Search Results

Now showing 1 - 10 of 133
Thumbnail Image
Item

Σύνθεση και πειραματικός χαρακτηρισμός ρητίνης βιολογικής βάσης ενισχυμένης με νανοφύλλα γραφενίου

, Λαγκούση, Σωτηρία Δήμητρα, Lagkousi, Sotiria Dimitra

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μία μελέτη της επίδρασης της ενίσχυσης μίας ρητίνης βιολογικής βάσης με νανοφύλλα γραφενίου (Graphene Nanoplatelets – GNPs). Το γραφένιο είναι γνωστό για τις ιδιαίτερα υψηλές μηχανικές του ιδιότητες και ειδικά για το μέτρο ελαστικότητας (~1 TPa) και την αντοχή θραύσης (~130 GPa) και έχει επιβεβαιωθεί επανειλλημένως η ευεργετική του επίδραση στις ιδιότητες μίας πολυμερικής μήτρας. Ωστόσο, απαραίτητη προϋπόθεση για την αναβάθμιση των ιδιοτήτων του συνθέτου είναι η συμβατότητα μήτρας και ενίσχυσης και η σωστή διαδικασία παρασκευής, καθώς σε αντίθετη περίπτωση υπάρχει περίπτωση υποβάθμισης των τελικών ιδιοτήτων. Έτσι, στην παρούσα εργασία, γίνεται σύνθεση του υλικού και πειραματική μελέτη της μεταβολής των μηχανικών ιδιοτήτων της ρητίνης μέσω πειραμάτων εφελκυσμού και δυσθραυστότητας με σκοπό την εξαγωγή αποτελεσμάτων σχετικά με τη συμβατότητα των δύο υλικών, την ορθότητα της διαδικασίας παρασκευής και την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση της διαδικασίας παρασκευής των δοκιμίων απλής και ενισχυμένης ρητίνης και στη συνέχεια ακολουθεί παρουσίαση των πειραματικών διαδικασιών και αποτελεσμάτων. Μέσω των πειραμάτων εφελκυσμού εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση της ενίσχυσης στο μέτρο ελαστικότητας και την αντοχή και παραμόρφωσης θραύσης του υλικού για περιεκτικότητες 0.5%, 2% και 3%. Αντίστοιχα, μέσω των πειραμάτων δυσθραυστότητας κάμψης τριών σημείων εξάγονται συμπέρασματα σχετικά με τη μεταβολή της δυσθραυστότητας του υλικού και της ενέργειας παραμόρφωσης κατά τη θραύση για περιεκτικότητες 0.5%, 1% και 2%. Στη συνέχεια, γίνεται σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων του εφελκυσμού με αποτελέσματα που προέκυψαν για το υλικό μέσω μοντελοποίησης, ενώ ακολούθως γίνεται και έλεγχος της καταλληλότητας της ρητίνης ως κόλλα σε δομικές ή διακοσμητικές εφαρμογές μέσω σύγκρισης με ιδιότητες συμβατικών κολλών αναφοράς. Τέλος, γίνεται ανάλυση του κύκλου ζωής της ρητίνης και σύγκριση έξι δεικτών περιβαλλοντικής της επίπτωσης με τους αντίστοιχους δείκτες μίας συμβατικής ρητίνης για την αξιολόγηση του περιβαλλοντικού κόστους της ρητίνης βιολογικής βάσης.

Thumbnail Image
Item

Διερεύνηση παραμένουσας αξονικής ικανότητας υποστυλωμάτων Ο/Σ μεγάλου λόγου πλευρών περισφιγμένων με ινοπλισμένα πολυμερή μετά την έκθεσή τους σε πυρκαγιά

, Γκότσης, Κωνσταντίνος, Τριανταφύλλου, Αθανάσιος, Τριανταφύλλου, Αθανάσιος, Μπούσιας, Ευστάθιος, Παπανικολάου, Αικατερίνη, Gkotsis, Konstantinos

