβολής από το ονομαστικό πάχος) ενώ οι συνθήκες λειτουργίας κατά την πτήση προσομοιώνονται με διέγερση τύπου τύρβης περιλαμβάνοντας και την επίδραση της διέγερσης που προκύπτει εξαιτίας περιστρεφόμενων τμημάτων. Οι εξεταζόμενες βλάβες τύπου διαμπερούς ρωγμής πλάτους 1 mm, υλοποιούνται σε δύο διαφορετικές θέσεις γεωμετρικά (αφαίρεση υλικού) ενώ για κάθε θέση εξετάζονται 3 διαφορετικά μεγέθη (0.6%,  2%,  3.3% του μήκους). Τα συγκεκριμένα μεγέθη βλάβης επιφέρουν μικρές μεταβολές στα υγιή δυναμικά χαρακτηριστικά, οι οποίες επικαλύπτονται σημαντικά, όταν εξετάζονται υπό την κατασκευαστική αβεβαιότητα που προκύπτει στα δυναμικά χαρακτηριστικά του εξεταζόμενου πληθυσμού, θέτοντας ως πρόκληση την εύρωστη διάγνωση τους στην παρούσα εργασία. Επιπρόσθετα, οι συνθήκες διέγερσης θεωρούνται μη-μετρήσιμες οδηγώντας στην αποκλειστική χρήση σημάτων απόκρισης για την εκτίμηση της Συνάρτησης Μετάδοσης (Transmittance Function), η οποία χρησιμοποιείται ως χαρακτηριστική ποσότητα κατά την διάγνωση, με σκοπό την εξάλειψη της επίδρασης της διέγερσης. Συγκεκριμένα η εκτίμηση και η δυναμική αναγνώριση πραγματοποιούνται με μη παραμετρικά (Welch) και παραμετρικά μοντέλα (ARX-OLS, IV). Τα πλήρη ή μειωμένα, μέσω της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (PCA), διανύσματα των παραμετρικών μοντέλων χρησιμοποιούνται κατά την διάγνωση σε πλαίσιο εργασίας τύπου Πολλαπλών Μοντέλων (Multiple Models), το οποίο εξασφαλίζει την ευρωστία στην κατασκευαστική αβεβαιότητα. Η αξιολόγηση και σύγκριση των δύο εκτιμητριών ως προς την διάγνωση, πραγματοποιείται μέσω 114 Monte-Carlo προσομοιώσεων και αρκετές περιστροφές (rotations) του σετ εκπαίδευσης για την εξασφάλιση της στατιστικής αξιοπιστίας των ευρημάτων. Τέλος τα αποτελέσματα της ανίχνευσης παρουσιάζονται με την χρήση καμπυλών ROC επιδεικνύοντας εξαιρετική απόδοση και για τις δύο εκτιμήτριες (100% επιτυχής ανίχνευση για όλες τις βλάβες σε 0% ποσοστό ψευδοσυναγερμών). Τα αποτελέσματα του καθορισμού της θέσης και του μεγέθους παρουσιάζονται με την χρήση Confusion Matrices τα οποία κρίνονται πολύ καλά, σε επίπεδο ακρίβειας, στον καθορισμό της θέσης (82.9% για την ARX-OLS, 82.5% για την IV) όσο και για τον καθορισμό του μεγέθους (72.6% για την ARX-OLS, 73.8% για την IV) της βλαβών.
