Submit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn

Η ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΘΡΑΥΣΗΣ ΚΑΙ Η ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΜΙΑΣ ΡΩΓΜΗΣ ΕΝΤΟΣ ΣΤΕΡΕΟΥ ΥΛΙΚΟΥ

Από τα χρόνια του Αρχιμήδη και του Αριστοτέλη πρωτοεμφανίζεται η έννοια “ευσταθής” στη μηχανική, αναφερόμενη στην κίνηση ενός σώματος με επικέντρωση την εφαρμογή της στην τροχιά που ακολουθεί ένας πλανήτης γύρω από τον ήλιο. Στα νεωτέρα χρόνια δόθηκε ένας πιο αυστηρός ορισμός, με τη χρήση των μαθηματικών δίχως να επιλυθούν πλήρως τα σχετικά προβλήματα, όπως είναι το πρόβλημα των τριών σωμάτων. Έτσι, ως ‘ευσταθής’ θεωρείται η τροχιά κίνησης ενός σώματος, όταν μετά από μια μικρή επιβαλλόμενη απόκλιση επιστρέφει στην αρχική ακολουθούμενη τροχιά του.

Η μηχανική της θραύσης, μια επιστήμη που αναπτύχτηκε τα τελευταία χρόνια, επικέντρωσε την ερευνά της πάνω στην επέκταση μιας ρωγμής εντός στερεού υλικού. Η επέκταση αυτή είναι ένα φαινόμενο αστάθειας, αφού πρόκειται για το σπάσιμο των δεσμών που διατηρούν τη συνέχεια της δομής της στερεάς ύλης. Για την πληρέστερη περιγραφή του φαινόμενου της θραύσης ενός στερεού υλικού εισήχθηκαν νέες έννοιες και φυσικά νέες μετρίσιμες μηχανικές παράμετροι, όπως είναι η ευσταθής ή ασταθής επέκταση μιας προϋπάρχουσας ρωγμής και η ευσταθής ή ασταθής τροχιά διάδοσης του άκρου της ρωγμής.

Η διακεκριμένη έρευνα του καθηγητή του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης (Δ.Π.Θ.), Δρ. Δημήτρη Ζαχαρόπουλου μπορεί να προβλέψει την τροχιά διάδοσης μιας ρωγμής σε υλικά που συμπεριφέρονται με ψαθυρό τρόπο και επιπλέον να απαντήσει στο ερώτημα που έχει αναδυθεί στη Μηχανική της Θραύσης και την έχει απασχολήσει τα τελευταία χρόνια ως προς το πότε η τροχιά είναι ευσταθής και πότε ασταθής.

Πρωτοποριακή θεωρία πάνω στην ευστάθεια / αστάθεια της τροχιάς διάδοσης μιας ρωγμής

ΤΑ ΕΥΡΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΔΙΑΚΕΚΡΙΜΕΝΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Όλες οι μέχρι τα τελευταία χρόνια προσπάθειες δεν κατάφεραν να επιλύσουν πλήρως το πρόβλημα του προσδιορισμού της τροχιάς διάδοσης του άκρου της ρωγμής καθώς και του είδους της, παρά μόνο για μερικές περιπτώσεις δοκιμίων με ευνοϊκή γεωμετρία.

Η μέθοδος που προτάθηκε βασίζεται στην επονομαζόμενη υπόθεση της μέγιστης κλίσης της πυκνότητας της ενέργειας παραμόρφωσης (HMG of SED) και διατυπώνεται ως εξής:

Η τροχιά που ακολουθεί το άκρο της ρωγμής είναι η καμπύλη που προκύπτει από τη μέγιστη κατ’ απόλυτο τιμή κλίση της πυκνότητας της ενέργειας παραμόρφωσης, που είναι αποθηκευμένη στη μονάδα του όγκου του στερεού σώματος. Με αλλά λόγια, είναι η χαράδρα στον χάρτη των ισοϋψών της πυκνότητας της ενεργείας παραμόρφωσης.

Ο βαθμός της ευστάθειας προκύπτει από την οξύτητα χάραξης της καμπύλης της χαράδρας πάνω στον χάρτη των ισοϋψών. Η ασάφεια της χάραξης οδηγεί στην χαοτική συμπεριφορά της εμφανιζόμενης τροχιάς του άκρου της ρωγμής.

Η παραπάνω διατυπωθείσα καθολική υπόθεση μπορεί να δώσει αποτελέσματα μέσα από την επεξεργασία του χάρτη των ισοϋψών της πυκνότητας της ενεργείας παραμόρφωσης. Τον χάρτη αυτό μπορεί κανείς να τον χαράξει για οποιοδήποτε δοκίμιο, δυο η τριών διαστάσεων, με τη χρήση υψηλής απόδοσης προγράμματος ηλεκτρονικού υπολογιστή, αρκεί να προσομοιωθεί η γεωμετρία και οι συνοριακές συνθήκες του δοκιμίου με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Εφαρμόζοντας την παραπάνω απλή διαδικασία αποκτήθηκαν αποτελέσματα που ανέδειξαν για πρώτη φορά την πολυπλοκότητα της συμπεριφοράς πολλών διαφορετικών δοκιμίων. Δοκίμια κατασκευασμένα από ψαθυρό υλικό που καταπονήθηκαν επιπλέον στο εργαστήριο της Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Δ.Π.Θ. καθώς και αποτελεσμάτων από τη διεθνή βιβλιογραφία επιβεβαίωσαν τις προβλεπόμενες μηχανικές συμπεριφορές με την προτεινόμενη μέθοδο.

Διεθνής Αναγνώριση

Ο καθηγητής του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης, Δρ. Δημήτρης Ζαχαρόπουλος, με την προτεινόμενη μέθοδο που βασίζεται στην υπόθεση της μέγιστης κλίσης της ενέργειας παραμόρφωσης στην μονάδα του όγκου ενός υλικού, και η οποία εφαρμόζεται με επιτυχία σε πολλά προβλήματα της Μηχανικής της Θραύσης, χαίρει αναγνώρισης από τη διεθνή ερευνητική κοινότητα πάνω στο συγκεκριμένο πεδίο της Μηχανικής της Θραύσης.

Έχει προσκληθεί σε σειρά συνεδρίων με σημαντικότερο εκείνο της Ακαδημίας Επιστήμων και της Επιτροπής Ατομικής Έρευνας της Ουγγαρίας, που πραγματοποιήθηκε στην Ουγγαρία το Σεπτέμβριο του 2012 και στην Αυστρία τον Οκτώβριο του 2012, με τίτλο: «The 14th International Congress on Mesomechanics».

Επιπλέον στον θεματικό τίτλο ?Crack Path Stability του φυλλομετρητή ?Google? κατέχει τις πρώτες θέσεις μέχρι σήμερα.

Είναι μόνιμος κριτής του Elsevier στο υψηλού επιπέδου περιοδικό «Engineering Fracture Mechanics» ενώ επί δυο συνεχή έτη κρατούσε τη 12η θέση στις σημαντικότερες 25 δημοσιεύσεις του περιοδικού «Theoretical and Applied Fracture Mechanics».

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ

Δημήτρης Ζαχαρόπουλος, Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης.

http://www.civil.duth.gr/http://www.civil.duth.gr/department/dep/Zacharopoulos.shtml