Τα τελευταία είκοσι περίπου χρόνια, η χρήση ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ) τυγχάνει ευρείας εφα-ρμογής τόσο στον τομέα των επισκευών/ενισχύσεων όσο και στον τομέα αντισεισμικής αναβάθμισης υφιστάμενων κατασκευών από Ο/Σ. Παρόλο που σε περιπτώσεις όπου η πιθανότητα πυρκαγιάς είναι μικρή, η επιλογή των σύνθετων υλικών ως μεθόδου ενίσχυσης γίνεται πλέον σχεδόν τυφλά από τους περισσότερους Μηχανικούς, σε περίπτωση όπου η πυρκαγιά αποτελεί βασική απαίτηση του γενικό-τερου σχεδιασμού, η χρήση τους περιορίζεται, εξαιτίας της ελάχιστης διαθέσιμης γνώσης όσον αφορά τη συμπεριφορά τους υπό υψηλές θερμοκρασίες. Δικαιολογημένα λοιπόν, γεννώνται προβληματισμοί για το εάν μια ξαφνική απώλεια του μανδύα υπό συνθήκες πυρκαγιάς ενδέχεται να θέσει σε κίνδυνο τη δομική ακεραιότητα της κατασκευής. Για αυτό το λόγο, επιβάλλεται περαιτέρω μελέτη της συμπεριφοράς των ΙΟΠ υπό υψηλές θερμοκρασίες προτού να πιστοποιηθεί η ασφαλής χρήση τους σε κατασκευές/οικίες όπου η πιθανότητα πυρκαγιάς είναι αυξημένη. Σε μία προσπάθεια εμπλουτισμού της διαθέσιμης γνώσης, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα δοκιμής πυρός σε πέντε υποστυλώματα Ο/Σ μεγάλου λόγου πλευρών. Τέσσερα από τα υποστυλώματα είχαν λόγο πλευρών 3 και ενισχύθηκαν με μανδύα αποτελούμενο από δύο στρώσεις εμποτισμένου υφάσματος ινών άνθρακα (CFRP). Μετά την ενίσχυση, ακολούθησε η εφαρμογή ενός διαφορετικού συστήματος πυροπροστασίας σε τρία από αυτά ενώ ένα υποστύλωμα υποβλήθηκε στη δοκιμή δίχως κανένα είδος πυροπροστασίας. Το πέμπτο υποστύλωμα ήταν ένα μη ενισχυμένο υποστύλωμα Ο/Σ με λόγο πλευρών 4 και δεν έλαβε κανένα είδος πυροπροστασίας. Όλα τα υποστυλώματα υποβλήθηκαν σε δοκιμή πυρός διάρκειας 60 λεπτών σύμφωνα με το πρότυπο ISO 834 και εν συνεχεία σε δοκιμή κεντρικής μονοαξονικής θλίψης. Αντικειμενικός στόχος των δοκιμών ήταν να διερευνηθεί η παραμένουσα αξονική ικανότητα των υποστυλωμάτων. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε επίσης δοκιμές εφελκυσμού σε κουπόνια ΙΟΠ που είχαν εμφυτευθεί εσωτερικά του κάθε συστήματος πυροπροστασίας. Στόχος ήταν να αξιολογηθεί ο βαθμός προστασίας που παρείχε το κάθε σύστημα ως προς τη διατήρηση της εφελκυστικής αντοχής του μανδύα. Στις σελίδες της παρούσας διατριβής παρουσιάζεται και ένα νέο προσομοίωμα περίσφιγξης το οποίο είναι έγκυρο για εφαρμογή σε υποστυλώματα με κυκλική, τετράγωνη και ορθογωνική διατομή πού έχουν περισφιχθεί με δύο στρώσεις μανδύα από CFRP. Στο τέλος της διατριβής, παρουσιάζεται μία αναλυτική προσέγγιση για την εκτίμηση της παραμένουσας αξονικής ικανότητας ενισχυμένων υποστυλωμάτων Ο/Σ μετά την έκθεση τους σε πυρκαγιά. Οι αναλυτικές προβλέψεις παρουσιάζουν πολύ καλή σύγκλιση με τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις.

