Επιστημη

Πρόγραμμα "Επιστημονικές μελέτες"

Παρακολουθηση τηΣ δομικηΣ υγειαΣ συνθετων ενισχυμενων με ινεΣ υαλου με χρηση εμφυτευμενων ινων νανοσωληνων ανθρακα (CNT)

Σχολη Εφαρμοσμενων Μαθηματικων και Φυσικων Επιστημων, Εθνικο Μετσοβιο Πολυτεχνειο

2010

Στο πλαίσιο της μελέτης, ενσωμάτωθηκαν ίνες πολύ μικρής διαμέτρου (~40 μm) από πολυβινυλική αλκοόλη και νανοσωλήνες άνθρακα (PVA-CNT fibers) σε σύνθετο υλικό οπλισμένο με ίνες υάλου (GFRP) και χρησιμοποιήθηκαν ως αισθητήρια μέτρησης της μηχανικής παραμόρφωσης, με σκοπό την παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας του σύνθετου υλικού.

Κατά τη διάρκεια των μηχανικών φορτίσεων του υλικού, λαμβάνονται σε πραγματικό χρόνο μετρήσεις της ηλεκτρικής αντίστασης του ενσωματωμένου αισθητηρίου (ίνα PVA-CNT). Με τον τρόπο αυτό, ο ρόλος του ‘υβριδικού’ υλικού καθίσταται διπλός: πέραν της ικανότητας του υλικού να φέρει τα μηχανικά φορτία για τα οποία σχεδιάστηκε, λειτουργεί ταυτόχρονα και ως αισθητήριο.

Η ικανότητα αυτή του ‘υβριδικού’ υλικού κρίνεται ως ιδιαιτέρως σημαντική, καθώς τα χρησιμοποιούμενα αισθητήρια σε αεροναυπηγικές εφαρμογές σήμερα συνήθως επικολλώνται στην επιφάνεια των κρίσιμων δομών του αεροσκάφους. Τα αισθητήρια αυτά όχι μόνο αυξάνουν σημαντικά το βάρος της κατασκευής αλλά και δίνουν πληροφορίες μόνο από την επιφάνεια του υλικού και όχι από το εσωτερικό της δομής, όπου και αναπτύσσονται οι βλάβες κατά τη λειτουργία του.

Οι ίνες PVA-CNT παρήχθησαν στο ινστιτούτο Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) του Bordeaux στην Γαλλία. Μετά από προκαταρκτικούς ελέγχους της ίνας αναφοράς, αποφασίστηκε η προ-ένταση των ινών για τη βελτιστοποίηση της απόδοσής τους ως αισθητηρίου ελέγχου της μηχανικής παραμόρφωσης. Παράχθηκαν συνολικά τέσσερις διαφορετικές πλάκες από σύνθετο υλικό GFRP, με κάθε πλάκα να έχει ενσωματωμένα ως αισθητήρια ίνες PVA-CNT (διαφορετικού βαθμού προ-έντασης της ίνας σε κάθε πλάκα).

Αποδείχθηκε ότι οι διαφορετικής προέντασης ίνες παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά σε μονοτονικό εφελκυσμό απ’ ότι σε προοδευτική συσσώρευση βλάβης (επαναλαμβανόμενες φορτίσεις). Συγκεκριμένα, οι διαφορετικής προ-έντασης ίνες παρουσιάζουν παραπλήσια συμπεριφορά σε μονοτονική φόρτιση. Στην περίπτωση επαναλαμβανόμενων φορτίσεων, οι ενσωματωμένες ίνες με τη μεγαλύτερη προ-ένταση παρουσιάζουν καλύτερη συμπεριφορά σε καταπονήσεις προοδευτικής συσσώρευσης βλάβης.

Τούτο είναι ιδιαίτερα σημαντικό, διότι η περίπτωση αυτή προσομοιάζει τα πραγματικά λειτουργικά μηχανικά φορτία σε τυπικές αεροναυπηγικές εφαρμογές. Η βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς των ινών αποδόθηκε στον μεγαλύτερο βαθμό ευθυγράμμισης των νανοσωλήνων άνθρακα μέσα στην πολυμερική μακροσκοπική ίνα, λόγω της αύξησης της προ-έντασής της.

Τελική αναφορά (στα Αγγλικά)

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ

Συντονιστής:

Κουρκουλής Σταύρος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Εργαστήριο Αντοχής Υλικών, Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Μέλη Ομάδας:

Αλεξόπουλος Νικόλαος, Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

Παπανίκος Παρασκευάς, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων, Πανεπιστήμιο Αιγαίου

Poulin, Phillipe, Ερευνητής, Centre de Recherche Paul Pascal-CNRS, Université de Bordeaux

Bartholome, Christèe, Ερευνήτρια, Centre de Recherche Paul Pascal-CNRS, Universitéde Bordeaux

Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου

Ηρώων Πολυτεχνείου 9

15780 Ζωγράφου

Τηλ.: 210 77 23 009

Fax.: 210 77 23 025

e_phys@mail.ntua.gr

www.physics.ntua.gr

 

menuShadow