Βελτιστοποίηση μικρού σκάφους από σύνθετα υλικά με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων

Βούλγαρης, Γρηγόριος

Optimization of a composite material craft by applying the finite element method

Διπλωματική εργασία

Author

Βούλγαρης, Γρηγόριος

Date

2024-04-15

Advisor

Δραγατογιάννης, Δημήτριος

Voulgaris_18393015.pdf (38.17Mb)

Keywords

Πεπερασμένα στοιχεία ; DNV ; Βελτιστοποίηση ; Σύνθετα υλικά ; Μελέτη αντοχής

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η αντοχή ενός μικρού σκάφους (<24m) από σύνθετα υλικά ακολουθώντας τους κανονισμούς του Νορβηγικού νηογνώμονα (DNV) και στη συνέχεια βελτιστοποιήθηκε η κατασκευή με τη χρήση της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method) με στόχο τη μείωση του βάρους της. Αρχικά, έγινε μία εκτενής επισκόπηση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Method) και των συνθέτων υλικών, δίνοντας έμφαση σε αυτά που χρησιμοποιούνται στη ναυπηγική μικρών σκαφών. Τα σύνθετα υλικά, τα οποία αναλύονται περαιτέρω είναι αυτά τα οποία στη συνέχεια που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της κατασκευής του σκάφους. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίηση του σκάφους, συνδυάζοντας το σχεδιαστικό πρόγραμμα Rhinoceros 6 και το ANSYS. Αφού ολοκληρώθηκε η μοντελοποίηση, υπολογίσθηκαν όλες οι προβλεπόμενες πιέσεις και ροπές, σύμφωνα με τους κανονισμούς του DNV. Οι πιέσεις αυτές εισήχθησαν στο ANSYS, έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί ο έλεγχος αντοχής του σκάφους. Tέλος, με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης αντοχής του σκάφους προτείνεται μια νέα διαστρωμάτωση της κατασκευής της γάστρας του σκάφους και προσθήκη κατάλληλων ενισχυτικών, έτσι ώστε να αυξηθεί η συνολική αντοχή του σκάφους, με παράλληλη μείωση του κόστους κατασκευής και του βάρους του.

Abstract

In this thesis the strength of a small vessel (<24m) made of composite materials was studied following the regulations of the Norwegian classification society (DNV) and then the construction was optimized using the Finite Element Method in order to reduce the weight of the vessel. Initially, an extensive overview of the Finite Element Method and composite materials was given, with emphasis on those used in small boat building. The composite materials, which are further analyzed, are those which are then used to study the construction of the vessel. The modelling of the vessel was then carried out, combining the design program Rhinoceros 6 and ANSYS. This is, a complex process, quite time consuming, which requires high accuracy, as any error will bring discrepancies in the final results. After the modelling was completed, all predicted pressures and moments were calculated, in accordance with DNV regulations. These pressures were imported into ANSYS in order to carry out the strength check of the vessel. Finally, based on the results of the vessel strength study, a new layering of the hull structure and the addition of appropriate reinforcements is proposed in order to increase the overall strength of the vessel, while reducing its construction cost and weight.