Thumbnail Image
Item

Νέα υλικά ανόδου κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (sofc) - παρασκευή, χαρακτηρισμός και έλεγχος ιδιοτήτων

2008-04-07T07:48:02Z, Μαντζούρης, Ξενοφών, Νικολόπουλος, Παναγιώτης, Νικολόπουλος, Παναγιώτης, Βαγενάς, Κωνσταντίνος, Κουτσούκος, Πέτρος, Μπέμπελης, Συμεών, Ραπακούλιας, Δημήτριος, Φτίκος, Χρήστος, Mantzouris, Xenofon

Στα πλαίσια της αναζήτησης νέων μεθόδων παραγωγής ενέργειας υψηλής απόδοσης και φιλικής προς το περιβάλλον, ένα μεγάλο μέρος των ερευνητικών δραστηριοτήτων σε διεθνή κλίμακα έχει στραφεί στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη, SOFCs (Solid Oxide Fuel Cells). Ένα από τα μειονεκτήματα που εμφανίζονται κατά την μακρόχρονη λειτουργία ενός ‘state of the art’ κελιού καυσίμου αποτελούμενο από Ni/8YSZ (8 mol% Y2O3 stabilized ZrO2) κεραμομεταλλικό (άνοδος) - 8YSZ (ηλεκτρολύτης) - (La,Sr)MnO3 περοβσκίτη (κάθοδος) - LaCrO3 περοβσκίτη (συνδέτης) είναι η υποβάθμιση της απόδοσής του, η οποία μεταξύ άλλων οφείλεται στην αστάθεια της μικροδομής του κεραμομεταλλικού ηλεκτροδίου της ανόδου στις υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας του, λόγω συσσωμάτωσης της μεταλλικής φάσης. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη νέων υλικών με σκοπό την εφαρμογή τους ως ανοδικά ηλεκτρόδια σε κελιά καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη τόσο υψηλών (High Temperature SOFCs, 800-1000oC) όσο και μέσων θερμοκρασιών (Intermediate Temperature SOFCs, 650-800oC). Για το σκοπό αυτό και όσον αφορά τα HT-SOFCs παρασκευάσθηκαν, χαρακτηρίσθηκαν και ελέγχθηκαν οι ιδιότητες μικτών κεραμικών οξειδίων επιλεγμένων συνθέσεων των τριμερών συστημάτων Y2O3-ZrO2-TiO2 (YZT), Y2O3-ZrO2-Nb2O5 (YZN) και Y2O3-ZrO2-CeO2 (YZC) σε σύγκριση με το κεραμικό 8YSZ, ενώ έπειτα από την εξαγωγή των αποτελεσμάτων η έρευνα εστιάσθηκε στα κεραμομεταλλικά υλικά του συστήματος Ni/YZT με προσθήκη 30, 40 και 45 vol% Ni. Tα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα Ni/YZT κεραμομεταλλικά συστήματα παρουσιάζουν βελτιωμένη μηχανική συμβατότητα με το στερεό ηλεκτρολύτη. Ο μεταλλογραφικός έλεγχος σε συνδυασμό με ανάλυση εικόνας έδειξε ότι η μικροδομή τους παραμένει σταθερή διατηρώντας τις τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας πρακτικά αμετάβλητες μετά από μακροχρόνια έκθεση (1000 