Η παρούσα εργασία διερεύνησε τις απόψεις των μαθητών σχετικά με τη σχολική ιστορία. Στόχοι της έρευνας αποτέλεσαν η ανάδειξη της εικόνας που έχουν σχηματίσει οι μαθητές για την ιστορία και η διατύπωση προτάσεων για τη σημαντικότητα της συμμετοχής τους τόσο στη λήψη αποφάσεων κατά το σχεδιασμό του Αναλυτικού Προγράμματος της ιστορίας και κατ’ επέκταση των υπολοίπων σχολικών μαθημάτων, όσο και στον τρόπο διδασκαλίας του μαθήματος. Η έρευνα διεξήχθη κατά το σχολικό έτος 2011- 2012 με δεκατέσσερις μαθητές ηλικίας 14- 15 χρόνων από διαφορετικά σχολεία της Πάτρας. Συγκεντρώθηκαν τα ποιοτικά δεδομένα από τις 14 ημι-δομημένες τύπου συνεντεύξεις οι οποίες αποσκοπούσαν στη διερεύνηση των απόψεών τους σχετικά με το μάθημα της ιστορίας με έμφαση στη γνώμη τους για τη χρησιμότητα, το ενδιαφέρον ή μη του μαθήματος, τα συναισθήματα που τους δημιουργεί, την άποψή τους για τον τρόπο διδασκαλίας του μαθήματος, τον ορισμό και τα χαρακτηριστικά που έχει η ιστορία για αυτούς, το σκοπό της διδασκαλίας της στην εκπαίδευσή τους, για τις προτάσεις που θα έδιναν στους υπευθύνους της δημιουργίας του Αναλυτικού Προγράμματος του μαθήματος, για τη σχέση τους με την ιστορία εκτός του σχολικού πλαισίου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για τους μαθητές η σχολική ιστορία είναι δημοφιλές μάθημα, για το οποίο έχουν άποψη και ότι το ενδιαφέρον του μαθήματος εξαρτάται κυρίως από τον τρόπο διδασκαλίας του. Αναγνώρισαν την αξία της σχολικής ιστορίας στην εκπαίδευσή τους και εξέφρασαν την επιθυμία τους να εμπλέκονται ενεργά στη μαθησιακή διαδικασία. / This study investigated pupils’ perceptions on history as a school subject in Greece. The aims of the study were to highlight the image pupils have formed for history subject and to make suggestions about the importance of their participation in decision-making during history curriculum designing and by extension the other school subjects, as well as in teaching approaches. The survey was conducted during the school year of 2011 - 2012 with fourteen students aged 14 to 15 years from different schools of Patras. Qualitative data were drawn from 14 semi-structured interviews which aimed to explore pupils’ views on history subject with emphasis on their opinion about the usefulness, interest, their feelings arising from history learning, their view on teaching approaches, the definition and the characteristics of history, the purpose of history teaching in education, the proposals pupils would give to the education policy makers and other history learning sources outside school context. The results showed that history is a popular subject according to pupils. They think that their interest for school history depends mainly on teaching approaches. They acknowledged the value of school history and they expressed their willingness to be actively involved in the learning process.

