Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12905
Title: Αριθμητική μελέτη νόμου επαφής για ανάλυση κρούσεων σε σύνθετα δομικά στοιχεία sandwich
Other Titles: Numerical study of contact law for impact analysis of sandwich structured composites
Authors: Δημητρίου, Δημήτριος
Keywords: Κρούση
Σύνθετα υλικά
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
Keywords (translated): Impact
Composite materials
Finite element method
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό αφενός την κατανόηση των μηχανισμών αντίδρασης κατασκευών τύπου sandwich σε κρουστικά φορτία και τη μελέτη της επιρροής ορισμένων παραμέτρων στην απόκριση της κατασκευής και αφετέρου την πρόταση ενός νόμου επαφής για κατασκευές τύπου sandwich και τη χρήση του σε έναν μη εμπορικό κώδικα πεπερασμένων στοιχείων (Π.Σ.) που έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο, για την εκτίμηση των αποτελεσμάτων της χρήσης του προτεινόμενου νόμου επαφής. Αρχικά πραγματοποιήθηκε παραμετρική-συγκριτική μελέτη κρούσεων σε σύνθετα sandwich πάνελ με τη βοήθεια αριθμητικών προσομοιώσεων. Οι υπολογιστικές μοντελοποιήσεις αποτελούν ένα πολύ ισχυρό εργαλείο ανάλυσης τη σημερινή εποχή, το οποίο είναι λιγότερο χρονοβόρο και κοστοβόρο από τις πειραματικές μελέτες. Έτσι, έγιναν αριθμητικές αναλύσεις κρούσεων μεταβλητών χαρακτηριστικών ούτως ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα για τις παραμέτρους που επηρεάζουν την κρουστική απόκριση σύνθετων δομών sandwich καθώς και τον τρόπο με τον οποίο επιδρούν σε αυτή. Γνωρίζοντας λοιπόν τις συσχετίσεις των μεγεθών με την απόκριση της κατασκευής είμασταν σε θέση να αξιολογήσουμε τους υπάρχοντες νόμους επαφής και να εν συνεχεία να προτείνουμε ένα νόμο επαφής για sandwich (για κατηγορίες κρούσης τύπου Local-Infinite). Οι υπολογιστικές μοντελοποιήσεις κρούσεων έγιναν στο εμπορικό πακέτο Π.Σ. Abaqus. Οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με 1/4 συμμετρικά τρισδιάστατα (3D) μοντέλα προσομοίωσης κρούσης στο πρόγραμμα Π.Σ. Abaqus αφού ελέγχθηκε η εγκυρότητα χρήσης τους. Αξιολογήθηκε επιπλέον η χρήση αξονοσυμμετρικών μοντέλων για λόγους ταχύτητας αφού χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιβλιογραφία όμως κρίθηκαν ακατάλληλα λόγω μειωμένης ακρίβειας. Με την ολοκλήρωση των αναλύσεων παρατηρήθηκαν σημαντικές τάσεις και συσχετίσεις της κρουστικής απόκρισης με βάση τα μεταβλητά χαρακτηριστικά των μοντέλων. Στο σημείο αυτό ελέγχθηκαν ορισμένοι βιβλιογραφικοί νόμοι επαφής και φάνηκαν ανεπαρκείς να προσεγγίσουν το συγκεκριμένο πρόβλημα. Έτσι, προτείνεται ένας νέος νόμος επαφής ο οποίος προσεγγίζεται με βάση αναλυτικές, ημι-αναλυτικές και εμπειρικές σχέσεις της βιβλιογραφίας καθώς και με φαινομενολογικές-εμπειρικές σχέσεις που αναπτύχθηκαν βάσει των συσχετίσεων της κρουστικής συμπεριφοράς με τα μεταβλητά χαρακτηριστικά των μοντέλων. Τέλος, ο νόμος επαφής εφαρμόστηκε σε έναν μη εμπορικό κώδικα Π.Σ. (φασματικών πεπερασμένων στοιχείων στο πεδίο χρόνου – TDSFE) έτσι ώστε να αξιολογηθούν τα πλεονεκτήματα της χρήσης του.
Abstract (translated): The purpose of this Diploma thesis is on the one hand to understand the reaction mechanisms of sandwich structures to impact load and to study the influence of certain parameters on the sandwich response and on the other hand to propose a contact law for sandwich structures and use it in an in-house FEM code developed by laboratory researchers, to evaluate the results of using the proposed contact law. Initially, a parametric-comparative impact study was performed on composite sandwich panels using numerical simulations. Computational modeling is a very powerful analysis tool nowadays, which is less time consuming and costly than experimental studies. Thus, numerical analyzes of the impacts with variable characteristics were carried out in order to draw conclusions about the parameters that influence the impact response of sandwich structures and how they influence it. So, by knowing the correlations of those parameters with the structural response we were able to evaluate existing contact laws and then propose a contact law for sandwich structures (for Local-Infinite impacts). Computational modeling of the impacts was done using a commercial FEM program named Abaqus. The analyzes were performed with 1/4 symmetric 3D models in Abaqus after checking their validity. The use of axisymmetric models for speed reasons has also been evaluated since they are widely used in literature studies but were deemed inappropriate due to their reduced accuracy. Upon completion of the analyzes, significant trends and correlations of the impact response based on the variable characteristics of the models were observed. At this point, some bibliographic contact laws were checked, and they seemed inadequate to approach this problem. Therefore, a new contact law is proposed that is approximated based on analytical, semi-analytical and empirical relationships of the literature as well as phenomenological-empirical relationships developed based on the correlations of the impact behavior with the variable characteristics of the models. Finally, the contact law was implemented in an in-house FEM code (with Time Domain Spectral Finite Elements – TDSFE) to evaluate the benefits of its use.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Dimitriou(aer).pdf4.67 MBAdobe PDFView/Open


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