Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13890
Title: Θραυστομηχανική ανάλυση για τη διάδοση αποκόλλησης μεταξύ των στρώσεων σε πολύστρωτες κατασκευές από σύνθετα υλικά με εφαρμογή κλειστής-μορφής λύσεων για τη μοντελοποίηση της συνεκτικής ζώνης
Other Titles: Analysis of the propagation of interlaminar damage in composite structures using the application of closed-form solutions of the cohesive zone modeling
Authors: Ζυγούρης, Ιωάννης
Keywords: Σύνθετα υλικά
Διαστρωματική αποκόλληση
Κλειστές μορφές λύσεων
Συνεκτική ζώνη
Συνεκτικός νόμος
Keywords (translated): Delamination
Closed-form solutions
Cohesive zone
Composite materials
Cohesive law
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στην λεπτομερή περιγραφή και μοντελοποίηση του φαινομένου της διάδοσης μιας διαστρωματικής αποκόλλησης σε πολύστρωτες κατασκευές από σύνθετα υλικά με την εφαρμογή κλειστών-μορφών λύσεων, οι οποίες περιγράφουν την συνεκτική ζώνη. Αρχικά, γίνεται μία αναφορά στα πολύστρωτα σύνθετα υλικά και τα πλεονεκτήματα τους καθώς και τις πιθανές εφαρμογές τους σε διάφορους κλάδους της βιομηχανίας όπως για παράδειγμα στην αεροπορική βιομηχανία, στην αυτοκινητοβιομηχανία κ.α. Έπειτα, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της μηχανικής πολύστρωτων πλακών (CLT) για τον υπολογισμό του συνολικού μητρώου δυσκαμψίας της πολύστρωτης πλάκας ABD και ορίζεται η κύρια συνθήκη για την διάδοση μίας διαστρωματικής αποκόλλησης. Παρουσιάζονται κάποιες βασικές θεωρήσεις για την μοντελοποίηση της συνεκτικής ζώνης καθώς επίσης επεξηγείται αναλυτικά ο διγραμμικός συνεκτικός νόμος έλξεων-διαχωρισμού. Δίνεται μία αναφορά στην μοντελοποίηση της συνεκτικής ζώνης με συνεκτικά πεπερασμένα στοιχεία και στα μεγέθη που απαιτούνται για την συγκεκριμένη μέθοδο. Ύστερα, επεξηγείται λεπτομερώς το κύριο θέμα της εργασίας καθώς δίνονται οι αναλυτικές λύσεις και η τεχνική για την μοντελοποίηση της συνεκτικής ζώνης (CZM) ανάμεσα στην διεπιφάνεια των στρώσεων μιας πλάκας για το πείραμα Double-Cantilever Beam (DCB), τo οποίo αντικατοπτρίζει την αστοχία μιας πολύστρωτης πλάκας σε τύπο αστοχίας Ι. Δίνεται ο αλγόριθμος που θα πρέπει να πραγματοποιηθεί για την μοντελοποίηση του συγκεκριμένου πειράματος. Δημιουργείται το μοντέλο προσομοίωσης του φαινομένου της διάδοσης της διαστρωματικής αποκόλλησης σύμφωνα με τον αλγόριθμο σε υπολογιστικό περιβάλλον MATLAB για το πείραμα DCB και παρουσιάζονται διαγραμματικά αποτελέσματα των πειραμάτων όπως η καμπύλη φορτίου – ανοίγματος του άκρου του δοκιμίου που χαρακτηρίζει την ανάπτυξη της διαστρωματικής αποκόλλησης, η καμπύλη φορτίου αστοχίας–μήκους ρωγμής και η συμπεριφορά της ζώνης χαλάρωσης όσο διαδίδεται η αποκόλληση στο υλικό. Επιπλέον πραγματοποιούνται κάποιες παραμετρικές μελέτες με εναλλαγή κάποιων βασικών μεγεθών όπως ο κρίσιμος ρυθμός έκλυσης ενέργειας, η διαστρωματική αντοχή της πολύστρωτης πλάκας και η μορφή του διγραμμικού νόμου που επηρεάζουν άμεσα τα αποτελέσματα. Τέλος, παρουσιάζονται οι συμπερασματικές παρατηρήσεις για την συγκεκριμένη μέθοδο, όπως και κάποιες προτάσεις για μελλοντική έρευνα στον συγκεκριμένο τομέα.
Abstract (translated): The present diploma thesis aims at the detailed description and modeling of the phenomenon of the propagation of a layered structure made of composite materials by applying closed - form solutions, which describe the cohesive zone. Reference is made to the multi-layered composite materials and their advantages as well as their possible applications in various branches of industry such as for example in the aviation industry, in the automotive industry etc. Also, a reference is made to the basic principles of fracture mechanics in composite materials and to the Classical Laminate Theory (CLT) and the basic criterion for the propagation of a delamination is explained. Some basic considerations for the modelling of the cohesive zone are presented as well as a detailed explanation of the bilinear cohesive law of traction-separation. A reference shall be made to the modelling of the cohesive zone with cohesive finite elements and to the important values required for this method. Next, the main subject of the thesis is explained. The closed-form solutions for the modeling of the cohesive zone between the interface of the plies in a multi-layered laminate are also given in a specific experiments, in the Double-Cantilever Beam test (DCB) which reflect the failure of a multi layer laminate in mode I. The algorithm that should be performed for the specific test, is given. DCB experiment is modeled according to the algorithm, in MATLAB computing environment and graphical results of the test are presented such as the load - edge opening curve of the specimen which is an invaluable graphical result for the growth of the delamination, the failure load - crack length curve and the behavior of the softening zone as the delamination propagates through the material . Also, a parametric study is conducted for some variables such as the critical energy release rate, the interlaminar-interfacial strength of the laminate and the form of the bilinear cohesive law that influence the results. Finally, the concluding remarks for this method and some suggestions for future research are presented.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_ZYGOURIS_IOANNIS_1047309.pdf5.78 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.