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το νεοσύστατο θεσμό των 961 Δημοτικών Σχολείων με Ενιαίο Αναμορφωμένο Εκπαιδευτικό Πρόγραμμα (ΕΑΕΠ), ο οποίος υλοποιείται από το σχολικό έτος 2010-2011 και βασίζεται στη φιλοσοφία του Ολοήμερου Σχολείου. Με το νέο θεσμό επιχειρείται η αναβάθμιση του σημερινού σχολείου και η μετατροπή του σε ένα «Νέο Σχολείο» που θέτει στο επίκεντρο τον μαθητή. Στο θεωρητικό μέρος της εργασίας, γίνεται αρχικά ιστορική αναδρομή στο θεσμό του Ολοήμερου Σχολείου στην Ελλάδα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι βασικές αρχές του «Νέου Σχολείου», οι στόχοι του, ο συνολικός σχεδιασμός για την υλοποίησή του και αναζητούνται επιρροές ευρωπαϊκών και διεθνών οργανισμών. Ακολουθεί η λεπτομερής παρουσίαση του θεσμού των Δημοτικών Σχολείων με ΕΑΕΠ, προσεγγίζονται κριτικά οι αλλαγές που εισάγονται και οι επιμέρους στόχοι του. Οι προβληματισμοί που αναδύονται αποτελούν το έναυσμα για την εμπειρική διερεύνηση του θεσμού. Στο ερευνητικό μέρος της εργασίας επιδιώκεται η ολόπλευρη και σε βάθος μελέτη του θεσμού, γι’ αυτό υιοθετήθηκε ποιοτική μεθοδολογία. Για τη συλλογή του ερευνητικού υλικού χρησιμοποιήθηκε η ημιδομημένη συνέντευξη και η ανάλυσή του έγινε με την τεχνική της ανάλυσης περιεχομένου. Η έρευνα εστιάζεται σε μία γεωγραφική περιοχή και συγκεκριμένα στα έντεκα Δημοτικά Σχολεία με ΕΑΕΠ του νομού Ηλείας. Μέσα από τις εμπειρίες και τις απόψεις των Διευθυντών των συγκεκριμένων σχολείων, επιχειρείται η διερεύνηση: α) του τρόπου πρόσληψης και ερμηνείας των αλλαγών, β) των δυσκολιών υλοποίησης του θεσμού και γ) της επίτευξης ή μη των διακηρυγμένων στόχων του. / The present study discusses the newly introduced institution of 961 Primary Schools with Unified Revised School Curriculum (EAEP), which has been implemented since the 2010-2011 school year and is based on the philosophy of the “All Day School”. This new institution aims at the upgrade of today’s school and its transformation to a “New School” where the pupil is the main focus. In the theoretical part of the study we attempt a historic retrospect of the institution of “All Day Schools” in Greece. Then we present the basic principles and aims of the “New School” as well as the overall planning for its realization and we investigate any influences by European and/or International Organizations. An exhaustive presentation of the institution of EAEP Primary Schools follows, and the changes introduced as well as the individual aims are critically examined. The speculations arising from the starting point for the empirical investigation of the institution. In the research part of the study we seek an all-encompassing, in-depth examination of the institution through qualitative methodology. The collection of the research material was done via semi-structured interviews and its analysis via content analysis. The research focuses on a particular geographic region and specifically on the 11 EAEP Primary Schools of the Prefecture of Ilia. Through the views and experiences of the Headmasters of these schools we attempt to investigate: a) The reception and interpretation of the changes, b) the problems in the implementation of the institution and c) the achievement or not of its intended aims.

Η ανεπαρκής εκπαίδευση των εκπαιδευτών αποτελεί ένα ζήτημα που διαχρονικά τίθεται στο πεδίο της Εκπαίδευσης Ενηλίκων στην Ελλάδα. Με δεδομένο πως η τυπική και μη-τυπική εκπαίδευση στην Ελλάδα χαρακτηρίζεται από έντονη προσκόλληση στο δασκαλοκεντρικό πρότυπο, στις περισσότερες των περιπτώσεων η διδακτική παρέμβαση των εκπαιδευτών ενηλίκων δομείται κατά τρόπο ασύμβατο με τα επιστημονικά δεδομένα της Εκπαίδευσης Ενηλίκων, τις αρχές μάθησης, τα χαρακτηριστικά και τις προϋποθέσεις αποτελεσματικής μάθησης των ενηλίκων εκπαιδευομένων. Στην εργασία αυτή διερευνάται ο βαθμός στον οποίο η υλοποίηση εξειδικευμένων προγραμμάτων, όπως εν προκειμένω το Εθνικό Πρόγραμμα Εκπαίδευσης Εκπαιδευτών, μπορεί να συνεισφέρει στην απόκτηση εκείνων των ικανοτήτων και προσόντων που θεωρούνται απαραίτητα για την αποτελεσματική παρέμβαση των εκπαιδευτών ενηλίκων / The inadequate training of trainers constitutes an issue which ages since has been reckoned in the field of Adult