h) σε αναγωγική ατμόσφαιρα (Ar/4%H2). Η εν λόγω συμπεριφορά παρουσιάσθηκε πιο ενισχυμένη ιδιαίτερα για τα κεραμομεταλλικά με αυξημένα ποσοστά TiO2 στην κεραμική φάση. Πειράματα διαβροχής σε συστήματα κεραμικών (YZT) σε επαφή με ρευστό Ni έδειξαν ότι η προσθήκη TiO2 βελτιώνει την ισχύ του δεσμού στη διεπιφάνεια μετάλλου/κεραμικού. Ηλεκτροχημικές μετρήσεις σε κελιά καυσίμου με Ni/YZT κεραμομεταλλικές ανόδους έδωσαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα, επιτυγχάνοντας για ένα από τα υπό μελέτη συστήματα βελτιωμένη απόδοση σε σύγκριση με τη συμβατική άνοδο, Ni/8YSZ. Όσον αφορά τη δυνατότητα μείωσης της θερμοκρασίας λειτουργίας ενός SOFC από τους 900-1000οC στους 650-800οC και την ανάπτυξη των IT-SOFCs, η έρευνα στράφηκε προς κεραμικές συνθέσεις βασισμένες στο CeO2 και πιο συγκεκριμένα προς τα συστήματα Y2O3-CeO2 (YC) και Y2O3-CeO2-TiO2 (YCT). Ο κρυσταλλογραφικός έλεγχος των κεραμικών κόνεων, μετά από θερμική ανόπτηση μέχρι τους 1400οC στον αέρα, έδειξε ότι η βασική κρυσταλλική τους δομή αντιστοιχεί στο κυβικό πλέγμα του φθορίτη. Στα συστήματα που περιέχουν TiO2 εμφανίζεται ο σχηματισμός μιας επιπλέον φάσης με πυροχλωριτική δομή (Y2Ti2O7). Οι μετρήσεις του συντελεστή θερμικής διαστολής (TEC) στον αέρα στη θερμοκρασιακή περιοχή 25-1000°C έδωσε παρεμφερείς τιμές μειούμενες με αυξανόμενο το ποσοστό σε Ti. Σε ατμόσφαιρα Ar/4%H2 οι τιμές του TEC αυξάνονται σημαντικά για θερμοκρασίες T ≥ 800°C. Οι απόλυτες τιμές της συνολικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας των κεραμικών σε αναγωγικές συνθήκες (Ar/4%H2) στη θερμοκρασιακή περιοχή 450-900°C εμφανίζονται σημαντικά υψηλότερες συγκριτικά με τις αντίστοιχες τιμές στον αέρα λόγω του μικτού ιοντικού-ηλεκτρονικού της χαρακτήρα. Οι απόλυτες τιμές της ιοντικής αγωγιμότητας παρουσιάζονται σημαντικά ενισχυμένες, περίπου μισή τάξη μεγέθους σε σχέση με τις αντίστοιχες του 8YSZ, για τις κεραμικές συνθέσεις του συστήματος Y0.20Ce0.80-xTixO1.9 με τις χαμηλότερες περιεκτικότητες σε Ti. Τα αντίστοιχα Ni-cermets με υψηλά ποσοστά σε ύττρια και χαμηλά ποσοστά σε τιτάνια στην κεραμική φάση επέδειξαν εξαιρετική μακροχρόνια σταθερότητα της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, ενώ υπό τις συνθήκες λειτουργίας ενός SOFC (~900οC) η διάχυση του Ce προς το στερεό ηλεκτρολύτη 8YSZ είναι αμελητέα.

