Πρόγραμμα Σπουδών

Διδάσκοντες:  Β. Κωστόπουλος, Γ. Παπανικολάου

Περιεχόμενο Μαθήματος

Μακροσκοπική μηχανική συμπεριφορά μονοαξονικής στρώσεως ινώδους συνθέτου υλικού (Σχέσεις τάσεων-παραμορφώσεων ανισοτρόπων γραμμικώς ελαστικών μέσων, Τεχνικές ελαστικές σταθερές γιά ορθότροπα μέσα, Κριτήρια μακροσκοπικής αστοχίας ορθοτρόπων υλικών, Αστοχία μονοαξονικών στρώσεων ινωδών συνθέτων υλικών, Μελέτη τόπων αστοχίας)

Μακρομηχανική συμπεριφορά πολυστρώτου πλακός (Στοιχεία γενικής θεωρίας λεπτότοιχων πλακών, Εξισώσεις ισορροπίας, Καταστατικές εξισώσεις πολυστρώτου πλακός, Συμμετρικές πολύστρωτες πλάκες, Τεχνικές ελαστικές σταθερές πολυστρώτου πλακός, Ψευδοϊσότροπες πολύστρωτες πλάκες, Sandwich δομικά στοιχεία, Δοκοί λεπτότοιχων διατομών, Υγροθερμική συμπεριφορά ινωδών συνθέτων υλικών, Εκ κατασκευής παραμένουσες τάσεις πολυστρώτων πλακών, Υγροθερμική παραμόρφωση πολυστρώτων πλακών, Μηχανική συμπεριφορά ασύμμετρων πολυστρώτων πλακών υπό υγροθερμική φόρτιση, Ανάλυση υγροθερμικής συμπεριφοράς πολυστρώτου πλακός υπό ανομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας)

Διδάσκοντες: Β. Κωστόπουλος, Θ. Λούτας

Περιεχόμενο Μαθήματος

Σύνθετα υλικά: μήτρες (πολυμερείς, μεταλλικές, κεραμικές) και υλικά ενίσχυσης (σωματίδια, ίνες, υφάσματα). Μέθοδοι μορφοποίησης για την κατασκευή προϊόντων και δομικών εξαρτημάτων από σύνθετα υλικά με θερμοσκληρυνόμενη και θερμοπλαστική μήτρα (αυτόματες και ημιαυτόματες τεχνικές). Τεχνικές συνένωσης κατασκευών που περιέχουν μέρη από σύνθετα υλικά. Ποιοτικός έλεγχος κατασκευών από σύνθετα υλικά.

Πειραματικός χαρακτηρισμός μηχανικών ιδιοτήτων ορθοτρόπου στρώσεως ινώδους συνθέτου υλικού (Στοιχεία θεωρίας ανισότροπης ελαστικότητας), Τεχνικές ελαστικές σταθερές, Επίδραση των συνιστωσών διατμητικής αλληλεπιδράσεως, SXS, SYS, στην παραμορφωσιακή συμπεριφορά γενικώς ορθοτρόπων στρώσεων, Συστήματα κυρίων τάσεων και παραμορφώσεων σε ορθότροπα υλικά, Μέτρηση διατμητικών παραμορφώσεων με ηλεκτρομηκυνσιόμετρα, Σφάλματα πειραματικών μετρήσεων σε δοκιμές ινωδών συνθέτων υλικών, Μέτρηση κατ΄όγκον περιεκτικότητος ινών, Δοκιμές βάσει προτύπων ISO για χαρακτηρισμό μηχανικών ιδιοτήτων στο επίπεδο της στρώσης, Υγροθερμική συμπεριφορά, Μέτρηση συντελεστών θερμικής και υγροσκοπικής διαστολής.

Βασικά στοιχεία θραυστομηχανικής, Διαστρωματική αντίσταση στη διάδοση αποκολλήσεων σε συνθήκες φόρτισης τύπου Ι και τύπου ΙΙ. Μέτρηση του Gic και Giic. Καμπύλες αντίστασης στη διάδοση αποκολλήσεων (R-curve).