  • ItemOpen Access
    Μελέτη του ακουστικού πεδίου στο Αρχαίο θέατρο της Επιδαύρου
    (2024-03-06) Χελιδώνη, Αριστέα; Xelidoni, Aristea
    Η παρούσα εργασία διερευνά το ακουστικό πεδίο του αρχαίου θεάτρου της Επιδαύρου στο πεδίο των συχνοτήτων, θεωρώντας μια απλοποιημένη διατομή του αρχαίου θεάτρου. Το ακουστικό πεδίο στη θέση ενός θεατή αποτελείται από συνεισφορές γεωμετρικού ακουστικού πεδίου και από περιθλάσεις. Οι συνεισφορές γεωμετρικού πεδίου περιλαμβάνουν τον απ’ ευθείας ήχο από πηγή στο κέντρο της ορχήστρας στο δέκτη, καθώς και ανακλάσεις από την πηγή στην ορχήστρα του θεάτρου η/και στην πλάτη των καθισμάτων και μετά στο δέκτη. Το πεδίο περίθλασης δημιουργείται καθώς ο ήχος από την πηγή ακουμπάει την ακμή των καθισμάτων και φτάνει στο δέκτη. Η μελέτη του πεδίου περίθλασης πραγματοποιείται με χρήση τριών υπαρχουσών προσεγγιστικών αναλυτικών λύσεων και μίας ημι-εμπειρικής λύσης. Μέσω της σύγκρισης των προτεινόμενων λύσεων παρατηρείται το υπολογιστικό πλεονέκτημα της ημι-εμπειρικής λύση, η οποία είναι κατά τάξεις μεγέθους ταχύτερη από τις προσεγγιστικές αναλυτικές λύσεις. Τα χαρακτηριστικά του πεδίου περίθλασης εξετάζονται, μελετώντας την προέλευση των ισχυρότερων και των ασθενέστερων συνεισφορών, όπου για το ύψος του όρθιου ηθοποιού παρατηρείται ότι η ισχυρότερη συνεισφορά προέρχεται πάντα από το δεύτερο ανώτερο σκαλοπάτι, ενώ η προέλευση της ασθενέστερης συνεισφοράς μπορεί να εντοπιστεί τόσο στις άνω όσο και στις κάτω περίθλασης. Επιπρόσθετα, διερευνάται η επίδραση της εγγύτητας στα σύνορα σκιάς, ενώ επεκτείνεται η χρήση της παραμέτρου Μ (από στο πεδίου του χρόνου) στο πεδίο των συχνοτήτων ως μέσο πρόβλεψης του σήματος της περίθλασης βασιζόμενη αποκλειστικά σε γεωμετρικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση διαφορετικών γεωμετρικών παραγόντων, όπως το ύψος της πηγής, η κλίση του θεάτρου, καθώς και η διαφορά κλίσης μεταξύ του κάτω και άνω κοίλου, στο ακουστικό πεδίο. Με στόχο την καλύτερη κατανόηση και τον πιο ακριβή υπολογισμό του ακουστικού πεδίου, εξετάζεται η επίδραση των συντελεστών απορρόφησης και σκέδασης στην επιφάνεια του θεάτρου. Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση των αποτελεσμάτων του ακουστικού πεδίου με υπάρχοντα πειραματικά δεδομένα, όπου παρατηρείται η σχετικά καλή τους συμφωνία.
  • ItemOpen Access
    Εκτίμηση εναπομείνασας ωφέλιμης ζωής εδράνων κύλισης μέσω τυχαίων σημάτων ταλαντώσεων και μεθόδου συναρτησιακών μοντέλων
    (2024-03-05) Σκαλτσάς, Αθανάσιος; Skaltsas, Athanasios
    Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη για την εκτίμηση της εναπομείνασας ωφέλιμης ζωής εδράνου κύλισης πάνω σε άξονα μέσω σημάτων ταλαντώσεων και στατιστικής μεθόδου χρονοσειρών βασιζόμενης σε Συναρτησιακά Σωρευμένα μοντέλα (Functionally Pooled - FP). Το έδρανο (ρουλεμάν) διπλής σειράς με ονομασία «Rexnord ZA-2115» καταπονήθηκε από ένα ακτινικό φορτίο 27 (kN) υπό κανονικές και περιβαλλοντικές συνθήκες λειτουργίας σε ένα διάστημα 7 ημερών, από 12 έως 19 Φεβρουαρίου 2004. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν βασίζονται σε καταγεγραμμένα σήματα από ένα επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο κέλυφος του ρουλεμάν το οποίο κατέγραφε με συχνότητα δειγματοληψίας f_s=20 kHz. Tα διαθέσιμα σήματα ήταν 984 και χωρίστηκαν σε 4 παρτίδες οι οποίες αντιστοιχούν σε 4 προσομοιωμένα πειράματα/τεχνητούς κύκλους ζωής του μελετώμενου ρουλεμάν, με τον καθένα να αποτελείται από 246 σήματα και να αντιστοιχεί σε διαφορετικό σύνολο ωρών λειτουργίας. Ο διαχωρισμός αυτός των σημάτων αποσκοπεί στο να διερευνηθεί η δυνατότητα εκτίμησης εναπομείνασας ζωής για διαφορετικό εύρος συνολικού χρόνου λειτουργίας του εξαρτήματος, δηλαδή σε περιπτώσεις που αυτό προσεγγίζει ταχύτερα το τέλος της ωφέλιμης ζωής του, ήτοι η εξέλιξη της βλάβης είναι ταχύτερη. Οι στόχοι της παρούσας εργασίας είναι η κατάλληλη διαμόρφωση μεθόδου βασισμένης σε FP μοντέλα για την αποτελεσματική και πλήρη μοντελοποίηση της δυναμικής του ρουλεμάν για όλο το διάστημα ζωής του και μέσω αυτής, η επίτευξη ακριβούς εκτίμησης εναπομείνασας ωφέλιμης ζωής για όλους τους διαφορετικούς κύκλους ζωής, χρησιμοποιώντας έναν ελάχιστο αριθμό δεδομένων για την εκπαίδευση της μεθόδου. Συγκεκριμένα, η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, βασίστηκε σε FP μοντέλα Αυτοπαλινδρόμησης (FP-AR) της τάξης na=91 και με συναρτησιακή βάση διάστασης p=6, τα οποία κατάφεραν να αναπαραστήσουν επιτυχώς τη δυναμική του ρουλεμάν ως προς τις ώρες λειτουργίας του, όπως διαπιστώθηκε από τους ελέγχους εγκυρότητας βάσει των υπολοίπων του μοντέλου και φασματικών συγκρίσεων. Η εκτίμηση του υπολειπόμενου χρόνου ζωής του ρουλεμάν εκκινεί τη στιγμή που το σύστημα εισέρχεται στην υποβαθμισμένη κατάσταση, η οποία εντοπίζεται μέσω ενός στατιστικού ελέγχου βάσει του φάσματος επιτάχυνσης. Η ανίχνευση της υποβάθμισης επιτυγχάνεται έγκαιρα και συγκεκριμένα πριν από το μισό του συνολικού χρόνου ζωής, ενώ η εκτίμηση της εναπομείνασας ζωής μέσω της μεθόδου βασισμένης σε Συναρτησιακά Σωρευμένα μοντέλα είναι εξαιρετική, με μόλις 0.5% ποσοστό απόκλισης από τον πραγματικό χρόνο εναπομείνασας ζωής, χρησιμοποιώντας μόνο 82 σήματα για την εκπαίδευσή της. Η υπεροχή της προτεινόμενης μεθόδου σε σχέση με την υπάρχουσα σχετική βιβλιογραφία επιβεβαιώνεται μέσω συγκρίσεων με το εκθετικό μοντέλο υποβάθμισης Wiener το οποίο βασίζεται σε χαρακτηριστικές ποσότητες στο πεδίο συχνοτήτων και χρόνου, οι οποίες αδυνατούν να περιγράψουν επαρκώς τη δυναμική του ρουλεμάν για όλους τους κύκλους ζωής. Η βέλτιστη επίδοση του μοντέλου Wiener αγγίζει το 1.1% ποσοστό απόκλισης από τον πραγματικό χρόνο εναπομείνασας ζωής το οποίο ξεπερνά το εξαιρετικό 0.5% που επιτυγχάνει η προτεινόμενη μέθοδος. Τέλος, τα αποτελέσματα της εργασίας επιβεβαιώνουν τη δυνατότητα της εφαρμογής της προτεινόμενης μεθόδου για την προγνωστική σε ρουλεμάν, ενισχύοντας την κατεύθυνση της προβλεπτικής συντήρησης η οποία συνεπάγεται λιγότερες ανεπιθύμητες διακοπές κανονικής λειτουργίας του ρουλεμάν και επομένως μειωμένα κόστη.
