Contribution to the strength design of mechanical structures made of advanced laminated materials

This item is provided by the institution :

Repository :
National Archive of PhD Theses
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2010 (EN)
Συμβολή στη μελέτη της αντοχής μηχανολογικών κατασκευών από σύγχρονα πολύστρωτα υλικά
Contribution to the strength design of mechanical structures made of advanced laminated materials

Μπικάκης, Γεώργιος

This doctorate thesis focuses in the strength design of fiber-metal laminate (FML) GLARE under impact loading, which plays an important role as far as the integrity of aircraft structures is concerned. First, the problem of the response of circular GLARE plates under lateral indentation is solved analytically using the Ritz method and numerically using finite elements.After that, an innovative procedure is proposed in order to minimize the weight of circular GLARE plates which are subjected to lateral indentation using linear programming techniques. Then, the problem of unloading response of circular GLARE plates which have been previously subjected to lateral indentation is treated analytically and numerically using finite elements. Also, the post-impact permanent deformation of circular GLARE plates due to low velocity impact is calculated numerically using finite elements and analytically.Finally, a numerical solution is given to the problem of the dynamic response of circular GLARE plates due to low velocity impact, after the formulation of the differential equations of motion which represent the examined impact phenomenon. These problems have not been treated elsewhere in the current international literature.The developed models are applied for calculation of the response of GLARE plates. A comparison is made among the obtained results and with corresponding published experimental data. The analytical, numerical and experimental values are in good agreement. In this regard, the validity of the developed theoretical models is verified.The models are expected to predict satisfactorily the response of thin plates when subjected to the same loading conditions, consisting of similar advanced hybrid material systems. Up to now, this doctorate has resulted in the publication of nine scientific papers authored by Dr G.S. Bikakis and the Supervising Professor.
H διατριβή εστιάζεται στη μελέτη της αντοχής του ινώδους-μεταλλικού πολύστρωτου (FML) υλικού GLARE σε κρούση, η οποία παίζει σπουδαίο ρόλο στην ασφάλεια των αεροπορικών κατασκευών.Αρχικά επιλύεται το πρόβλημα της απόκρισης κυκλικών πλακών GLARE υπό την επιβολή διείσδυσης, αναλυτικά με χρήση της μεθόδου Ritz και αριθμητικά με πεπερασμένα στοιχεία. Στη συνέχεια προτείνεται μεθοδολογία για την ελαχιστοποίηση του βάρους κυκλικών πλακών GLARE οι οποίες υποβάλλονται σε διείσδυση με χρήση γραμμικού προγραμματισμού.Ακολούθως, αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της αποφόρτισης κυκλικών πλακών GLARE οι οποίες έχουν υποβληθεί σε διείσδυση, αναλυτικά και αριθμητικά με πεπερασμένα στοιχεία. Επίσης, υπολογίζεται η μόνιμη παραμόρφωση κυκλικών πλακών GLARE κατόπιν κρούσης χαμηλής ταχύτητας, αριθμητικά με πεπερασμένα στοιχεία και αναλυτικά.Τέλος, δίνεται αριθμητική λύση του προβλήματος της δυναμικής απόκρισης κυκλικών πλακών GLARE λόγω κρούσης χαμηλής ταχύτητας, αφού προηγουμένως καταστρώνονται οι διαφορικές εξισώσεις κίνησης που αναπαριστούν το φαινόμενο της κρούσης. Τα προβλήματα αυτά δεν έχουν αντιμετωπισθεί ξανά στην τρέχουσα διεθνή βιβλιογραφία.Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν εφαρμόζονται για τον υπολογισμό της απόκρισης πλακών GLARE. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται μεταξύ τους και με αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα. Προκύπτει καλή συμφωνία μεταξύ των αναλυτικών, των αριθμητικών και των πειραματικών τιμών που τεκμηριώνει την επάρκεια των θεωρητικών μοντέλων.Τα μοντέλα αναμένεται να προβλέπουν επαρκώς την απόκριση λεπτών πλακών που υποβάλλονται στις ίδιες καταπονήσεις, με δομή αποτελούμενη από παρόμοια πρωτοποριακά υβριδικά συστήματα υλικών.Μέχρι σήμερα, στο πλαίσιο της διατριβής έχουν γίνει εννέα επιστημονικές δημοσιεύσεις.

Static indentation loading and unloading
Μοντελοποίηση με μέθοδο Ritz και πεπερασμένα στοιχεία ANSYS
Hybrid aluminum and glass-epoxy composite material
Υβριδικό σύνθετο υλικό με αλουμίνιο εποξική ρητίνη και ίνες γυαλιού
Αποχωρισμός στρώσεων από κρούση με χαμηλή ταχύτητα
Thin circular clamped GLARE plate
Weight minimization using linear programming
Ritz and FEM modeling of thin plate using ANSYS
Low velocity impact delamination damage
Ινώδες-μεταλλικό πολύστρωτο FML
Υπολογισμός βάθους μόνιμης ουλής
Fiber-metal laminate FML
Φόρτιση και αποφόρτιση με στατική διείσδυση
Permanent dent depth calculation
Ελαχιστοποίηση βάρους με γραμμικό προγραμματισμό
Λεπτή κυκλική πακτωμένη πλάκα GLARE



Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ)
National Technical University of Athens (NTUA)

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)