Our study was designed to test the hypothesis that flowfield properties such as WSS are closely related to cardiovascular disease. The spatial distribution patterns of several hemodynamic indices (gradient of WSS) were examined and compared with the (known) locations of plaque formation in human aorta. The part of the aorta on which we focused is ascending, aortic arch and descending aorta. Blood flow is influenced by vessel wall motion. Fluid Structure Interaction (FSI) is also investigated and discussed during the description of hemodynamic environment that leads to plaque formation in human aorta. Our Data were DICOM files from Computed Tomography (CT) scans. Using Vascular Modeling Toolkit (VMTK) and these scans as the input, we choose level set segmentation method to extract the geometry of the vessel needed for the simulation. ANSYS CFX Solver was used for the simulation of blood flow. The present numerical study revealed a direct correlation between low WSS values and atherosclerotic plaque localization. The results indicate also that Oscillating Shear Index (OSI) shows clearly points where the possibility of atherogenesis is high enough to be ignored. FSI provides unimportant details when we focused on plaque formation. / Η παρούσα εργασία μελετά την υπόθεση που συνδέει τις ιδιότητες του πεδίου ροής, όπως οι διατμητικές τάσεις (Wall Shear Stresses), με καρδιαγγειακές παθήσεις. Η χωρική κατανομή διάφορων δεικτών αιμοδυναμικής φύσεως (όπως η βάθμωση των διατμητικών τάσεων) μελετήθηκε και τα σημεία που εντοπίστηκαν ως ύποπτα για την ανάπτυξη αθηρωματικών πλακών συγκρίθηκαν με γνωστές από τη βιβλιογραφία περιοχές σχηματισμού τέτοιων φλεγμονών στην ανθρώπινη αορτή. Το τμήμα της αορτής στο οποίο εστιάσαμε είναι η ανιούσα, το αορτικό τόξο και η κατιούσα αορτή. Εξετάστηκε απίσης το ενδεχόμενο να επηρεάζεται η ροή του αίματος από την κίνηση του αρτηριακού τοιχώματος.

Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετάται η ανάπτυξη ενός μοντέλου προσομοίωσης αλληλεπίδρασης ρευστού-στερεού για τον προσδιορισμό ρευστοδυναμικών παραμέτρων (Wall Shear Stress, Von Mises Stress κ.α.) μέσω των οποίων θα μπορεί μελλοντικά να προβλεφθεί η ρήξη ή όχι ενός ενδοκρανιακού ανευρύσματος. Αρχικά γίνεται μια σύντομη παρουσίαση του ιατρικού προβήματος ώστε να γίνει κατανοητή η σπουδαιότητα της ανάπτυξης του υπολογιστικού μοντέλου με σκοπό τον υπολογισμό παραμέτρων οι οποίες μπορούν να φανούν χρήσιμες. Κατά τη διάρκεια ανάπτυξης του μοντέλου αξιοποιήθηκαν πραγματικά δεδομένα απεικονιστικών διατάξεων ασθενών του Αττικού Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσο- κομείου. Εν συνεχεία, η επεξεργασία των εικόνων αυτών διεξήχθει στο λογισμικό ανοιχτού κώδικα VMTK (Vascular Modeling Toolkit) από όπου προήλθε και η τρισδιάστα- τη ανακατασκευη τους. Στο επόμενο στάδιο, οι γεωμετρίες που προέκυψαν από την επεξεργασία εικόνας εισήχθησαν στο λογισμικό εμπορικού κώδικα ANSYS όπου και αναπτύχθηκε το υπολογιστικό μοντέλο το οποίο περιείχε και την αλληλεπίδραση ρευστού και στερεού (FSI). Αξίζει να αναφερθεί το γεγονός ότι το μοντέλο που αναπτύχθηκε περιείχε κινούμενα στοιχεία πλέγματος (Moving Mesh), τα οποία συμβάλλουν στον ακριβέστερο υπολογισμό και αποτύπωση παραμέτρων που υπολογίστηκαν στη συνέχεια. Τέλος αναφέρονται κάποιοι μελλοντικοί στόχοι και προοπτικές μέσω των αποτελεσ- μάτων που προέκυψαν από την ανάλυση του μοντέλου. / In the present M.Sc thesis we are studying the development of a numerical model that simulates fluid-solid interaction for determining fluid dynamics parameters (Wall Shear Stress, Von Mises Stress etc) through which through which could be predicted the rupture or not of an intracranial aneurysm. First, a brief presentation of the medical problem is being made, to understand the importance of developing the computational model in order to calculate parameters which can be useful. During the development of the model, real imaging data from CT scans taken from patients of Attikon General University Hospital were exploited. Thereafter, the processing of these images was performed in the open-source software VMTK (Vascular Modeling Toolkit) from where came the three-dimensional reconstruction. In the next step, the geometries obtained from the image processing have been introduced in the commercial software ANSYS where the computational model that contains the interaction of fluid and solid has been developed (FSI). It is worth mentioning that the model developed, contained moving mesh elements, which contribute to more accurate calculation and mapping of parameters which were calculated after. Finally, some future objectives and prospects are being referred, through the results obtained from the analysis of the model.