Education in Greece. Given that the formal and non formal education in Greece is characterized by intense adherence to the teacher-centered model, in most cases the teaching intervening of adult trainers is constructed incompatibly to the scientific facts of Adult Education, the principles of learning, the characteristics and the prerequisites of the Adult trainees’ effective learning. The present study aims to investigate the degree in which the materialization of specific programs, as in this case the “National Program of Trainers training” can contribute to the acquirement of those skills and qualifications which are considered to be essential to the effective intervening of adult trainers

H πολυπολιτισμικότητα, τόσο στην κοινωνία όσο και στην εκπαίδευση, είναι μία πραγματικότητα στον 21ο αιώνα και σημαντικές αλλαγές έχουν γίνει στη διάρθρωση του εκπαιδευτικού μας συστήματος ώστε να ανταποκριθεί στις προκλήσεις της πολυπολιτισμικής, πια, ελληνικής τάξης. Σημαντικές αλλαγές έχουν γίνει και στην εκπαίδευση των μελλοντικών δασκάλων. Καθώς οι εκπαιδευτικοί αποτελούν κινητήριο δύναμη του εκπαιδευτικού συστήματος ο εμπλουτισμός των Προγραμμάτων Σπουδών των Παιδαγωγικών Τμημάτων Δημοτικής Εκπαίδευσης. Mε γνωστικά αντικείμενα συναφή με τη διαπολιτισμικότητα θεωρήθηκε ότι θα δώσει στους μελλοντικούς δασκάλους τις δεξιότητες, τη γνώση και τις πρακτικές που χρειάζονται για να κατανοήσουν τη δική τους ταυτότητα καθώς και την ταυτότητα των διαφοροποιημένων μαθητών τους με σκοπό μια αποτελεσματική διδασκαλία για όλους τους μαθητές. Η παρούσα εργασία μελετάει τη συμβολή του Προγράμματος Σπουδών στη διαπολιτισμική επάρκεια και ετοιμότητα των μελλοντικών δασκάλων, αποφοίτων του Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης Πατρών. Εξετάζει την πορεία της διαπολιτισμικής εκπαίδευσης στο Πρόγραμμα Σπουδών του Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης Πατρών, τις απόψεις των μελλοντικών δασκάλων πάνω σε διάφορα θέματα που σχετίζονται με τη διαπολιτισμική επάρκεια και ετοιμότητα καθώς και τις απόψεις τους σε θέματα που σχετίζονται με την ύπαρξη αλλά και τον τρόπο εργασίας με αλλόγλωσσους μαθητές. Η συλλογή δεδομένων έγινε με τη χρήση ερωτηματολογίου που δόθηκε σε τεταρτοετής φοιτητές κατά τη διάρκεια των τελευταίων πρακτικών ασκήσεων. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι ο περαιτέρω εμπλουτισμός του Προγράμματος Σπουδών των δασκάλων τόσο για την απόκτηση θεωρητικών γνώσεων όσο και για την απόκτηση διδακτικών δεξιοτήτων πάνω στη διαπολιτισμική εκπαίδευση είναι αναγκαίος. / Multiculturalism, not only in society but also in education, is a reality in the 21st century and important changes have become in the structure of our educational system in order to corresponds to the challenges of the multicultural Greek classroom. Important changes have also taken place in the education of pre-service teachers While teachers have an important role in the educational system, the enrichment of the undergraduate educational programmes of studies in Greek University Departments of Elementary Education with subjects related to intercultural education is seen as affording pre-service teachers with skills, knowledge and practices needed to understand their own identity as well as the identity of their diverse students with the aim of an effective teaching and learning for all students. This thesis seeks to set out how the undergraduate programme affects the intercultural competence and readiness of pre-service teachers, who will graduate from the Department of Elementary Education in University of Patras. It looks at the development of intercultural education in the undergraduate educational programme and examines the opinions of pre-service teachers about issues related to intercultural competence and readiness. It also focuses on how they feel about working in a multicultural class. The questionnaire was given to students who were in the last year of their studies during their supervised teaching practice at schools. The analysis of the results showed that further enrichment of the educational programme of pre-service teachers in theoretical knowledge and practical experience in intercultural education is necessary.