Thumbnail Image
Item

Διάδοση τασικών κυμάτων σε σύνθετα υλικά και προσδιορισμός των δυναμικών τους ιδιοτήτων

2010-08-19T10:00:07Z, Πολύζος, Δημοσθένης, Παϊπέτης, Στέφανος, Παϊπέτης, Στέφανος, Polyzos, Dimosthenis

-

Thumbnail Image
Item

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

, Ζυγούρης, Ιωάννης, Zygouris, Ioannis

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.

Thumbnail Image
Item

Διηλεκτρική απόκριση σύνθετων υλικών εποξειδικής ρητίνης-ZnO

2008-05-02T06:51:02Z, Σουλιντζής, Άγγελος, Krontiras, Christoforos, Πιζάνιας, Μιχάλης, Κροντηράς, Χριστόφορος, Γεωργά, Σταυρούλα, Soulintzis, Angelos

Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δυο ή περισσότερα υλικά συνδεδεμένα μακροσκοπικά, έτσι ώστε να προκύπτει ένα πολυφασικό σύστημα με φυσικές ιδιότητες διαφορετικές από αυτές των αρχικών υλικών. Τα επιμέρους υλικά δεν είναι διαλυτά το ένα στο άλλο και μπορούν να αναμιχθούν μεταξύ τους με ελεγχόμενο τρόπο και με καθορισμένες αναλογίες, ενώ είναι και μηχανικά διαχωρίσιμα. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δυο φάσεις, τη μητρική και τη φάση ενίσχυσης. Η μήτρα περικλείει τα εγκλείσματα και αποτελεί τη φάση του συστήματος, η οποία δίνει στο σύνθετο την εξωτερική του μορφή. Ο ρόλος της είναι να μεταφέρει τις μηχανικές τάσεις μέσα στο σύνθετο υλικό, να τις κατανέμει ομοιόμορφα ανάμεσα στα εγκλείσματα αλλά και να τα προστατεύει από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα διάφορα εγκλείσματα αποτελούν την ενισχυτική φάση του σύνθετου συστήματος και ποικίλουν σε μέγεθος, γεωμετρία και σύσταση. Στην παρούσα εργασία ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιήθηκε το ZnO. Το ZnO είναι ένας ημιαγωγός ευρέως χάσματος με μια μη κεντρική συμμετρική δομή κρυστάλλου Βουρτσίτη (Wurtzite) εξαγωνικού πλέγματος Bravais. Ως προπολυμερές για την παρασκευή των δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη. Η συγκεκριμένη ρητίνη είναι ένα τυπικό μονωτικό πολυμερές χαμηλού ιξώδους και η διηλεκτρική της σταθερά καθώς και η αγωγιμότητα της δεν διαφέρουν σημαντικά από τις αντίστοιχες τιμές του ZnO. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός υλικών καθαρής ρητίνης και σύνθετων συστημάτων ρητίνης-κεραμικού ZnO σε διάφορες συγκεντρώσεις, από 10phr έως 70phr. Για τον ηλεκτρικό χαρακτηρισμό των σύνθετων αυτών, εφαρμόστηκε η τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS-Broadband Dielectric Spectroscopy) στην περιοχή συχνοτήτων από 0.1 Hz έως 1 ΜHz, με χρήση της γέφυρας εναλλασσόμενου Alpha-N της εταιρίας Novocontrol. Η κυψελίδα μετρήσεων που χρησιμοποιήθηκε ήταν η BDS 1200 της ίδιας εταιρίας. Τα δείγματα μελετήθηκαν σε θερμοκρασίες από –100 ºC έως 150 ºC. Τα φαινόμενα διηλεκτρικής χαλάρωσης που καταγράφονται στην παρούσα εργασία περιλαμβάνουν συνεισφορές τόσο από την πολυμερική μήτρα όσο και από την ενισχυτική φάση. Για την παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων διακρίνονται δυο περιοχές θερμοκρασιών. Στην περιοχή των χαμηλών θερμοκρασιών, από –100 ºC έως 20 ºC, καταγράφονται σε όλα τα δείγματα οι διεργασίες β-, γ-χαλάρωσης. Οι διεργασίες αυτές αποδίδονται σε περιορισμένες τοπικές κινήσεις τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας (γ-χαλάρωση) και σε επαναπροσανατολισμό πλευρικών τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας (β-χαλάρωση). Στα σύνθετα δείγματα, σε θερμοκρασία πάνω από τους –30 ºC, εμφανίζεται και η διεργασία χαλάρωσης FDE η οποία αποδίδεται στην ύπαρξη του πληρωτικού μέσου. Στην περιοχή των υψηλών θερμοκρασιών, από +20 ºC έως +150 ºC, εμφανίζεται σε όλα τα δείγματα, στην περιοχή των ενδιάμεσων συχνοτήτων, η α-χαλάρωση. Στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων, και μόνο στα σύνθετα δείγματα, καταγράφεται το φαινόμενο MWS το οποίο είναι ασθενές λόγω της χαμηλής ηλεκτρικής ετερογένειας μεταξύ των φάσεων του συστήματος. Στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων παρουσιάζεται η διεργασία χαλάρωσης FDE η οποία γίνεται εντονότερη καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του πληρωτικού μέσου. Για όλες τις συγκεντρώσεις, παρατηρείται ότι η εξάρτηση της διεργασίας της α-χαλάρωσης από τη θερμοκρασία περιγράφεται από την εξίσωση Vogel-Fulcher-Tamann (VTF) ενώ η διεργασία χαλάρωσης FDE, παρουσιάζει εξάρτηση από τη θερμοκρασία, η οποία ακολουθεί την εξίσωση Arrhenius. Για τις διεργασίες της α-χαλάρωσης και του FDE στις υψηλές θερμοκρασίες, υπολογίζονται οι ενέργειες ενεργοποίησης. Στην εξάρτηση του πραγματικού μέρους της ηλεκτρικής αγωγιμότητας εναλλασσόμενου , από τη συχνότητα, διακρίνονται τρεις περιοχές. Στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξάνεται σχεδόν γραμμικά συναρτήσει της συχνότητας ακολουθώντας τον νόμο της παγκόσμιας διηλεκτρικής απόκρισης ( ). Στην ενδιάμεση περιοχή συχνοτήτων παρατηρούνται μεταβολές στην τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας οι οποίες αποδίδονται στην ύπαρξη διάφορων διεργασιών χαλάρωσης. Στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων, η ηλεκτρική αγωγιμότητα τείνει προς μια σταθερή τιμή. Αυτή αντιστοιχεί στην αγωγιμότητα συνεχούς ( ) και αυξάνεται συναρτήσει της θερμοκρασίας ακολουθώντας την εξίσωση Vogel-Tamman-Fulcher (VTF).

