ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΑΝΤΟΧΗΣ ΥΛΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΗΣ ΒΛΑΒΗΣ ΚΟΠΩΣΗΣ ΣΕ ΠΟΛΥΣΤΡΩΤΕΣ ΠΛΑΚΕΣ» Εκπόνηση: ΤΣΑΠΕΤΗ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ, Α.Μ.:5702 Επίβλεψη: ΤΣΕΡΠΕΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ, ΛΕΚΤΟΡΑΣ ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σκοπός της Διπλωματικής Εργασίας είναι η πειραματική μελέτη της εξέλιξης της βλάβης κόπωσης και της επίδρασης της αρχικής βλάβης στην αντοχή σε εφελκυσμό και κόπωση πολύστρωτων πλακών. Για την διενέργεια της μελέτης συνδυάστηκαν μηχανικές δοκιμές και μη-καταστροφικοί έλεγχοι ακουστικών υπερήχων C – Scan. Το σύνολο των δοκιμίων που χρησιμοποιήθηκαν υποβλήθηκε σε έλεγχο C – Scan και στη συνέχεια σε μια σειρά μηχανικών δοκιμών. Αρχικά διεξήχθησαν πειράματα εφελκυσμού και κόπωσης, και στη συνέχεια διακοπτόμενα πειράματα κόπωσης ακολουθούμενα από συνδυασμένα πειράματα κόπωσης και εφελκυσμού. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Το υλικό που εξετάστηκε είναι σύνθετο, εποξικής μήτρας ενισχυμένο με συνεχείς ίνες άνθρακα και έχει την κωδική ονομασία 8552/AS4. Τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν είχαν διαστάσεις 250*25*1,5(mm) και κωδικό στρώσεων [0/90/±45]s. Καμπύλη S – N Εικόνα δοκιμίου σύνθετου υλικού 8552/AS4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΙ C - SCAN Αρχικά, διεξήχθησαν έλεγχοι C - Scan στο σύνολο των δοκιμίων ώστε να ανιχνευθεί η αρχική βλάβη, προερχόμενη από τα στάδια κατασκευής του υλικού και κοπής των δοκιμίων. Τα αποτελέσματα από τις δοκιμές του C – Scan έχουν τη μορφή ποιοτικού γραφήματος όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα. Έπειτα υπολογίστηκε η παράμετρος βλάβης D με την βοήθεια ενός λογισμικού για ανάλυση εικόνας αφού η επιφάνεια που παρουσιάζει την ίδια βλάβη απεικονίζεται στο γράφημα με το ίδιο χρώμα (για το δοκίμιο της εικόνας υπολογίστηκε D=0.44). Ο ΣΕΒ D παίρνει τιμές από 0÷1 με το 0 να αντιστοιχεί σε βλάβη 0% ενώ το 1 σε Εικόνα δοκιμίου 100%. Εξέλιξη βλάβης κόπωσης όπως αποτυπώνεται από τους ελέγχους C – Scan σε διαφορετικά ποσοστά των κύκλων αστοχίας από έλεγχο C - Scan ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΥ Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πειράματα εφελκυσμού σε πέντε δοκίμια με σκοπό να βρεθεί η αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού. Οι καμπύλες Τάσης – Παραμόρφωσης για κάθε δοκίμιο παρουσιάζονται στο διάγραμμα που ακολουθεί. Εικόνα μικροσκοπίου που δείχνει την διαστρωματική αποκόλληση σε δοκίμιο που υποβλήθηκε σε διακοπτόμενα πειράματα κόπωσης Τάση θραύσης (σmax) συναρτήσει ΣΕΒ D και ποσοστού κόπωσης για τα συνδυασμένα πειράματα κόπωσης - εφελκυσμού Διαγράμματα τάσης – παραμόρφωσης των πέντε δοκιμίων που υποβλήθηκαν σε εφελκυσμό ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΟΠΩΣΗΣ, ΔΙΑΚΟΠΤΟΜΕΝΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΟΠΩΣΗΣ ΚΑΙ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΟΠΩΣΗΣ ΚΑΙ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΥ Το τελικό στάδιο περιελάμβανε την διεξαγωγή δοκιμών σε τρεις πειραματικές σειρές. Η πρώτη σειρά αφορούσε στην κατασκευή μιας καμπύλης S-N αναφοράς, η δεύτερη στην διεξαγωγή διακοπτόμενων δοκιμών με διαφορετική μέγιστη τάση και σε διαφορετικά ποσοστά της διάρκειας ζωής προκειμένου να μελετηθεί η διάδοση της βλάβης κόπωσης στις πολύστρωτες πλάκες και η τρίτη στον συνδυασμό διακοπτόμενων δοκιμών κόπωσης και δοκιμών εφελκυσμού προκειμένου να καταγραφεί η υποβάθμιση της εναπομένουσας αντοχής σε εφελκυσμό λόγω κόπωσης και να συσχετιστεί με την διάδοση της βλάβης. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ  Ο ΣΕΒ D δίνει μια εικόνα για την κατάσταση του δοκιμίου (ποσοστό και μέγεθος ατελειών).  Η αρχική βλάβη, όπως προσδιορίζεται από τα γραφήματα του C – Scan και τον ΣΕΒ D, επηρεάζει την εξέλιξη των πειραμάτων.  Ο συντελεστής έντασης βλάβης D που προτάθηκε ως παράμετρος για την ποσοτικοποίηση της βλάβης σχετίζει την αντοχή σε εφελκυσμό και τη διάρκεια ζωής σε κύκλους κόπωσης με την εξέλιξη της βλάβης.  Η μεθοδολογία των μηχανικών δοκιμών συνδυασμένων με τις μη καταστροφικές δοκιμές του C – Scan που προτάθηκε είναι ικανή να περιγράψει την εξέλιξης της βλάβης στο υλικό.