Συμπεριφορά σε κόπωση ινωδών συνθέτων υλικών (Μηχανισμοί αστοχίας, Υποβάθμιση μηχανικών ιδιοτήτων αντοχής/δυσκαμψίας, Δοκιμές βάσει προτύπων για χαρακτηρισμό συμπεριφοράς σε κόπωση, Καμπύλες S-N, Διαγράμματα σταθερής ζωής, Γενικευμένος νόμος Goodman, Στατιστική αξιολόγηση πειραματικών δεδομένων κόπωσης, Νόμοι συσσώρευσης αστοχίας, Μοντέλλα πρόβλεψης ζωής)

Διδάσκοντες: Β. Κωστόπουλος, Γ. Ψαρράς, Γ. Παπανικολάου

Περιεχόμενο Μαθήματος

Κατανόηση της φύσης των Σύνθετων Υλικών (ΣΥ).  ΣΥ συνεχούς ενίσχυσης, κοντόϊνα σύνθετα υλικά , κοκκώδη σύνθετα και υβριδικά σύνθετα υλικά

Βασικά στοιχεία των μεθόδων κατασκευής των ΣΥ και του σχεδιασμού των προϊόντων που κατασκευάζονται από αυτά τα υλικά. Ιδιότητες των επιμέρους συστατικών των ΣΥ: της ίνας, της μήτρας και της διεπιφάνειας μεταξύ της ίνας και μήτρας.

Ταξινόμηση και ορισμός των σύνθετων υλικών καθώς και η σχέση μεταξύ σύνθετων υλικών και των πιο παραδοσιακών μηχανολογικών υλικών.

Βασικές μικρομηχανικές σχέσεις ιδιοτήτων ΣΥ με βάση τις ιδιότητες της ενίσχυσης και της μήτρας,  και ως συνάρτηση της μικροδομής και της διάταξης των ενισχυτικών εγκλεισμάτων.

Σύνθετα Υλικά με συνεχή ινώδη ενίσχυση. Η έννοια της διεπιφάνειας μήτρας-ίνας και οι μέθοδοι μέτρησης της αντοχής του δεσμού ίνας-μήτρας. Γεωμετρικές έννοιες των σύνθετων υλικών με ιδιαίτερη αναφορά στην πυκνότητα των ινών (κατανομή/διάταξη στο χώρο), την κατανομή μήκους ινών, τον προσανατολισμό των ινών σε 1D, 2D και 3D, τα κενά μέσα στη δομή του συνθέτου, κλπ.

Ελαστικές ιδιότητες μίας στρώσης μονοδιεύθυντης ενίσχυσης (UD). Σύγκριση θεωρητικών προβλέψεων με τα πειραματικά αποτελέσματα διαφόρων συστημάτων ίνας-ρητίνης. Βασικά στοιχεία θεωρίας πολυστρώτων πλακών.

Δυναμική μηχανική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών, κόπωση ΣΥ , απορρόφηση υγρασίας,  θραυστομηχανική συμπεριφορά ΣΥ, καθώς και διαστρωματική αποκόλληση σε mode I kai mode II.

Θερμική συμπεριφορά σύνθετων υλικών: Θερμοχωρητικότητα. Θερμική διαστολή. Θερμική αγωγή.  Θερμικά αναπτυσσόμενες τάσεις. Υγροθερμική συμπεριφορά.

Ηλεκτρικές ιδιότητες σύνθετων υλικών: Τα σύνθετα υλικά ως στατιστικό μείγμα φάσεων. Διηλεκτρική συμπεριφορά. Διηλεκτρική κατάρρευση. Ελεγχόμενη αγωγιμότητα. Θεωρία διάδοσης (percolation theory).

ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΤΩΝ ΤΜΗΜΑΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ, ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ, ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ 

ΤΩΝ ΣΧΟΛΩΝ: ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΤΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ

τίτλος ΔΠΜΣ: ‘’Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών και Σύνθετων Υλικών’’

Μάθημα: Υπολογιστικές μέθοδοι μακρομοριακών συστημάτων

• Το πρόβλημα των μεγάλων χρόνων χαλάρωσης στα μακρομοριακά συστήματα
• Σύντομη επανάληψη της θεωρίας των στατιστικών συνόλων με έμφαση στα μακρομοριακά συστήματα
• Η μέθοδος της μοριακής δυναμικής (MD)
• Η μέθοδος της μοριακής δυναμικής εκτός ισορροπίας (NEMD)
• Η μέθοδος Monte Carlo (MC): Έξυπνες κινήσεις για μακρομοριακά συστήματα
• Θεωρία μεταβατικών καταστάσεων για την ανάλυση σπάνιων φαινομένων στα μακρομοριακά συστήματα (εφαρμογή στη διάχυση μικρών μορίων μέσα από πολυμερικά γυαλιά)
• Αδροποιημένες μέθοδοι προσομοίωσης μακρομοριακών συστημάτων
• Η μέθοδος dissipative particle dynamics (DPD)
• Η μέθοδος της δυναμικής κατά Brown (BD) για μακρομοριακά συστήματα
• Μοντέλα δικτύου (π.χ., τύπου slip-link) για μακρομοριακά συστήματα

