Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ειδίκευσης είναι η πειραματική μελέτη και η θεωρητική πρόβλεψη των εναπομενουσών μηχανικών ιδιοτήτων, πολυμερών και πολυμερικών σύνθετων υλικών, μετά από χαμηλής ενέργειας επαναλαμβανόμενη κρουστική καταπόνηση. Στα πλαίσια της εργασίας μελετήθηκαν δύο διαφορετικά πολυμερικά υλικά (EP και PMMA) και δύο πολυμερικά σύνθετα υλικά (CFRP και GFRP). Τα δοκίμια από εποξειδική ρητίνη υποβλήθηκαν σε επαναλαμβανόμενη κρούση, με σταθερή ενέργεια κρούσης κάθε φορά, 1.25 Joule, ενώ τα υπόλοιπα δοκίμια σε επαναλαμβανόμενη κρούση, με σταθερή ενέργεια κρούσης 1 Joule. Μετά την κρούση, τα δοκίμια χαρακτηρίστηκαν μηχανικά με στατικά πειράματα κάμψης τριών σημείων, έτσι ώστε να μελετηθεί η υποβάθμιση, τόσο του μέτρου ελαστικότητας σε κάμψη, όσο και η μέγιστη αντοχή τους σε κάμψη, σαν συνάρτηση του αριθμού κρούσεων. Ανάλογα με το υλικό, παρατηρήθηκε και διαφορετικό μέγεθος υποβάθμισης, γεγονός που οφείλεται στη λειτουργία διαφορετικών μηχανισμών αστοχίας. Από θεωρητικής σκοπιάς, εφαρμόστηκαν δύο διαφορετικά μοντέλα πρόβλεψης των εναπομενουσών μηχανικών ιδιοτήτων. Το μοντέλο Παπανικολάου – Σταυρόπουλου και το μοντέλο Πρόβλεψης των Εναπομενουσών Ιδιοτήτων (Residual Property Model – R.P.M.) που εφαρμόστηκαν, έδωσαν αποτελέσματα άκρως ικανοποιητικά, με πολύ καλή σύγκλιση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις θεωρητικές προβλέψεις. / The purpose of the present work was to experimentally investigate the residual strength and stiffness of polymers and polymer-matrix composites and to theoretically predict the observed degradation by means, after low energy repeated impact. Two different types of composites (CFRP and GFRP) and two types of polymers (EP and PMMA), were examined. The plates of epoxy resin were repeatedly impacted with constant amount of impact energy on the order of 1.25 J and the rest of the above materials with constant impact energy on the order of 1.00 J. Afterwards the damaged specimens were tested under three-point bending conditions in order to investigate the degradation of both the bending modulus and strength as a function of the number of impacts. The results showed that there is a characteristic threshold of impact accumulated energy and/or number of repeated impacts, above which an abrupt degradation of the mechanical properties was observed. From theoretical point of view the measured variations were predicted by applying two different models. Namely, the Papanicolaou – Stavropoulos model and second the Residual Property Model (R.P.M.) have been applied in order to predict the observed degradations, using a minimum number of input data (one or two points only). A fair agreement between experimental results and theoretical predictions was found.

Ο χαρακτηρισμός της ποιότητας των χυτών κραμάτων αλουμινίου , γίνεται μέχρι σήμερα μέσω του χαρακτηρισμού της ποιότητας της μικροδομής, μετρήσεων σκληρότητας και πειραμάτων κρούσης και σε μικρότερο βαθμό, δοκιμών εκφυλισμού. Στην παρούσα διατριβή, προτείνεται ένας νέος εμπειρικός δείκτης για τον ποσοτικοποιημένο χαρακτηρισμό της ποιότητας χυτών κραμάτων αλουμινίου. Ο προτεινόμενος δείκτης αξιολογεί την ποιότητα ενός υλικού από την πλευρά του μηχανικού που σχεδιάζει ένα κατασκευαστικό στοιχείο και επομένως την αξιολογεί ως την ικανότητα του υλικού για μηχανικές επιδόσεις. Για την αξιολόγηση αυτή ο προτεινόμενος δείκτης συνεκτιμά την αντοχή και την ολκιμότητα του υλικού σε εκφυλισμό. Παράλληλα, για το χαρακτηρισμό της ποιότητας, ο δείκτης παίρνει υπόψη τη δυσθραυσότητα του υλικού καθώς και τη διασπορά των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού. Η διατύπωση του δείκτη στηρίχτηκε σε έναν ευρείας έκτασης πειραματικό χαρακτηρισμό της μηχανικής συμπεριφοράς σε εφελκυσμό καθώς και της μικροδομής των κυριότερων αεροπορικών χυτών κραμάτων αλουμινίου σε συνάρτηση με τη μεταβολή α) της χημικής σύστασης, β) του ρυθμού στερεοποίησης και γ) της θερμικής κατεργασίας αυτών καθώς και στη διατύπωση εμπειρικών συναρτήσεων για την εξάρτηση των μηχανικών ιδιοτήτων των κραμάτων που εξετάστηκαν από τις παραπάνω μεταβολές των παραμέτρων χύτευσης. Προκειμένου να διευκολυνθεί η αξιοποίηση του δείκτη, διατυπώθηκαν απλουστευμένες προσεγγιστικές εκφράσεις που επιτρέπουν τον υπολογισμό του από δεδομένα των απλών πειραμάτων της σκληρομέτρησης και της κρούσης. Τέλος προτάθηκε μεθοδολογία δημιουργίας χαρτών ποιότητας με βάση τον προταθέντα δείκτη για την υποστήριξη της επιλογής υλικού όταν είναι γνωστές οι απαιτήσεις σε μηχανικές επιδόσεις συγκεκριμένων κατασκευαστικών στοιχείων. / Quality evaluation of cast aluminum alloys is currently made mainly by means of the met- allographic characterization of the alloy’s niicrostructure, hardness measurements, impact tests and, to a lesser extend, tensile tests, are involved, as well. Yet, the overall decision is not a straight forward procedure, relies heavily on the experience of the quality engineer and involves an appreciable amount of subjective judgment. In the present Thesis, a new empirical quality index for the quantitative evaluation of the quality of cast aluminum alloys is introduced. The proposed index evaluates quality which is regarded as the ability of a material for mechanical performance. The index evaluates the quality of a cast alloy on the basis of a balance between the material’s tensile strength and ductility with regard also to the material’s toughness. In the proposed index the scatter in mechanical properties is also accounted. The formulation of the index has been based on an extensive experimental characterization of the tensile behavior and the microstructural features of the main aircraft aluminum cast alloys by varying chemical composition, solidification rate and artificial aging treat- ment. To facilitate the wide spread use of the index, simplified approximate expressions of the index have been formulated as well. These expressions allow for the calculation of the proposed quality index based on hardness measurements and impact test results. The index has been also exploited to devise quality maps, which may be used to support material selection with regard to the mechanical properties required by the design office for a certain application.