  • ItemOpen Access
    Random vibration response based robust structural health monitoring on a composite wing-shaped structure via multiple model methods
    (2024-03-08) Κακολύρης, Γεώργιος; Kakolyris, Georgios
    Composite materials are being increasingly integrated into industrial applications, particularly within aerostructures, due to their outstanding mechanical properties and light weight. The issue of early damage diagnosis is important for them as damage growth may lead to unpredictable consequences. In this context, random vibration based SHM has gained considerable importance as it may operate under normal structural operation and naturally provided excitation. Yet, a main problem that has, thus far, inhibited wide adoption is its sensitivity to Environmental and Operating Conditions (EOCs). This study aims at systematically addressing this problem for a lightweight wing-shaped composite structure subject to three types of early damage scenarios: Delamination, interface debonding, and through-the-thickness indentation. The study is based on a Finite Element based simulation model under random force excitation, with the operating temperature varying within the [-10,+20]℃ range. This variation affects both the material elastic properties and damping, thus rendering early damage detection challenging. Delamination and through-the-thickness indentation are modeled via layer stiffness degradation, while interface debonding is modeled by adding extra zero-stiffness and low-height layers. The considered damages are of two distinct severities: ‘Low’ affecting a small area (0.8% of the structure), and ‘High’ affecting a larger area (1.6% of the structure). Three robust data-based SHM methods, all utilizing single-strain-response signals, are employed. They are all founded upon the Multiple Model (MM) concept and include the Power Spectral Density (MM-PSD method), the AutoRegressive parameter vector (MM-AR method), and a Principal Component Analysis transformed and reduced version (MM-PCA-AR method). The study is comprehensive, based on hundreds of Monte Carlo simulations under numerous temperatures. Various aspects of the methods are systematically examined, such as the number of Training Experiments and SHM performance under operating temperatures different from those used in the training. Damage detection is found to be quite good even for ‘Low-level’ damage scenarios, reaching a very high (96.1%) True Positive Rate for a low (5%) False Positive Rate for the MM-AR and MM-PCA-AR methods. The performance for damage characterization is also very good, reaching an overall accuracy of 86.8% for the MM-AR method.
  • ItemOpen Access
    Πειραματική διερεύνηση του μη αντιδρώντος τυρβώδους ροϊκού πεδίου σε διάταξη αεροδυναμικής σταθεροποίησης διαστρωματωμένων φλογών αερίων καυσίμων
    (2024-03-06) Κεφαλάς, Μάριος Ιωάννης; Kefalas, Marios Ioannis
    Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η πειραματική εγκατάσταση και οι μετρητικές μεθοδολογίες για την μελέτη του ισόθερμο ροϊκού πεδίου κατάντη διάταξης ομοαξονικών ροών υψηλού λόγου ταχυτήτων, με χρήση της Ταχυμετρίας Απεικόνισης Σωματιδίων (PIV). Η συγκεκριμένη εγκατάσταση, αεροδυναμικής σταθεροποίησης διαστρωματωμένων φλογών, αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Τεχνικής Θερμοδυναμικής και εφαρμογών στατιστικής μηχανικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αρχικά, παρουσιάζεται η μεθοδολογία PIV και μία σύντομη ιστορική αναδρομή για τις γενικότερες χρήσεις της στην επιστήμη. Εν συνεχεία, γίνεται μία σύντομη αναφορά στην θεωρία καύσης. Στη συνέχεια, αναλύεται το κομμάτι της τυρβώδους ροής και των ενεργειακών κλιμάκων της τύρβης αλλά και η βασική θεωρία των ομοαξονικών ροών με ή χωρίς ανακυκλοφορία. Επιπλέον, παρουσιάζεται η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε αλλά και τα μέσα με την βοήθεια των οποίων πραγματοποιήθηκε η εξαγωγή των αποτελεσμάτων. Επίσης, παρατίθεται και η μεθοδολογία ανάλυσης των αβεβαιοτήτων που σχετίζονται με τη συγκεκριμένη μεθοδολογία μέτρησης του πεδίου ταχυτήτων. Τέλος, γίνεται η εξαγωγή των αποτελεσμάτων του πειράματος που έχουν να κάνουν με τα προφίλ ταχυτήτων, την ένταση της τύρβης αλλά και την αβεβαιότητα της μεθόδου PIV.