Course: Computational methods for macromolecular systems

• The problem of multiple time and length scales in macromolecular systems
• A quick introduction to Statistical Ensembles with emphasis to macromolecular systems
• The method of Molecular Dynamics (MD)
• The non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) method
• The Monte Carlo (MC) method: Novel sampling schemes for macromolecular systems
• Transition State Theory (TST) for the analysis of infrequent events in macromolecular systems
• Coarse-grained methods for macromolecular systems
• The dissipative particle dynamics (DPD) method
• The method of Brownian Dynamics (BD) for macromolecular systems
• Slip-link and other network models for macromolecular systems

Μάθημα: Ρεολογία Πολυμερών

• Διανυσματικός λογισμός (επανάληψη) και χρήση στη ρεολογία.
• Τανυστής τάσεων και ερμηνεία του.
• Νευτώνεια συμπεριφορά. Γενικευμένη Νευτώνεια συμπεριφορά.
• Μη Νευτώνεια συμπεριφορά (και επίδειξη μέσω πειραμάτων). Εισαγωγή στην ιξωδοελαστικότητα των πολυμερικών ρευστών.
• Συναρτήσεις υλικού: διατμητικό και εκτατικό ιξώδες, συντελεστές καθέτων τάσεων, μέτρα αποθήκευσης και απωλειών, μέτρο επανάταξης, κλπ. Κανόνας Trouton.
• Τα πρώτα (φαινομενολογικά) ιξωδοελαστικά μοντέλα. Μοντέλα Maxwell, Voigt και Jeffreys. Το γενικευμένο γραμμικό ιξωδοελαστικό μοντέλο.
• Εφαρμογές του γενικευμένου γραμμικού ιξωδοελαστικού μοντέλου στα ακόλουθα ρεολογικά πειράματα: έναρξη διατμητικής ροής (shear flow), χαλάρωση τάσεων μετά την επιβολή απότομης διατμητικής παραμόρφωσης (stress relaxation), ανάπτυξη τάσεων (stress growth), περιορισμένη ανάκτηση (constrained recoil), διατμητική ταλάντωση μικρού πλάτους (small amplitude oscillatory shear), ερπυσμός-τάνυση (creep). Υπολογισμός των αντίστοιχων συναρτήσεων υλικού.
• Αριθμητική προτυποποίηση (fitting) ρεολογικών δεδομένων. Ιξωδοελαστικό φάσμα. Αρχή υπέρθεσης χρόνου-θερμοκρασίας.
• Άλλα ιξωδοελαστικά μοντέλα (βασισμένα σε θεωρίες συνεχούς μέσου): Οldroyd-B, Giesekus, Phan-Thien/Tanner (PTT). Σύγκριση των διαφόρων ιξωδοελαστικών μοντέλων.
• Εισαγωγή στις μοριακές θεωρίες: θεωρία Rouse, θεωρία ερπυσμού.

Course: Polymer Rheology

• Vector and tensor calculus (quick overview) and application in rheology.
• Stress tensor and its physical meaning.
• Newtonian behavior. Generalized Newtonian behavior.
• Non-Newtonian behavior (and demonstration via experiments). Introduction to viscoelasticity of polymer liquids
• Material functions in simple flows: shear viscosity, normal stress coefficients, extensional viscosity, storage and loss moduli, compliance, etc. Trouton’s rule.
• The first (phenomenological) viscoelastic models. Maxwell, Voigt and Jeffreys models. The generalized linear viscoelastic model.
• Applications of the generalized linear viscoelastic model to the following rheological experiments: start-up of shear flow, stress relaxation after a sudden shearing displacement, stress growth, constrained recoil, small amplitude oscillatory shear flow, creep. Calculation of the corresponding material functions.
• Fitting linear viscoelastic data. The relaxation spectrum. Time-temperature superposition principle.
• Other viscoelastic models (continuum models): Οldroyd-B, Giesekus, Phan-Thien/Tanner (PTT). Comparison of the viscoelastic models.
• Introduction to molecular theories of polymers: Rouse model and normal mode analysis, tube model and reptation theory.