Η βελτιστοποίηση της ποιότητας των υπηρεσιών στο χώρο της υγείας είναι επιτακτική στις μέρες μας. Στο χώρο της Ακτινοφυσικής συλλέγεται μεγάλος αριθμός δεδομένων από τη χρήση τυποποιημένων Πρωτοκόλλων Ποιοτικών Ελέγχων, τα αποτελέσματα των οποίων θα μπορούσαν να παρέχουν πολύτιμη πληροφορία για όλες τις σχετικές διεργασίες. Η ανάπτυξη εξειδικευμένων προγραμμάτων εκπαίδευσης των επαγγελματιών υγείας καθιστά αναγκαία την πιστοποίησή τους ώστε να διασφαλίζεται η ποιότητα σπουδών που προσφέρουν. Η χρήση του ηλεκτρονικού εργαλείου QS-PRO (Quality System Processes), ενός γενικευμένου εργαλείου λογισμικού για εφαρμογές που σχετίζονται με ποιότητα των υπηρεσιών συνέβαλλε στην ανάπτυξη συστημάτων ποιότητας σε δύο πεδία, αυτό της διασφάλισης ποιότητας στις διαδικασίες Ποιοτικών Ελέγχων στη Μαστογραφία καθώς και της διαχείρισης ποιότητας στο Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών στη Βιοϊατρική Τεχνολογία. Συνοπτικά, το εργαλείο διευκόλυνε στην ανάπτυξη μιας δομής διεργασιών και διαδικασιών που τεκμηριώνονται επαρκώς ώστε να χρησιμοποιηθούν για τους σκοπούς ποιότητας που έχουν τεθεί. Συγκεκριμένα, η ηλεκτρονική έκδοση του Ευρωπαϊκού Πρωτοκόλλου Ποιοτικών Ελέγχων στη Μαστογραφία χαρακτηρίζεται από την αποτελεσματική χαρτογράφηση των ολοκληρωμένων συνεδριών ποιοτικών ελέγχων με καθορισμένες μεταβλητές (μετρήσιμες παραμέτρους και αποτελέσματα) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ολοκληρωμένα προγράμματα ελέγχων μονάδων μαστογραφίας. Το Εγχειρίδιο Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας για το Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών στη Βιοϊατρική Τεχνολογία αποτελεί έναν οδηγό για όλους όσους συμμετέχουν στην υλοποίηση του προγράμματος και μέσα από τις προσδιορισμένες διαδικασίες μέτρησης και βελτίωσης της ικανοποίησης των φοιτητών και των διδασκόντων των συνεργαζόμενων πανεπιστημίων οδηγεί στη βελτίωση του και ταυτόχρονα στην πιστοποίηση του προγράμματος κατά ISO-9001. / Nowadays, optimization of health services is imperative. Large data sets collected through standardised Quality Control Protocols can provide valuable information cornering the related processes. On the other hand, the development of highly specialised educational programs for health professionals has rendered their certification necessary in order to ensure the quality of the offered services. The adoption of the electronic tool QS-PRO (Quality System Processes) - a standard software tool used for quality applications in services- has significantly contributed to the development of quality systems in two fields: Quality Assurance in Quality Control procedures in Mammography and Quality Management of the European Postgraduate Program on Biomedical Engineering. In short, the tool facilitated the creation of a process structure that is well documented in order to be further applied for reaching already-set quality objectives. More specifically, the electronic version of the European Protocol of Quality Control in Mammography features an effective mapping of complete quality control sessions with specified variables (measurable parameters and outcomes) aimed for further use in integrated quality control trials. The Quality System Manual of the European Postgraduate Program on Biomedical Engineering constitutes a comprehensive guide for all course participants; through measurements and improvements in overall satisfaction levels (by students, staff and collaborating institutions) the aim is to improve the program itself and eventually lead to its certification according to ISO-9001 standards.