Σύνθετα Υλικά
Περιγραφή Μαθήματος:
Πρόκειται για ένα βασικό μάθημα στο οποίο χρησιμοποιούνται κυρίως οι γνώσεις μηχανικής με στόχο την εμβάθυνση στη μηχανική συμπεριφορά ορθότροπων και ανισότροπων φορέων από διαστρωματώσεις FRP. Η ύλη του μαθήματος πραγματεύεται την ανάλυση στρώσεων και διαστρωματώσεων από ινοπλισμένα πολυμερή (FRP), τον πειραματικό προσδιορισμό των μηχανικών τους ιδιοτήτων, κριτήρια αστοχίας καθώς και θέματα μείωσης αντοχής λόγω οπών και εγκοπών, ιξοελαστικής συμπεριφοράς, γήρανσης, κόπωσης, αποκόλλησης στρώσεων και υγροθερμικής συμπεριφοράς σύνθετων υλικών.
- Εξάμηνο 9
- Ώρες διδασκαλίας 3
Απαιτούμενες Γνώσεις
Συνιστάται στους φοιτητές να έχουν τις βασικές γνώσεις Μηχανικής.Κεφάλαια Μαθήματος
| # | Τίτλος | Διδακτέα Ύλη | Ώρες |
|---|---|---|---|
| 1 | Εισαγωγή στα ΣΥ | Ανάπτυξη και εξέλιξη των Σύνθετων Υλικών. Διαδικασίες παραγωγής. | 1Χ3=3 |
| 2 | Νόμος ελαστικότητας και Νόμος της Σύνθεσης. | Διατύπωση του Νόμου ελαστικότητας για ορθότροπα και ανισότροπα υλικά. Νόμος της Σύνθεσης. | 1Χ3=3 |
| 3 | Μηχανικές ιδιότητες σύνθετων υλικών | Μηχανικές ιδιότητες στρώσεων από σύνθετα υλικά υπό μικροσκοπική και μακροσκοπική έννοια. Μετασχηματισμοί ιδιοτήτων. Διαστρωματώσεις. | 1Χ3=3 |
| 4 | Καταπονήσεις | Μεμβρανική, καμπτική και σύνθετη καταπόνηση διαστρωματώσεων | 1Χ3=3 |
| 5 | Κριτήρια αστοχίας ΣΥ | Κριτήρια αστοχίας στρώσεων και διαστρωματώσεων. Κριτήριο μέγιστης τάσης, μέγιστης παραμόρφωσης, Tsai-Hill και Tsai-Wu. | 1Χ3=3 |
| 6 | Πειραματική ανάλυση ΣΥ | Πειραματικός προσδιορισμός ιδιοτήτων επιμέρους υλικών, στρώσεων και διαστρωματώσεων. | 1Χ3=3 |
| 7 | Θραύση ΣΥ | Θραύση Σύνθετων Υλικών. Μείωση αντοχής λόγω οπών και εγκοπών. Κριτήρια Whitney-Nuismer | 1Χ3=3 |
| 8 | Ιξοελαστική συμπεριφορά ΣΥ | Ιξοελαστική συμπεριφορά . Ανάλυση απόσβεσης για δυναμικά φορτία | 1Χ3=3 |
| 9 | Γήρανση και Κόπωση ΣΥ | Γήρανση Σύνθετων Υλικών. Η κλίμακα χρόνου-θερμοκρασίας. Κόπωση διαστρωματώσεων - μηχανισμοί αστοχίας. | 1Χ3=3 |
| 10 | Διεπιφανειακές τάσεις | Διεπιφανειακές τάσεις. Κριτήρια αποκόλλησης στρώσεων. | 1Χ3=3 |
| 11 | Υγροθερμική συμπεριφορά ΣΥ | Μεταβολή συμπεριφοράς των σύνθετων υλικών παρουσία υγρασίας και μεταβολής της θερμοκρασίας. | 1Χ3=3 |
| 12 | Εφαρμογές με Η/Υ | Επίλυση παραδειγμάτων με 2D πεπερασμένα στοιχεία τύπου Laminate (Layered elements) | 2Χ3=6 |
Μαθησιακοί Στόχοι
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:
- γνωρίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά της μηχανικής συμπεριφοράς των σύνθετων υλικών FRP και να υπολογίζουν την εντατική κατάσταση στρώσεων και διαστρωματώσεων από ΣΥ,
- αντιμετωπίζουν φαινόμενα αστοχιών, αποκόλλησης στρώσεων, γήρανσης θραύσης , κόπωσης και απομείωσης των ιδιοτήτων λόγω υγροθερμικών μεταβολών,
- κατανοούν τις δυνατότητες σχεδιασμού φορέων και ενίσχυσης μελών με χρήση σύνθετων υλικών.
Μέθοδοι και Μέσα Διδασκαλίας και Μάθησης
| Μέθοδοι Διδασκαλίας | Διαλέξεις στην τάξη. Επίλυση απλών παραδειγμάτων και προβλημάτων στην τάξη. Συζήτηση περιπτώσεων εφαρμογής (case studies) στην τάξη. |
|---|---|
| Μέσα διδασκαλίας | Παρουσιάσεις στον Πίνακα. Διαφάνειες Power Point. Υπολογισμοί σε ΗΥ με Excel και υπολογιστικούς κώδικες. |
| Εργαστήρια | Ναι. Γίνονται 2 εργαστηριακά μαθήματα με επιδείξεις συμπεριφοράς δοκιμίων από ινοπλισμένα πολυμερή (πειράματα εφελκυσμού και κάμψης δοκιμίων από E-glass/Epoxy) |
| Χρήση ΗΥ και προγραμμάτων | EXCEL σε ΗΥ. |
| Ασκήσεις - Εφαρμογές | Δίδονται σειρές ασκήσεων προς επίλυση κατ΄ οίκον |
| Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις) | Οι φοιτητές επιλύουν εργασίες κατ' οίκον χρησιμοποιώντας κυρίως EXCEL σε ΗΥ. |
Συγγράμματα - Βιβλιογραφία
- Ραυτογιάννης Ι., Σύνθετα Υλικά - Μηχανική Συμπεριφορά, Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα 2013.
- Gay D., Hoa S., Tsai S., Composite Materials - Design and Applications, CRC Press, New York, 2003.