  • ItemOpen Access
    Σχεδιασμός κυψέλης καυσίμου υδρογόνου για αυτοκίνηση
    (2024-03-01) Μίγκλης, Βασίλειος; Migklis, Vasileios
    Η περιβαλλοντική καταστροφή καθώς και κλιματική κρίση κλιμακώνεται όλο ένα με ταχύτατους ρυθμούς, παγκοσμίως, οδηγώντας τόσο τον επιστημονικό κλάδο όσο και τους απλούς πολίτες να αναρωτιούνται αν υπάρχει άλλη πιο βιώσιμη και συγχρόνως αποδοτική εναλλακτική. Με τα προηγούμενα ως κίνητρα, εκπονήθηκε η παρούσα διπλωματική εργασία κατά την οποία προβάλλεται η πεποίθηση του συγγραφέα της, πως τέτοια λύση υπάρχει και προσφέρεται μέσω της πράσινης υδρογονοκίνησης. Έτσι, παρουσιάζοντας ότι η χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας δεν αποτελεί πανάκεια, υπογραμμίζεται πως αναγκαίος συνδετικός κρίκος ώστε να καταστήσει τις Α.Π.Ε. διαχειρίσιμες και αποδοτικές είναι η παραγωγή, μέσω αυτών, πράσινου καθαρού υδρογόνου. Το υδρογόνο ήδη χρησιμοποιείται από διαφόρους κλάδους λόγω των εξαιρετικά σπάνιων ιδιοτήτων που προσφέρει, με την επιστημονική κοινότητα να το κατατάσσει μελλοντικά σε έναν από τους κύριους ενεργειακούς μεταφορείς. Οι κυψέλες καυσίμου (FCs) είναι μεταξύ των βασικών τεχνολογιών στις οποίες θα πρέπει να βασιστεί η Ευρώπη προκειμένου να συμμορφωθεί με τους πιο πρόσφατους περιβαλλοντικούς στόχους που εμπνέονται από την απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές και την κυκλική οικονομία. Η τεχνολογία των κυψελών καυσίμου έχει στο προσκήνιο με την υπόσχεση καθαρότερης, απαλλαγμένη από ρύπους, και αποδοτικότερης ενέργειας. Η αξιολόγηση των πλεονεκτημάτων από τη χρήση FCs για την παραγωγή ενέργειας σε σύγκριση με τις μηχανές εσωτερικής καύσης και την ηλεκτροκίνηση (συστοιχίες ηλεκτρικών συσσωρευτών) είναι ικανή και αναγκαία στο να στρέψει όλα τα βλέμματα της επιστημονικής και επενδυτικής κοινότητας προς την σταδιακή απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και τον συνδυασμό Α.Π.Ε. για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου προς χρήση. Στην εργασία αυτή γίνονται εκτενείς αναφορές σχετικά με την ιστορική διαδρομή των κυψελών καυσίμου υδρογόνου, προβάλλοντας ταυτοχρόνως και την θεωρία λειτουργίας πίσω από το κύτταρο μιας κυψέλης καυσίμου υδρογόνου με πολυμερική μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων. Επιπροσθέτως, το τεχνολογικό ζητούμενο που ερευνά αυτή η εργασία είναι οι διαφοροποιήσεις που επιφέρουν διαφορετικού τύποι γεωμετρίες καναλιών στην λειτουργία μιας κυψέλης καυσίμου P.E.M.. Έτσι, με την χρήση των λοιμικών CATIA V5 και Ansys 2023_R2, δημιουργήθηκαν γεωμετρίες τριών διαφορετικών τύπων κατά των οποίων διερευνήθηκαν σειρές από προσομοιώσεις ώστε να αποδοθεί η κατάλληλη πιστοποίηση και να προσκομιστούν τα αποτελέσματα προς σύγκριση για την διεξαγωγή αξιόπιστων συμπερασμάτων.
  • ItemOpen Access
    Διάγνωση βλαβών σε πλωτές ανεμογεννήτριες βάσει προηγμένων μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης και μηχανικής μάθησης και μετρήσεων σημάτων ταλάντωσης υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας
    (2024-03-11) Κωνσταντίνου, Ξενοφών; Konstatinou, Xenophon