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τα καινοτόμα στοιχεία και τις προβληματικές παραμέτρους των εταιρικών σχολικών συμπράξεων, με βάση τη συμμετοχή δύο ελληνικών σχολείων σε ευρωπαϊκή σχολική σύμπραξη (Comenius 1). Στη συνέχεια, προχωρά σε σύγκριση των δύο προγραμμάτων σε σχέση με τα κριτήρια αξιολόγησης που προσδιορίστηκαν πριν την έναρξη της έρευνας. Για το σκοπό αυτό, δόθηκαν συνεντεύξεις από τους εμπλεκόμενους εκπαιδευτικούς και απαντήθηκαν ερωτηματολόγια από τους συμμετέχοντες μαθητές και τους γονείς τους. Οι μεν εκπαιδευτικοί αναφέρθηκαν σε ζητήματα όπως η ιστορία και οι στόχοι των σχολικών συμπράξεων, τα οφέλη που αποκόμισαν μαθητές και εκπαιδευτικοί, τα προϊόντα που παρήχθησαν, οι μεθοδολογικές παράμετροι που πλαισίωσαν τα εν λόγω σχέδια, η διαχείριση των συμπράξεων, η αξιολόγηση και διάδοση των σχεδίων καθώς και το μέλλον παρόμοιων πρωτοβουλιών. Οι δε μαθητές ρωτήθηκαν για τους στόχους του προγράμματος, τα οφέλη που αποκόμισαν από τη συμμετοχή τους σε αυτό, τις μεθοδολογικές παραμέτρους που συνόδευσαν την εφαρμογή των σχεδίων, ενώ προέβησαν και σε αξιολογικές κρίσεις για το περιεχόμενο και τις δραστηριότητες των εν λόγω προγραμμάτων. Οι γονείς των εμπλεκόμενων μαθητών έκαναν αναφορά στους στόχους των προγραμμάτων, τα οφέλη που αποκόμισαν τα παιδιά τους από τις συμπράξεις και το βαθμό συμμετοχής των παιδιών τους και των ιδίων στα εν λόγω προγράμματα. Σε αυτό το πλαίσιο, επιχειρήθηκε σύνθεση των αποτελεσμάτων των ποιοτικών και ποσοτικών προσεγγίσεων με τη βοήθεια της τριγωνοποίησης (εκπαιδευτικοί, μαθητές, γονείς) και για τα δύο προγράμματα, και αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα της έρευνας σε σχέση με τα ερευνητικά ερωτήματα. Οι ενδιαφερόμενοι συμφώνησαν σε αρκετά ζητήματα, ενώ δεν έλειψαν και οι διαφορετικές εκτιμήσεις για το περιεχόμενο και τις δραστηριότητες των εν λόγω συμπράξεων. Αν και, όπως διαπιστώθηκε, οι σχολικές συμπράξεις συνιστούν φορέα αλλαγής στο σύγχρονο σχολείο, δεν έχουν διερευνηθεί από το αρμόδιο υπουργείο οι δυνατότητες για την ενσωμάτωση των καινοτόμων στοιχείων τους στην επίσημη εκπαίδευση. Ωστόσο, είναι σαφές πως η φιλοσοφία των σχολικών συμπράξεων και των υπόλοιπων προαιρετικών προγραμμάτων βρίσκεται στη σωστή κατεύθυνση. Αυτό που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι το θέμα της διαχείρισης της εκπαιδευτικής αλλαγής που προτείνεται μέσω των σχολικών συμπράξεων, της δημιουργίας δομών παρακολούθησης και αξιοποίησης των δεδομένων, της συνεργασίας όλων των φορέων που εμπλέκονται στην εκπαιδευτική διαδικασία, της επιμόρφωσης των εκπαιδευτικών και της συνεπούς υποστήριξης του εγχειρήματος. / The present thesis investigates the innovative elements and the problematic parameters of school partnerships, on the basis of the participation of two Greek schools in a European school partnership (Comenius 1). Then, it continues with the comparison of two programmes in relation to the evaluation criteria determined before the beginning of the research. To this end, involved teachers were interviewed and questionnaires were answered by the involved students and their parents. The teachers referred to subjects such as the history