Βελτιστοποίηση συνθηκών έδρασης μηχανικών διατάξεων με τη χρήση προηγμένων υλικών
Authors: Τσογγάς Κωνσταντίνος 
Published: September 2021

Η δυναμική συμπεριφορά μηχανών και μηχανικών διατάξεων είναι άμεσα συνυφασμένη με την απόδοση τους. Η επίδραση του δυναμικού φαινομένου είναι πολύ σημαντική για την ασφαλή λειτουργία μιας μηχανής και για τη βελτιστοποίηση των προϊόντων της. Η επίτευξη της ακρίβειας εξαρτάται μεταξύ άλλων και από τη δυναμική συμπεριφορά της μηχανικής διάταξης. Αποτέλεσμα των ταλαντωτικών φαινομένων είναι οι διάφορες ανεπιθύμητες δονήσεις, οι οποίες επηρεάζουν την ίδια τη μηχανολογική κατασκευή αλλά και το περιβάλλον μέσα στο οποίο λειτουργεί. Συχνά προβλήματα είναι η πρόκληση προσωρινής δυσλειτουργίας λόγω υπερβολικής ταλάντωσης και η δημιουργία διαταραχών όπως αστοχία από κόπωση, πρόωρη φθορά, δυσφορία στο χειριστή, μη ασφαλείς συνθήκες εργασίας και υψηλά επίπεδα θορύβου. Για όλα τα παραπάνω πιθανά προβλήματα, είναι σημαντική η πρόβλεψη του εύρους των ταλαντώσεων μιας κατασκευής, ώστε να περιοριστούν. Η δυναμική απόκριση μιας μηχανικής διάταξης υπαγορεύεται εκτός από την κατασκευαστική της διαμόρφωση και από τις συνθήκες έδρασής της. Με την κατάλληλη έδραση επιδιώκονται αφενός ο περιορισμός της μετάδοσης των δυναμικών διεγέρσεων που προκαλεί η ίδια η μηχανή ή αυτών που δέχεται από το περιβάλλον και αφετέρου επιτυγχάνεται η απαιτούμενη ακρίβεια στην κατεργασία και στις μετρήσεις ελέγχου. Στόχος της διδακτορικής αυτής διατριβής αποτελεί η χρήση καινοτόμων νανοϋλικών για την ανάπτυξη πολύ-λειτουργικών νανοσύνθετων υλικών και την εφαρμογή τους για το βέλτιστο προσδιορισμό της έδρασης μηχανικών διατάξεων. Τα νανοσύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας έχουν προσελκύσει τις τελευταίες δύο δεκαετίες το ιδιαίτερο ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, τόσο σε επίπεδο έρευνας όσο και σε σχέση με την τεχνολογική αξιοποίηση αυτών στον τομέα της βιομηχανίας. Η πρόκληση και το ενδιαφέρον στην ανάπτυξη νανοσυνθέτων υλικών πολυμερικής μήτρας είναι η εκμετάλλευση των μοναδικών μηχανικών ιδιοτήτων των νανοϋλικών για εφαρμοσμένα προβλήματα σε επίπεδο μακροδομής. Υλικά υψηλής μηχανικής απόδοσης προορίζονται για τεχνολογικά ανώτερες εφαρμογές και προσελκύουν τον ερευνητικό τομέα της σύγχρονης βιομηχανίας. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή επιχειρείται ο αναλυτικός-πειραματικός προσδιορισμός των δυναμικών χαρακτηριστικών διάφορων νανοσύνθετων υλικών, με σκοπό την εφαρμογή των βέλτιστων για την αποφυγή μετάδοσης ταλαντώσεων μέσω της έδρασης μηχανολογικών κατασκευών. Αρχικά, τα ταλαντωτικά χαρακτηριστικά διάφορων νανοσύνθετων υλικών που χρησιμοποιούνται στην έδραση, προσδιορίζονται αναλυτικά από πειραματικά μετρημένες συναρτήσεις μετάδοσης με τη βοήθεια γενετικών αλγορίθμων. Για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών της έδρασης γίνεται χρήση ενός προσομοιωτικού μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων που αντιπροσωπεύει το σύστημα μηχανή-έδραση-έδαφος. Στη συνέχεια διεξάγονται πειράματα σε πραγματική μηχανή με μία προτεινόμενη έδραση και προσδιορίζεται η συνάρτηση μετάδοσης του συστήματος μηχανή-έδραση-έδαφος. Ο βέλτιστος προσδιορισμός των ταλαντωτικών χαρακτηριστικών του προσομοιωτικού συστήματος γίνεται με τη βοήθεια ενός αναπτυγμένου γενετικού αλγόριθμου. Τέλος, παραλλάσσοντας τα δυναμικά χαρακτηριστικά της έδρασης επιτυγχάνεται η βελτιστοποίηση της γεωμετρικής της μορφής και των ταλαντωτικών χαρακτηριστικών της και προτείνεται η κατάλληλη.