    Η κλιμακούμενη ανάπτυξη υπεράκτιων ανεμογεννητριών απαιτεί αυστηρές στρατηγικές παρακολούθησης και συντήρησης για την διασφάλιση της επιτυχούς και αδιάκοπης λειτουργίας τους. Η διαρκής παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας (Structural Health Monitoring, SHM) των πλωτών ανεμογεννητριών, συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας ανίχνευσης βλαβών αποτελεί ένα σύνθετο και πολυδιάστατο πρόβλημα, λόγω της θέσης αυτών σε δυναμικά θαλάσσια περιβάλλοντα, με μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας οι οποίες συχνά αποκρύπτουν την επιρροή των εμφανιζόμενων βλαβών, γεγονός που δυσκολεύει ακόμη περισσότερο την διαδικασία. Για την επίτευξη, λοιπόν, αυτού του σκοπού επικαλούνται εύρωστες τεχνικές και μέθοδοι μηχανικής μάθησης, εστιάζοντας στην ικανότητα τους να υπερνικήσουν αυτές τις προκλήσεις και να ανταποκριθούν στο εκάστοτε πρόβλημα, ενώ ταυτόχρονα αποτελούν μια ελκυστική προσέγγιση λόγω του χαμηλού κόστους και της αυτοματοποίησης που προσφέρουν, έναντι εναλλακτικών τακτικών που απαιτούν τον επί τόπου έλεγχο από έμπειρο προσωπικό. Σε ένα παρόμοιο πλαίσιο, η παρούσα εργασία, εστιάζει στην ανίχνευση βλαβών χρήσει σημάτων ταλάντωσης, στο σύστημα πρόσδεσης (αλυσίδα) της ημι-βυθιζόμενης πλωτής ανεμογεννήτριας 5MW CSC Floating Offshore Wind Turbine (FOWT), υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας ταχύτητας ανέμου και ύψους κύματος, δίνοντας παράλληλα έμφαση στον αριθμό των χρησιμοποιούμενων αισθητηρίων και πειραμάτων κατά την εκπαίδευση . Οι μέθοδοι που αξιοποιούνται βασίζονται σε προηγμένα νευρωνικά δίκτυα (Neural Networks) καθώς και μεθόδους στατιστικών χρονοσειρών (Statistical Time Series, STS). Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται δύο ξεχωριστές αρχιτεκτονικές νευρωνικών δικτύων που επικαλούνται Long Short-Term Memory (LSTM) νευρώνες, ένα μοντέλο εποπτευόμενης ταξινόμησης που χρησιμοποιεί την SOFTMAX συνάρτηση ενεργοποίησης για την ανίχνευση των βλαβών επονομαζόμενο ως S-LSTM-SOFTMAX, καθώς και ένα ημι-εποπτευόμενο μοντέλο παλινδρόμησης που αξιοποιεί το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (Root Mean Square Error, RMSE) για την επίτευξη του ίδιου σκοπού το SS-LSTM-RMSE. Αντιστοίχως, οι μέθοδοι στατιστικών χρονοσειρών βασίζονται σε πολλαπλά μοντέλα (Multiple Models, MM) για την αναπαράσταση της υγιούς δυναμικής της FOWT, υπό διάφορες συνθήκες λειτουργίας χρήσει διανυσματικών ή βαθμωτών μοντέλων αυτοπαλινδρόμησης (AutoRegressive, AR) και αξιοποιούνται σε ένα μη εποπτευόμενο (Unsupervised) καθώς και σε ένα ημι-εποπτευόμενο (Semi-Supervised) πλαίσιο, ενώ αντιστοίχως ορίζονται ως U-MM-(V)AR και SS-MM-(V)AR. Οι υπερπαράμετροι των νευρωνικών δικτύων καθώς και της μεθόδου SS-MM-(V)AR, επιλέγονται στη φάση εκπαίδευσης μέσω του Bayesian αλγορίθμου βελτιστοποίησης ελαχιστοποιώντας την ακρίβεια ταξινόμησης, ενώ τυπικά κριτήρια αναγνώρισης του συστήματος χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της τάξης του μοντέλου για τη μέθοδο U-MM-(V)AR. Τα σήματα ταλάντωσης λαμβάνονται από πολυάριθμες προσομοιώσεις Monte Carlo χρήσει του μοντέλου της ημι βυθιζόμενης πλωτής ανεμογεννήτριας 5MW-CSC, μέσω του λογισμικού SIMA. Οι προσομοιώσεις λαμβάνονται για διαφορετικές ταχύτητες ανέμου που κυμαίνονται από 7m/s έως 12m/s κατά αντίστοιχα ύψη κύματος, ενώ εννέα διαφορετικά σενάρια βλάβης εφαρμόζονται ως μείωσης της δυσκαμψίας κατά μήκος της αλυσίδας πρόσδεσης από 10% έως 50%. Τα αποτελέσματα