Ανάπτυξη μεθοδολογίας μη καταστροφικού ελέγχου στη διάγνωση αλλοιώσεων σε πολυστρωματικές δομές

Abstract

During the elaboration of the PhD thesis, a literature survey has been accomplished in the combination of non destructive evaluation methods with computational methods.. The known and new combinations were used and their results are shown. The thesis is separated in four parts: The first one concerns the parametric investigation and the comparison of inverse problems algorithms for the evaluation of mechanical defects. The parametric investigation focuses on the optimization methods or the artificial neural networks, the computational methods for the direct problem and the effect of the topology, the dimension, the type and amount of the defects. The type of the defects can be circular or elliptic with given or not orientation. The input data consist of an amount of boundary displacements. The second one concerns the investigation and the evaluation of the effect of the topology and the dimension of delaminations in multilayered structures such as work of arts or composite materials. Computational models were developed and their results were used to produce images of double exposure holographic interferometry, as in experiments. Two types of loading were applied, temperature difference and vacuum pressure. The bounds and the ways for the expansion of the method were defined. The third one concerns computational models of cracks and diagnostic methods. The proper in plane (stress or strain) modeling of beams with surface cracks compared to the full three dimensional modeling using contact analyses in the crack rims was investigated. The structure of a plane plate with surface crack under bending loading was analyzed. The processing of the results in space and time domain resulted in the orthogonal forms. Then an algorithm for the diagnosis based on spline curves was used with good results. The forth one concerns the study of the mechanical behavior of polymer films on an inorganic substrate during laser ablation. Computational models were constructed through which the necessity of the modeling of the main effects of laser ablation was estimated according to their contribution in the formation or propagation of mechanical defects in areas far from the ablation spot. Finally, a small-size parametric investigation, concerning the thickness of each material and the duration of the loading, was performed. The study was fulfilled with the analysis of the effect of the existence of a small defect, in an area far from the ablation spot, on the stress distribution.

Κατά την εκπόνησης της διδακτορικής διατριβής έγινε βιβλιογραφική ανασκόπηση με σκοπό την ανεύρεση μεθόδων μη καταστροφικού ελέγχου, οι οποίες συνδυάζονται με υπολογιστικές μεθόδους. Χρησιμοποιήθηκαν υπάρχοντες και νέοι συνδυασμοί και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα τους. Η διατριβή χωρίζεται σε τέσσερα μέρη: Το πρώτο αφορά στην παραμετρική ανάλυση και σύγκριση αλγορίθμων επίλυσης αντίστροφων προβλημάτων για την εκτίμηση μηχανικών αλλοιώσεων. Η σύγκριση αφορά στις μεθόδους βελτιστοποίησης ή τεχνητών νευρωνικών δικτύων, στις μεθόδους επίλυσης του ευθέως προβλήματος και στην επίδραση της τοπολογίας, του μεγέθους της μορφής και του πλήθους των αλλοιώσεων. Τα είδη των ατελειών είναι κυκλική ή έλλειψη, με συγκεκριμένο ή προς ανεύρεση προσανατολισμό. Τα στοιχεία εισόδου αποτελούνται από πλήθος μετατοπίσεων του συνόρου. Το δεύτερο αφορά στην διερεύνηση και αξιολόγηση της επίδρασης της τοπολογίας και της διάστασης αποκολλήσεων πολυστρωματικών δομών, όπως έργα τέχνης και σύνθετα υλικά. Κατασκευάστηκαν υπολογιστικά μοντέλα και τα αποτελέσματά τους οδήγησαν στην παραγωγή εικόνων ολογραφικής συμβολομετρίας διπλής έκθεσης, όπως συμβαίνει στις πειραματικές μετρήσεις. Εφαρμόστηκαν δύο τύποι φόρτισης, η επιβολή θερμοκρασιακής διαφοράς και πίεσης κενού. Προσδιορίστηκαν τα όρια και η εξεύρεση τρόπων διεύρυνσης της μεθόδου. Το τρίτο μέρος αφορά σε υπολογιστικά μοντέλα ρωγμών και σε διαγνωστικές μεθόδους. Εκτιμήθηκε η ορθότερη μοντελοποίηση επίπεδης κατάστασης (εντατικής ή παραμορφωσιακής) δοκού με επιφανειακή ρωγμή σε σχέση με την πλήρη τριδιάστατη που ενσωματώνει θεωρία επαφής στα χείλη της ρωγμής. Επιπλέον, αναλύθηκε επίπεδη πλάκα με επιφανειακή ρωγμή υπό καμπτική φόρτιση. Με επεξεργασία των χωροχρονικών αποτελεσμάτων προέκυψαν οι ορθοκανονικές μορφές, στις οποίες εφαρμόστηκε αλγόριθμος διάγνωσης βασισμένος σε καμπύλες spline, με καλά αποτελέσματα. Το τέταρτο μέρος άφορα στη μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολυμερικών επιστρώσεων σε ανόργανο υπόστρωμα κατά την διαδικασία φωτοαποδόμησης. Κατασκευάστηκαν υπολογιστικά μοντέλα μέσω των οποίων εκτιμήθηκε η σπουδαιότητα δράσεων της φωτοαποδόμησης στη δημιουργία ή επέκταση μηχανικών αλλοιώσεων σε περιοχές μακρύτερα από την περιοχή προσβολής. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μικρής έκτασης παραμετρική ανάλυση που αφορούσε στα πάχη των στρωμάτων των δύο υλικών και στον χρόνο διάρκειας της φόρτισης. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με τη διερεύνηση της επίδρασης ύπαρξης μικρής ατέλειας, σε περιοχή μακράν της προσβολής, στην ανάπτυξη τάσεων.