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την καμπτική ενίσχυση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος με στρώσεις σκυροδέματος στο εφελκυόμενο ή στο θλιβόμενο πέλμα τους. Ιδιαίτερα ασχολείται με τον προσδιορισμό της ολίσθησης στη διεπιφάνεια τους. Συγκεκριμένα στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση για τις διεπιφάνειες σκυροδέματος. Παρουσιάζονται όλα τα προσομοιώματα που προτείνονται είτε σε Κανονισμούς, είτε από διάφορους ερευνητές, για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής της διεπιφάνειας, καθώς και για τον προσδιορισμό της σχέσης διατμητικής τάσης – ολίσθησης στη διεπιφάνεια σκυροδέματος. Στο 2ο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται βιβλιογραφική ανασκόπηση για τις διεπιφάνειες σκυροδέματος με χάλυβα ή σύνθετα υλικά, σε σύμμικτες κατασκευές και σε μέλη ενισχυμένα με ελάσματα χάλυβα ή από ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ), καθώς και πειραματικά αποτελέσματα κατανομής ολίσθησης σε διεπιφάνεια δοκών οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένες με στρώση σκυροδέματος. Στο 3ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η πειραματική διερεύνηση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος (Ο.Σ.) ενισχυμένων με στρώσεις σκυροδέματος. Εξετάστηκαν δύο ομάδες δοκιμίων. Στην πρώτη ομάδα εξετάστηκαν τέσσερα πρισματικά δοκίμια σκυροδέματος που ενισχύθηκαν με στρώση σκυροδέματος και στη συνέχεια δοκιμάστηκαν με φόρτιση τριών σημείων. Η δεύτερη ομάδα αναφέρεται σε πέντε δοκούς Ο.Σ. ενισχυμένες επίσης με στρώση σκυροδέματος, καθώς και σε αντίστοιχες μονολιθικές δοκούς που όλες δοκιμάστηκαν με φόρτιση τεσσάρων σημείων. Σε όλα τα δοκίμια και των δύο ομάδων μετρήθηκε η αντοχή τους καθώς και η ολίσθηση στη διεπιφάνεια τους. Στο 4ο Κεφάλαιο προτείνεται αναλυτική διαδικασία για τον υπολογισμό της ολίσθησης στη διεπιφάνεια σκυροδέματος και η εφαρμογή της στα πειραματικά δοκίμια που παρουσιάστηκαν στο Κεφάλαιο 3 καθώς και σε κάποια άλλα δοκίμια της βιβλιογραφίας που παρουσιάστηκαν στο 1ο Κεφάλαιο. Το 5ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, εξετάζει την επιρροή της συστολής ξήρανσης στο μέγεθος της ολίσθησης. Στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάζονται πειραματικές μετρήσεις της παραμόρφωσης και ολίσθησης λόγω συστολής ξήρανσης στα δοκίμια και των δύο ομάδων πειραματικών δοκιμίων που παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 3 και προτείνεται αναλυτικός τρόπος υπολογισμού της ολίσθησης και της διατμητικής τάσης στη διεπιφάνεια, συνυπολογίζοντας την επιρροή της συστολής ξήρανσης. Τέλος, παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα που προέκυψαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, καθώς και προτάσεις για μελλοντική έρευνα. / The present thesis concerns the flexural strengthening of reinforced concrete (RC) beams by placing a new concrete layer on their compressive or tensile side. The main objective of the thesis is to evaluate interface slip. The first chapter is a literature review on concrete interfaces. Theoretical models, suggested by design codes or other researchers, for the calculation of the shear resistance and the relationship between the shear stress and the slip at the interface are presented. Moreover, experimental results for the shear stress against slip relationship at the concrete interface are given. The second chapter presents a literature review on the shear stress and slip distribution at concrete to steel or concrete to fibre reinforced polymer (FRP) interfaces. Theoretical and experimental results for the value of shear stress at the interface of concrete beams strengthened with steel or FRP plates and shear stress and slip distribution at the interface of composite steel and concrete beams are presented. The third chapter concerns an experimental investigation of RC beams strengthened with concrete layers. Two types of specimens are examined. The first group are prismatic RC specimens strengthened with a concrete layer and tested by three point bending. The second group contains 10 RC beams. Five are strengthened with a concrete layer on their compressive or tensile side, four are respective monolithic specimens and the final one is a control beam without any strengthening. These beams are tested under four point bending. In all tests, for both groups of specimens, load against deflection curves are determined and the slip along the interface is measured. An analytical evaluation of the slip at the interface of RC beams strengthened with concrete layers and the verification of the method comparing the analytical results with respective experimental results presented in Chapters one and three is presented in Chapter four. The shrinkage effect on interface slip and shear stress is examined in Chapter five. Experimental measurements of shrinkage strains and slip on specimens of both experimental groups presented in Chapter three are presented. An analytical evaluation of the extra slip and shear stress at the interface caused by shrinkage effect is also suggested. Finally, all results of the thesis and suggestions for future work are given.