της ανίχνευσης αναδεικνύουν την εκπληκτική απόδοση των μεθόδων βασισμένες στα ΜΜ μοντέλα, ειδικά της U-MM-(V)AR επιτυγχάνοντας 100% ορθή ανίχνευση (True Positive Rate, TPR) έναντι 0% ψευδοσυναγερμών (False Positive Rate, FPR) χρησιμοποιώντας μόνο 9 σήματα για την εκπαίδευση από έναν μοναδικό αισθητήρα. Η μέθοδος SS-LSTM-RMSE επιτυγχάνει την ίδια απόδοση αξιοποιώντας μόνο ένα επιπλέον επιταχυνσιόμετρο και 26 σήματα για την εκπαίδευσή της, ενώ η μέθοδος S-LSTM-SOFTMAX απαιτεί 216 σήματα για την ίδια απόδοση χρήσει δύο αισθητηρίων. Αξίζει, επίσης, να σημειωθεί πως οι μέθοδοι βασιζόμενοι στα νευρωνικά δίκτυα χαρακτηρίζονται από υψηλότερο χρόνο εκπαίδευσης και υπολογιστικό κόστος, ενώ εμφανίζουν και 5 μεγαλύτερη ευαισθησία ως προς τις υπερπαραμέτρους, γεγονός που διακυβεύει την απόδοση και αναπαραγωγιμότητα των μοντέλων
  • ItemOpen Access
    Πειραματική διερεύνηση πεδίου καύσης σε πρωτεύουσα ζώνη σταθεροποίησης φλόγας υπό την επίδραση στροβιλιζόμενου ρεύματος αέρα
    (2024-03-06) Πετράκης, Στυλιανός; Petrakis, Stylianos
    Στην παρούσα διπλωματική εργασία ερευνάται η αλληλεπίδραση μιας αξονοσυμμετρικής, σταθεροποιημένης, επί στερεού σώματος, πρωτεύουσας ζώνης καύσης, η οποία λειτουργεί υπό συνθήκες διαστρωματωμένου μείγματος, με ένα δευτερεύον έκκεντρο, ομοαξονικό, στροβιλιζόμενο δακτυλιοειδές ρεύμα αέρα. Ο καυστήρας αποτελείται από δύο κοιλότητες οι οποίες διαμορφώνονται από τρεις ομόκεντρους και αξονικά συμμετρικούς δίσκους. Τα κέντρα των δίσκων είναι συνδεδεμένα κατά μήκος του άξονά τους με ένα σωλήνα, από τον οποίο γίνεται η έγχυση του φυσικού αερίου στη πρώτη κοιλότητα διαμέσου δακτυλιοειδούς εγκοπής στο δεύτερο δίσκο. Η δεύτερη κοιλότητα συμβάλει στην ενίσχυση της ανάμειξη του μείγματος καυσίμου/αέρα και τροφοδοτεί την περιοχής της σταθεροποίησης της φλόγας, η οποία βρίσκεται στην άλλη πλευρά του σταθεροποιητικού δίσκου. Η περιοχή της σταθεροποίησης της φλόγας περιβάλλεται από μία ομοαξονική στροβιλοειδή ροή και από ένα συρρέον εξωτερικό δακτυλιοειδές ρεύμα αέρα. Αυτή η διαμόρφωση οδηγεί στη δημιουργία δύο επάλληλων ζωνών ανακυκλοφορίας, οι οποίες αλληλοεπιδρούν αεροδυναμικά μεταξύ τους. Μία αρχική ζώνη ανακυκλοφορίας άνω του φλογοσταθεροποιητή και μία δεύτερη Κεντρική Δακτυλιοειδής Ζώνη Ανακυκλοφορίας [ΚΔΖΑ] η οποία βρίσκεται άνω της πρώτης. Αυτή προκαλείται από την εισαγωγή του στροβιλισμού και είναι υπεύθυνη για την περεταίρω ανάμιξη των κύριων προϊόντων της καύσης. Η καινοτομία της διάταξης αυτής είναι στην τοποθεσία εισαγωγής του στροβιλισμού, που βρίσκεται στην περιοχή των καυσαερίων, και όχι στην περιοχή αγκίστρωσης της φλόγας, που είναι το σύνηθες. Η πειραματική διερεύνηση αυτού του συστήματος χωρίζεται σε τρεις ενότητες, στη μελέτη του ισόθερμου πεδίου με χρήση ταχυμμετρίας απεικόνισης σωματιδίων (PIV), του πεδίου ανάμειξης με χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματσισμό Fourier (FTIR) και του αντιδρώντος πεδίου με χρήση PIV, απεικόνισης εκπεμπόμενης χημειοφωταύγειας και μέτρηση θερμοκρασιών. Η μελέτη αυτή ξεκίνησε από τις πιο απλές περιπτώσεις, και προχώρησε σταδιακά στην εισαγωγή του στροβιλισμού και στη συνέχεια του εξωτερικού ρυθμιστικού ρεύματος αέρα. Τέλος η μελέτη του αντιδρώντος πεδίου έγινε για δύο περιπτώσεις, φτωχού και πλούσιου μείγματος.