Thumbnail Image
Item

Ενίσχυση στοιχείων σκυροδέματος με σύνθετα υλικά και παρακολούθηση της δομικής τους ακεραιότητας με την χρήση "ευφυών" υλικών

, Τζουρά, Ευφροσύνη, Τριανταφύλλου, Αθανάσιος, Μπούσιας, Ευστάθιος, Παπανικολάου, Αικατερίνη, Φαρδής, Μιχαήλ, Δρίτσος, Στέφανος, Μπουρνάς, Διονύσιος, Χαλιορής, Κωνσταντίνος, Tzoura, Effrosyni

Η έρευνα που εκπονήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής κινήθηκε σε δύο βασικούς άξονες: α) Τη μελέτη ενίσχυσης σε τέμνουσα πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με μανδύες Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ), υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Επίσης πραγματοποιήθηκε σύγκριση της αποτελεσματικότητας των μανδυών ΙΑΜ με ισοδύναμους μανδύες από Ινοπλισμένα Πολυμερή (ΙΟΠ). Οι μανδύες ήταν τρίπλευροι, αγκυρωμένοι (με μηχανικά αγκύρια) ή μη. Μελετήθηκε ο τρόπος επιρροής ενός σημαντικού αριθμού παραμέτρων στην αντοχή σε τέμνουσα και αποδείχθηκε πειραματικά, ότι οι μανδύες ΙΑΜ, με κατάλληλη επιλογή των υλικών του συστήματος ενίσχυσης, μπορούν να είναι εξίσου αποτελεσματικοί με τους μανδύες ΙΟΠ, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται αγκύρια. Βάσει των πειραματικών αποτελεσμάτων, προτείνεται ένα αναλυτικό προσομοίωμα εκτίμησης της «ενεργού» παραμόρφωσης των μανδυών σύνθετων υλικών (ΙΑΜ), για την περίπτωση των αγκυρωμένων μανδυών. β) Την παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας στοιχείων σκυροδέματος, τα οποία ήταν ενισχυμένα με σύνθετα υλικά ΙΑΜ ή ΙΟΠ, με τη χρήση «ευφυών» υλικών (πιεζοηλεκτρικών επιθεμάτων), είτε με ενσύρματο, είτε με ασύρματο δίκτυο, με βασικό στόχο να επιτευχθεί η ανίχνευση της βλάβης σε πρώιμο στάδιο. Η μέθοδος με την οποία επιτεύχθηκε η παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας είναι αυτή της ηλεκτρο-μηχανικής αγωγιμότητας (ή εμπέδησης). Αρχικά, δοκιμάσθηκαν δοκίμια τύπου υποστυλώματος ενισχυμένα με μανδύες ΙΟΠ, σε μονοτονική μονοαξονική φόρτιση με ενσύρματο δίκτυο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η χρήση του συγκεκριμένου συστήματος παρακολούθησης αποδείχθηκε ικανοποιητική, υπό προϋποθέσεις. Στη συνέχεια, δοκιμάσθηκαν δοκίμια τύπου δοκών ενισχυμένα είτε με μανδύες είτε με ελάσματα ΙΟΠ, σε μονοτονική κάμψη τεσσάρων σημείων, καθώς και δοκίμια τύπου υποστυλώματος ενισχυμένα με μανδύες ΙΟΠ, σε συνδυασμό με ένα καινοτόμο ασύρματο σύστημα παρακολούθησης της δομικής τους ακεραιότητας. Στόχος ήταν και πάλι η ανίχνευση της βλάβης σε πρώιμο στάδιο, η οποία εκδηλώθηκε με την μορφή αποκόλλησης των σύνθετων υλικών, στα δοκίμια τύπου δοκού, ενώ στα δοκίμια τύπου υποστυλώματος είτε με αποκόλληση είτε με αστοχία των ινών. Τα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά και αποδεικνύουν την δυνα¬τό¬τη¬τα ανίχνευσης βλάβης σε πρώιμο στάδιο. Τέλος δοκιμάσθηκαν δοκίμια κυλίνδρων σκυροδέματος, τα οποία ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ, προκειμένου να ελεχθεί η επιρροή διαφόρων παραγόντων στη δυνατότητα ανίχνευσης βλάβης, καθώς και να πραγματοποιηθεί σύγκριση του τρόπου συμπεριφοράς ως προς την ανίχνευση βλάβης μεταξύ των δύο τύπων σύνθετων υλικών. Χρησιμοποιήθηκε και πάλι το ασύρματο δίκτυο και τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι και για τους δύο τύπους μανδύα η ανίχνευση της βλάβης ήταν εξίσου αποτελεσματική.

