title: Σχεδιασμός αυξητικών μεγεθών σε παραμορφώσιμες κατασκευές με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων
title: Design of auxetic materials in deformable structures using the finite element method
Creators: name: Μουστου Μαργαριτα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Όπως είναι φανερό, με την άνοδο τις τεχνολογίας αυξάνονται οι σχεδιαστικές απαιτήσεις σε συστήματα. Πλέον υπάρχει η δυνατότητα παραγωγής προϊόντων με καλύτερο σχεδιασμό για να εξυπηρετούν βέλτιστα τον σκοπό τους. Ο  βέλτιστος  σχεδιασμός μπορεί να επιτευχθεί με την  επιλογή της κατάλληλης δομής υλικού, καθώς και με τον κατάλληλο καταμερισμό μάζας. Ειδικότερα, η επιλογή της βασικής δομής αποτελεί σημαντικό παράγοντα για τις ιδιότητες ενός προϊόντος. Έχοντας τη καταλληλότερη επιλογή μπορεί να αυξηθεί η απόδοση της απορρόφησης κραδασμών σε δομικές κατασκευές (π.χ. δοκό ή πλάκα). Έτσι γίνεται η καταστολή των ταλαντώσεων, οι οποίες προκλήθηκαν από εξωτερικά αίτια όπως δονήσεις.
Επίσης, είναι καίριας σημασίας πέρα από την επιλογή της δομής να γίνει και τοπική βελτιστοποίηση του σώματος. Με την απαραίτητη μελέτη της κατανομής των δυνάμεων που ασκούνται στα δομικά υλικά μπορούμε να χωρίσουμε το σώμα σε διακριτά σημεία και να ερευνήσουμε τι παραμορφώσεις τους ασκούνται. Οπότε έχουμε την δυνατότητα να ενισχύσουμε σημεία που υπόκεινται σε μεγάλες τάσεις καθώς και να αφαιρέσουμε υλικό από όπου είναι περιττό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα μια πιο ελαφριά κατασκευή, με πιο γρήγορο ρυθμό παραγωγής, χρησιμοποιώντας λιγότερη πρώτη ύλη.
Στην παρούσα διπλωματική θα γίνει μελέτη αυτών των δυνατοτήτων. Θα αναλυθούν τα οφέλη της χρήσης αυξητικών μικροδομών καθώς και διάφορες εφαρμογές τους. Έπειτα θα μοντελοποιηθούν στον δισδιάστατο και τον τρισδιάστατο χώρο με τη χρήση του προγράμματος Inventor, ώστε να γίνει κατανοητή η δομή των αυξητικών επιθεμάτων. Στη συνέχεια, θα εφαρμοστεί τοπολογική βελτιστοποίηση των τεμαχίων για την αυξομείωση της κατανομής μάζας μέσω του προγράμματος nTopology. Τέλος στην δομή που μελετήσαμε και επεξεργαστήκαμε, θα προστεθεί για να πραγματοποιηθεί στατική ανάλυση σε δοκό, εφαρμόζοντας εμπορικό πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων.
Αφότου ολοκληρωθούν τα στάδια της επεξεργασίας των δομών, θα εξάγουμε συμπέρασμα για την βελτίωση των τρόπων παραγωγής δομικών υλικών. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η κατανόηση του τρόπου επίδρασης των τάσεων καθώς και η συμπερίληψη τους στον σχεδιασμό, έτσι ώστε να παράγουμε μία δομή με επαυξημένες ιδιότητες. 

description: As is evident, with the rise of technology, the design requirements for systems increase. Now there is the possibility of producing products with a better design to optimally serve their purpose. Optimal design can be achieved by choosing the appropriate material structure, as well as the appropriate mass distribution. In particular, the choice of basic structure is an important factor for the properties of a product. Having the most appropriate choice can increase the performance of shock absorption in structural structures (eg beam or slab). This is how the oscillations, which were caused by external causes such as vibrations, are suppressed.
Also, it is crucial beyond the choice of the structure to do local optimization of the body. With the necessary study of the distribution of the forces exerted on the structural materials, we can divide the body into discrete points and investigate what deformations are exerted on them. So we have the ability to reinforce points subject to high stresses as well as remove material from where it is unnecessary. This results in a lighter construction, with a faster production rate, using less raw material.
In this thesis, these possibilities will be studied. The benefits of using incremental microstructures as well as their various applications will be analyzed. They will then be modeled in 2D and 3D space using the Inventor program to understand the structure of the growth patches. Next, topological optimization of the blocks will be applied to adjust the mass distribution through the nTopology program. Finally, the structure we studied and processed will be added to perform static analysis on a beam, applying a commercial finite element program.
After the stages of processing the structures are completed, we will draw a conclusion for the improvement of the ways of production of building materials. The aim of this work is to understand the effect of the stresses as well as their inclusion in the design, so as to produce a structure with enhanced properties.