Μελέτη Δικτυωτού Ιστού από Σύνθετα Υλικά 

Μεταπτυχιακός Φοιτητής :  Βάρτζελη Διονυσία                                                           
Επιβλέπων Καθηγητής: Ραυτογιάννης Ι., Επ. Καθηγητής              
Ημερομηνία : Φεβρουάριος 2008  

Στην βιομηχανία παράγονται σύνθετα δομικά μέλη ποικίλων διατομών και διαστάσεων. Τα προϊόντα αυτά είναι κατασκευασμένα από πολυμερές περίβλημα με ενισχυμένο υλικό. Κατά κύριο λόγο χρησιμοποιούνται πολυεστέρας, βυνιλεστέρας ή εποξική ρητίνη για να συγκρατούν τα υλικά από Ε-glass, S-glass, αραμίδιο ή άνθρακα που χρησιμεύουν ως οπλισμός. Οι ίνες και τα πολυμερή συνδέονται μέσω κατάλληλης διαδικασίας όπως η διαδικασία περιέλιξης ινών για την δημιουργία της επιθυμητής εγκάρσιας διατομής.

Μια επιστημονική μελέτη που αφορά στην κατασκευή και την δοκιμή των πλαστικών ενισχυμένων με ίνες γυαλιού (FRP) στύλων βρίσκεται σε εξέλιξη στο πανεπιστήμιο της Μanitoba. Ο κύριος στόχος της μελέτης αυτής είναι η παραγωγή FRP στύλων για χρήση τους ως στύλων ηλεκτροφόρων καλωδίων σε αντικατάσταση των στύλων από συμβατικά υλικά. Οι στύλοι αυτοί κατασκευάζονται από βυνιλεστέρα ενισχυμένο με Ε-glass ίνες και παράγονται με την διαδικασία περιέλιξης ινών. Οι εγκάρσιες διατομές των σύνθετων πόλων είναι κοίλες κυκλικές και λεπτότοιχες, κατά συνέπεια το τελικό προϊόν είναι ελαφρύτερο σε σύγκριση με τους ήδη υπάρχοντες στύλους, ενώ οι απαιτήσεις σε αντοχή και ακαμψία ικανοποιούνται. Οι στύλοι μεταβίβασης υπόκεινται σε πλευρικό λυγισμό από τις πλευρικές φορτίσεις λόγω των καλωδίων και του άνεμου.

Επιπλέον, η παρουσία βραχίονα που τοποθετείται στην κορυφή για να συγκρατεί τα καλώδια και τα πιθανά μηχανήματα επηρεάζει την αξονική και στρεπτική ταλάντωση. Η δυναμική τους συμπεριφορά, ωστόσο, διαφέρει σημαντικά από αυτή των στύλων από συμβατικά υλικά. Το σχετικά μικρό μέτρο ελαστικότητας των υλικών από Ε-glass-βυνιλεστέρα οδηγεί σε χαμηλότερες φυσικές ιδιοσυχνότητες.

 Με έναυσμα το ερευνητικό πρόγραμμα στο πανεπιστήμιο της MANITOBA με στόχο την ανάπτυξη δικτυωτών πυλώνων από ινοπλισμένα πολυμερή, χρησιμοποιώντας τη διαδικασία περιέλιξης,, παρουσιάζεται στην παρούσα εργασία το πείραμα που έγινε στον καναδά και κατά το οποίο αναλύθηκε με το πρόγραμμα ANSYS δικτυωτός πυλώνας από σύνθετα υλικά ύψους 45m και κατόπιν τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία αξιολογήθηκαν με βάση το πείραμα στο εργαστήριο, όπου ένα στοιχείο του πυλώνα μήκους 8,534m που αντιπροσωπεύει το πρώτο άνοιγμα μεταξύ βάσης και πρώτης ομάδας ιστών του συνολικού φορέα υπόκειται σε πλευρική φόρτιση που προσομοιάζει τις πραγματικές συνθήκες έδρασης και φόρτισης του κατώτατου στοιχείου της πλήρους κλίμακας του πυλώνα.               

 Κατόπιν στη μελέτη αυτή εξετάζεται η συμπεριφορά ενός δικτυωτού πυλώνα κατασκευασμένου από σύνθετα υλικά ύψους 82,1m σε πλευρική φόρτιση, με τη βοήθεια του προγράμματος SOFISTIK. Ο πυλώνας αυτός συγκρατείται πλευρικά από τρεις (3) ομάδες τενόντων διατεταγμένες στο χώρο ανά εκατόν είκοσι μοιρες(120º). Κάθε ομάδα τενόντων αποτελείται από 7 καλώδια που ουσιαστικά αγκυρώνονται ανά περίπου 12m καθ’ύψος του πυλώνα. Από κάθε ομάδα καλωδίων τα τρία (3) πρώτα εδράζονται στα 30m από το κέντρο του πυλώνα, τα επόμενα δύο(2) στα 60m και τα δυο (2) τελευταία στα 70m από τη βάση του πυλώνα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της στατικής και της δυναμικής ανάλυσης του υπό μελέτη ιστού καθώς και ορισμένα συγκριτικά διαγράμματα όσον αφορά τις μετατοπίσεις των κόμβών καθ’ύψος του πυλώνα, τις αναπτυσσόμενες δυνάμεις στα καλώδια στις διάφορες ή πιο κρίσιμες επιλεγμένες περιπτώσεις φόρτισης.