Thumbnail Image
Item

Πειραματική & αριθμητική μελέτη συγκολλητών συνδέσμων μεταξύ διαφορετικών υλικών

, Χαριτίδης, Παναγιώτης, Παπανικολάου, Γεώργιος, Παπανικολάου, Γεώργιος, Ανυφαντής, Νικόλαος, Λαμπέας, Γεώργιος, Ζαχαρόπουλος, Δημήτριος, Κωστόπουλος, Βασίλης, Πολύζος, Δημοσθένης, Παντελάκης, Σπυρίδων, Charitidis, Panagiotis

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η πειραματική μελέτη και η αριθμητική ανάλυση συμμετρικών και μη συμμετρικών συνδέσμων με στόχο την βαθύτερη διερεύνηση του φαινομένου, δεδομένου ότι στην διεθνή βιβλιογραφία, παρατηρούνται μεγάλες διαφορές μεταξύ των πειραματικών αποτελεσμάτων και των υπαρχόντων θεωρητικών προβλέψεων του συντελεστή καμπτικής ροπής, ιδίως μετά τη διάβρωση των υλικών του συνδέσμου, που είναι ένα τυχαίο γεγονός του οποίου την έκταση δεν μπορούμε να προκαθορίσουμε, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις ανόμοιων υλικών. Επίσης, δεν υπάρχει ενιαία θεωρία για όλα τα μήκη κόλλησης.

Thumbnail Image
Item

Παρακολούθηση καλής λειτουργίας αεροπορικών δομών με τη χρήση ψηφιακού διδύμου (digital twin)

, Πελώνη, Στέλλα, Peloni, Stella

Στη σημερινή εποχή, αποτελεί ευρέως γνωστό, ότι η χρήση λεπτότοιχων ενισχυμένων δομών, λαμβάνει χώρα τόσο στην αεροναυπηγική και αεροδιαστημική, όσο και σε λοιπούς βιομηχανικούς τομείς. Η χρήση τους σε πρωτεύοντα δομικά μέρη έγκειται στο γεγονός, ότι παραλαμβάνουν μεγάλο μέρος των επιβαλλόμενων φορτίων, συμβάλλοντας στην αύξηση της σταθερότητας και αποδοτικότητας της συνολικής κατασκευής. Ένα ακόμη χρήσιμο εργαλείο σε κάθε φάσμα του ερευνητικού και βιομηχανικού κόσμου, αποτελεί το λεγόμενο ψηφιακό δίδυμο. Τα τελευταία χρόνια βρίσκει ευρεία εφαρμογή, αφού μέσω της μοντελοποίησης μίας φυσικής κατασκευής, καθίσταται δυνατή η εξαγωγή πληροφοριών, που περιγράφουν πλήρως τη συμπεριφορά και απόκρισή της σε συνθήκες λειτουργίας. Ιδίως, όταν η χρήση του ψηφιακού διδύμου συνδυάζεται με την πρόβλεψη και ανίχνευση πιθανών αστοχιών της υπό εξέταση κατασκευής, η χρήση του ψηφιακού διδύμου αποδεικνύεται ιδιαίτερα σημαντική. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετάται, μέσω της χρήσης ψηφιακού διδύμου, η απόκριση μίας αεροπορικής, λεπτότοιχης, ενισχυμένης δομής από σύνθετα υλικά, καταπονούμενη από αξονικό θλιπτικό φορτίο, με αποτέλεσμα το δοκίμιο να μεταβαίνει σε κατάσταση αστάθειας (λυγισμός). Επιπρόσθετα, μελετάται η υποβάθμιση της φέρουσας ικανότητας της δομής, σε περίπτωση ύπαρξης και διάδοσης αποκόλλησης μεταξύ του ελάσματος και ενισχυτικής δοκού, αυτής. Εν συνεχεία, εξάγοντας συμπεράσματα για την επιρροή των αποκολλήσεων στη συμπεριφορά της δομής, καθίσταται δυνατή η πρόβλεψη και ανίχνευση αποκολλήσεων σε αντίστοιχες, πανομοιότυπες δομές. Τέλος, με σκοπό την πιστοποίηση των αποτελεσμάτων που εξήχθησαν μέσω του ψηφιακού διδύμου, χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό πακέτο Abaqus®, πραγματοποιείται σύγκριση αυτών με τα αντίστοιχα πειραματικά, ώστε να γίνει η τελική εξαγωγή των συμπερασμάτων.

