Θραύση Δοκιμίων από Σύνθετα Υλικά με Αριθμητικές Μεθόδους

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Αμπελικιώτη Ιωάννα                                                                
Επιβλέπων Καθηγητής: Ραυτογιάννης Ι., Επ. Καθηγητής               
Ημερομηνία : Οκτώβριος 2008  

Ο σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η εξέταση της κατανομής των τάσεων σε μία πλάκα που αποτελείται από σύνθετα υλικά, έχει μια δεδομένη στατική λειτουργία κι υποβάλλεται σε μια δεδομένη φόρτιση. Μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η κατανομή των τάσεων γύρω από διάφορες ασυνέχειες της πλάκας, όπως για παράδειγμα κυκλικές οπές, εγκοπές ή ρωγμές.    

Αρχικά δίνονται η μορφολογία και τα χαρακτηριστικά των σύνθετων υλικών. Γίνεται μια σύντομη περιγραφή των σύνθετων υλικών και ακολουθεί ο διαχωρισμός τους σε βασικές κατηγορίες. Αναφέρονται οι ιδιότητες των υλικών, ινών και ρητινών, που χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή σύνθετων υλικών. Ακόμα αναφέρονται εν συντομία οι ιδιότητες των σύνθετων υλικών κι ακολουθεί η μικρομηχανική των υλικών αυτών κι οι επιπτώσεις των περιβαλλοντικών συνθηκών στην ανθεκτικότητα τους.    

Στη συνέχεια, αναλύεται η επίδραση ρωγμών, εγκοπών κι άλλων τύπων ασυνεχειών στα σύνθετα υλικά. Δίνονται οι βασικές αρχές μηχανικής θραύσεως των σύνθετων υλικών κι έπεται η περιγραφή δύο αναλυτικών μεθόδων που απαντώνται στη μηχανική θραύσεως για την αντιμετώπιση διαφόρων προβλημάτων, η μέθοδος του «συντελεστή έντασης τάσεων» κι η μέθοδος του «ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμορφώσεως». Ακολουθεί η αναφορά στα κριτήρια αντοχής σε θραύση για στοιχεία με διαμπερείς οπές κι εν συνεχεία περιγράφεται το φαινόμενο της θραύσης σύνθετων υλικών λόγω αποκόλλησης στρώσεων.    

 Ακολούθως, προσδιορίζονται οι διεπιφανειακές τάσεις που αναπτύσσονται μεταξύ των στρώσεων κατά την έννοια του πάχους μιας διαστρωμάτωσης μέσω τρισδιάστατης ανάλυσης τάσεων, οι οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την ανάλυση αστοχίας των διαστρωματώσεων.   

 Έπεται η αναλυτική περιγραφή της διαδικασίας που ακολουθήθηκε για την ανάλυση των μοντέλων της πλάκας από σύνθετα υλικά με τη βοήθεια του προγράμματος «NASTRAN». Αναφέρονται τα κριτήρια αστοχίας που ισχύουν για τα σύνθετα υλικά, αναλύεται το κριτήριο αστοχίας σύμφωνα με το οποίο ελέγχθηκε η πλάκα (κριτήριο Tsai-Wu) και δίνονται τα 18 μοντέλα που εξετάστηκαν με το παραπάνω πρόγραμμα.   

 Τέλος, δίνονται τα συμπεράσματα από την ανάλυση που προηγήθηκε, που συνοπτικά είναι ότι οι μέγιστες τιμές των τάσεων εμφανίζονται στις περιοχές των εγκοπών και της κυκλικής οπής, η διατμητική τάση εντός του επιπέδου(τxy) είναι σχεδόν μηδενική σε όλη την πλάκα και μόνο στις περιοχές των ασυνεχείων εμφανίζει μια μεγαλύτερη τιμή κι η πλάκα με τη μικρότερη οπή είναι ανθεκτικότερη.