Προσδιορισμός των μηχανικών ιδιοτήτων σύνθετων πιεζοηλεκτρικών υλικών με μεθόδους υπολογιστικής ομογενοποίησης και πεπερασμένων στοιχείων (Master thesis)

Παπαγιάννη, Δήμητρα


The present work deals with the modeling of four 3D periodic composites made of piezoceramic fibers and polymer matrix with different volume fractions 17%-54%. We focus on predicting the effective coefficients - elastic, piezoelectric and dielectric properties of periodic transversely isotropic fiber composites using representative volume element method (unit cell method). Great emphasis was placed on the construction of six special cases of boundary conditions in order to find the above mentioned properties of the composite material. The numerical approach used is this of finite element method (FEM) using Ansys 19.1 and Comsol Multiphysics 5.4. The representative volume element models were modeled using the Ansys element : Solid 226 with the capability of modeling piezoelectric applications hence it is a 3-D, 20-Node Coupled-Field element. The steps followed in this work were: building the geometry of the four models adding mechanical properties adjusting behavior of interface boundary conditions solve results calculation of elastic, piezoelectric and dielectric properties of the composite material.
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Subject classification: Σύνθετα υλικά
Keywords: Σύνθετα υλικά,Πιεζοηλεκτρισμός,Ομογενοποίηση,Πεπερασμένα στοιχεία,Composites,Piezoelectricity,Homogenization,Finite element method
URI: http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29406
Item type: masterThesis
Subject classification: Σύνθετα υλικά
Submission Date: 2019-06-07T11:03:12Z
Item language: el
Item access scheme: free
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Publication date: 2019
Bibliographic citation: Βιβλιογραφία: σ. 83-84
Abstract: Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκαν τέσσερα τρισδιάστατα αριθμητικά μοντέλα σύνθετου υλικού, με διαφορετικά ποσοστά όγκου ινών από 17% – 54% και τα αντιπροσωπευτικά στοιχεία όγκου τους – RVE με βάση τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για την εύρεση των ελαστικών, πιεζοηλεκτρικών και διηλεκτρικών ιδιοτήτων του σύνθετου υλικού. Μεγάλη έμφαση δόθηκε στην επιβολή συνοριακών συνθηκών ώστε να βρεθούν οι προαναφερθείσες ζητούμενες ιδιότητες του σύνθετου υλικού. Τα μοντέλα αναπτύχθηκαν χρησιμοποιώντας 2 εμπορικά πακέτα πεπερασμένων στοιχείων. Το Ansys 19.1 μαζί με το Piezo and MEMS extension και το Comsol Multiphysics 5.4 Τα αντιπροσωπευτικά στοιχεία όγκου μοντελοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το στοιχείο του Ansys, Solid 226 με δυνατότητα για πιεζοηλεκτρική ανάλυση – τρισδιάστατο ισοπαραμετρικό εξαεδρικό στοιχείο με 20 κόμβους με έως 5 βαθμούς ελευθερίας ανά κόμβο. Τα βήματα τα οποία ακολουθήθηκαν για την μοντελοποίηση ήταν : κατασκευή γεωμετρίας εισαγωγή μηχανικών ιδιοτήτων ρύθμιση ιδιοτήτων διεπαφής διακριτοποίηση εισαγωγή πιεζοηλεκτρικών και διηλεκτρικών ιδιοτήτων εφαρμογή περιοδικών συνοριακών συνθηκών ρυθμίσεις επίλυσης λήψη αποτελεσμάτων υπολογισμός ζητούμενων σταθερών. Η διαδικασία μοντελοποίησης ακολουθεί τις ίδιες βασικές αρχές και στα 2 προγράμματα.
The present work deals with the modeling of four 3D periodic composites made of piezoceramic fibers and polymer matrix with different volume fractions 17%-54%. We focus on predicting the effective coefficients - elastic, piezoelectric and dielectric properties of periodic transversely isotropic fiber composites using representative volume element method (unit cell method). Great emphasis was placed on the construction of six special cases of boundary conditions in order to find the above mentioned properties of the composite material. The numerical approach used is this of finite element method (FEM) using Ansys 19.1 and Comsol Multiphysics 5.4. The representative volume element models were modeled using the Ansys element : Solid 226 with the capability of modeling piezoelectric applications hence it is a 3-D, 20-Node Coupled-Field element. The steps followed in this work were: building the geometry of the four models adding mechanical properties adjusting behavior of interface boundary conditions solve results calculation of elastic, piezoelectric and dielectric properties of the composite material.
Advisor name: Χατζηγεωργίου, Ευάγγελος
Examining committee: Χατζηγεωργίου, Ευάγγελος
Καλπακίδης, Βασίλειος
Γεργίδης, Λεωνίδας
Publishing department/division: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Publishing institution: uoi
Number of pages: 84 σ.
Appears in Collections:Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Μ.Ε. ΠΑΠΑΓΙΑΝΝΗ ΔΗΜΗΤΡΑ 2019.pdf4.02 MBAdobe PDFView/Open



 Please use this identifier to cite or link to this item:
http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29406
  This item is a favorite for 0 people.

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.