Thumbnail Image
Item

Μελέτη περίσφιγξης υποστηλωμάτων ορθογωνικής διατομής μεγάλου λόγου πλευρών με ινοπλισμένα πολυμερή (FRP)

2015-03-02, Σκορδά, Μαρία, Τριανταφύλλου, Αθανάσιος, Τριανταφύλλου, Αθανάσιος, Παπανικολάου, Αικατερίνη, Μπούσιας, Ευστάθιος, Skorda, Maria

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, γίνεται διερεύνηση της αποτελεσματικότητας περίσφιγξης ορθογωνικών υποστυλωμάτων με μεγάλο λόγο πλευρών, με εφαρμογή διπλής στρώσης σύνθετων υλικών από ίνες άνθρακα. Χρησιμοποιούνται και αξιολογούνται διαφορετικοί τρόποι εφαρμογής των σύνθετων υλικών (σε δοκίμια με λόγους πλευρών 3:1 και 4:1), όπως η επιπλέον τοποθέτηση αγκυρίων από ίνες άνθρακα τύπου θυσάνου, με διαφορετικές διαμέτρους και η εφαρμογή ενισχυτικού κονιάματος για μείωση του λόγου των πλευρών των δοκιμίων. Η παραπάνω αξιολόγηση γίνεται, τόσο σε πειραματικό, όσο και σε αναλυτικό επίπεδο. Η διεξαγωγή των εργασιών και της πειραματικής διαδικασίας, έλαβε χώρα στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, του Πανεπιστημίου Πατρών. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα διατριβή αποτελείται από έξι κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται εισαγωγή στα σύνθετα υλικά σχετικά με την εφαρμογή τους στο πεδίο των ενισχύσεων και τις ιδιότητες τους, καθώς και αναφορά των παγκόσμιων βιβλιογραφικών πηγών σχετικά με την περίσφιγξη υποστυλωμάτων με μεγάλο λόγο πλευρών με ινοπλισμένα πολυμερή. Το δεύτερο κεφάλαιο περιγράφει μερικά από τα πιο δημοφιλή αναλυτικά προσομοιώματα για περίσφιγξη οπλισμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά και περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός από αυτά, για προεκτίμηση του θλιπτικού φορτίου και της παραμόρφωσης αστοχίας, που αναμένεται να προκύψουν στα δοκίμια της παρούσας διατριβής. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των υπό εξέταση δοκιμίων, οι εργασίες προετοιμασίας και ενίσχυσης τους, η πειραματική διαδικασία καθώς και η πειραματική διάταξη. Το τέταρτο κεφάλαιο, απαρτίζεται από την αναλυτική παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων για όλες τις κατηγορίες δοκιμίων. Σχολιάζεται λεπτομερώς η συμπεριφορά του κάθε δοκιμίου ξεχωριστά και παρατίθενται τα αντίστοιχα διαγράμματα τάσεων-παραμορφώσεων και πίνακες τιμών θλιπτικών αντοχών, θλιπτικών φορτίων και παραμορφώσεων αστοχίας. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι συγκρίσεις των αποτελεσμάτων που προέκυψαν για όλα τα δοκίμια, τόσο από το αναλυτικό προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε, όσο και από την πειραματική διαδικασία. Με αυτό τον τρόπο, γίνεται αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των διαφορετικών τρόπων εφαρμογής των ινοπλισμένων πολυμερών στα υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών και της αξιοπιστίας εφαρμογής του αναλυτικού προσομοιώματος. Τέλος, το έκτο κεφάλαιο, περιλαμβάνει τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκπόνηση της μεταπτυχιακής διατριβής, αλλά και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.