and the objectives of school partnerships, the profits acquired by students and teachers, the products, the methodological parameters, the management of the partnerships, the evaluation and distribution of the programmes as well as the future of similar initiatives. The students were asked about the objectives of the programmes, the profits they acquired through their participation, the methodological parameters of the programmes, while they also proceeded to the evaluation of the content and the activities of the programmes in question. The parents of the involved students referred to the objectives of the programmes, the profits their children acquired through the partnerships and the degree of their own participation and their children’ s participation in the programmes in question. In this framework, what was attempted, was a composition of the results of the qualitative and quantitative approaches in the framework of triangulation (teachers, students, parents) for both the programmes, and the results of the research were evaluated in relation to the inquiring questions. The participants agreed about various subjects, while there were some different opinions about the content and the activities of the partnerships in question. Although, as it was realised, school partnerships constitute an institution of change in modern schools, the possibilities for the incorporation of their innovative elements in formal education have not been investigated by the Ministry of Education. However, it is a fact that the philosophy of school partnerships and other optional programmes is in the right direction. What should be taken into consideration, is the subject of the management of the educational change proposed through school partnerships, the formation of structures for follow-up and exploitation of data, the collaboration of all institutions involved in the educational process, the teachers’ training and the support of the effort.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύσσεται ο υδροδυναμικός και δομικός (μηχανολογικός) σχεδιασμός μιας υποθαλάσσιας κατασκευής για την απάντληση πετρελαίου σε μεγάλα βάθη. Η κατασκευή αποτελείταια από 6 διαφορετικά τμήματα. Ο μηχανολογικός σχεδιασμός ξεκίνησε με την προσαρμογή κατάλληλων προδιαγραφών για το κάθε εξάρτημα. Το πρώτο εξάρτημα από το οποίο ξεκίνησε η ανάλυση είναι τα καλώδια ενίσχυσης των οποίων το φορτίο προέντασης είναι ήδη γνωστό από τα κριτήρια σχεδιασμού και τον αρχικό σχεδιασμό και περιορίζεται στους 1000 τόνους (10000 kN). Πραγματοποιήθηκε η τελική επιλογή του υλικού και των χαρακτηριστικών που έπρεπε να έχει ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Ο κατακόρυφος αγωγός με βάση την φιλοσοφία ανάπτυξης του συστήματος θα έπρεπε να αποτελείται από επιμέρους τμήματα αγωγών πεπερασμένου μήκους, κατασκευασμένους από πολυαιθυλένιο οι οποίοι καλύπτουν το συνολικό επιχειρησιακό βάθος. Η αλληλεπίδραση του θαλασσίου ρεύματος με τον αγωγό (Fluid Structure Interaction) για την κάθε διαφορετική ταχύτητα του θαλασσίου προφίλ ώστε να αποφευχθεί η πιθανότητα εμφάνισης επαγώμενων στροβίλων που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ανεπιθύμητες ταλαντώσεις και σε κόπωση (Vortex Induced Vibration, VIV) τέθηκε σε πρώτη πρωτεραιότητα. Ο συνδυασμός αναλυτικών σχέσεων και πειραματικών δεδομένων από την βιβλιογραφία χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογιστεί το μήκος των επιμέρους τμημάτων των αγωγών ώστε να περιοριστούν οι υψηλές εγκάρσιες μετατοπίσεις λόγω των ταλαντώσεων. Η μελέτη της διφασικής ροής πετρελαίου/ νερού σε κώδικα πεπερασμένων όγκων (FLUENT) πραγματοποιήθηκε τόσο για κατακόρυφη όσο και για κεκλιμένη θέση του αγωγού για να επιβεβαιωθεί ότι το αργό πετρέλαιο διατηρεί ανωστική πορεία προς την επιφάνεια ξεπερνώντας τις δυνάμεις τριβής που αναπτύσσονται λόγω της επαφής με τα τοιχώματα των αγωγών. Η ταχύτητα του μίγματος της εσωτερικής ροής καταγράφεται ώστε να ελεγχθεί η εσωτερική μεταβολή της πίεσης του αγωγού. Πιθανή υψηλή διαφοροποίηση της υδροστατικής πίεσης στο εσωτερικό του αγωγού σε σχέση με το εξωτερικό θα οδηγούσε σε επιπλέον φορτία στην δομή του αγωγού (ο αγωγός θα λειτουργούσε τοπικά ως πιεστικό δοχείο). Η προσομοίωση της εξωτερικής ροής γύρω από τμήμα του αγωγού με τα καλώδια ενίσχυσης τοποθετημένα στην περιφερειά του σε κώδικα πεπερασμένων όγκων FLUENT πραγματοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των υδροδυναμικών συντελεστών στο εύρος ταχυτήτων 0.1-0.7 m/sec. Επίσης η μοντέλοποίηση αυτή έδειξε κατά πόσο η θέση των νημάτων επιρεάζει ή όχι την δημιουργία επαγώμενων στροβίλων γύρω από τον αγωγό. Η δομική ανάλυση με χρήση πακέτου πακέτου πεπερασμένων στοιχείων (NASTRAN/ PATRAN) έδειξε τα επίπεδα των μέγιστων τάσεων και μετατοπίσεων που αναπτύσσονται λόγω της ύπαρξης της δυναμικής πίεσης η οποία και καταπονεί τοπικά τους αγωγούς. Η αποθηκευτική δεξαμενή (πλωτήρας και συλλέκτης) σχεδιάστηκε με χρήση βασικών υπολογισμών ώστε να επιτευχθεί η κατάλληλη χωρητικότητα αλλά και η προδεγεγραμμένη άνωση. Ο προσδιορισμός των υδροδυναμικών συντελεστών πραγματοποιήθηκε σε FLUENT έτσι ώστε να διερευνηθεί το ροικό πεδίο γύρω από την δεξαμενή καθώς και το μέγεθος των δυνάμεων που μεταφέρονται στο σύστημα από την αλληλεπιδρασή της με το θαλάσσιο ρεύμα. Η δομή του πλωτήρα σχεδιάστηκε με χρήση βασικών δομικών υπολογισμών και η συνολική του συμπεριφορά κάτω από τα φορτία υδροστατικής πίεσης ελέγχθηκε με πεπερασμένα στοιχεία (NASTRAN/ PATRAN). Η δομή του συλλέκτη διαστασιολογήθηκε με βάση την επίδραση της δυναμικής πίεσης ένεκα της ροής γύρω του. Επίσης παρατίθονται οι βασικές δομικές αναλύσεις των συνδέσμων που χρησιμοποιήθηκαν για την ένωση των διαφόρων τμημάτων πλωτήρα και συλλέκτη. Το μοντέλο πλήρους κλίμακας αναπτύχθηκε με βάση τα πειράματα της υδροσήραγγας που πραγματοποιήθηκαν στην MARIN και με βάση του μοντέλου δυναμικής απόκρισης που δημιουργήθηκε στο ORCAFLEX από την SIREHNA. Σκοπός του μοντέλου πλήρους κλίμακας (με την χρήση NASTRAN/PATRAN) ήταν να εξομοιώσει την απόκριση του μοντέλου του ORCAFLEX το οποίο είχε ρυθμιστεί με βάση την υδροσήραγγα ώστε να υπολογιστούν οι δυνάμεις που μεταφέρονται στους δακτυλίους ενίσχυσης και τα φορτία (δυνάμεις και ροπές) που μεταφέρονται στο ενδιάμεσο στοιχείο. Τα δύο μοντέλα θα έπρεπε να εμφανίζουν την ίδια μέγιστη μετατόπιση ώστε να θεωρηθούν όμοια. Στην φάση αυτή τα καλώδια ενίσχυσης που μοντελοποιούνται με μονοδιάστατα στοιχεία στο NASTRAN/PATRAN . Το ενδιάμεσο στοιχείο αποτέλεσε το εξάρτημα στο οποίο μεταφέρονται τα φορτία του αγωγού στο σημείο σύνδεσης (δυνάμεις και οι ροπές) καθώς και οι δυνάμεις από τα καλώδια ενίσχυσης. Η δομική του ανάλυση περιλαμβάνει την διαστασιολόγηση του με βασικούς υπολογισμούς και την χρήση πεπερασμένων στοιχείων για τον έλεγχο τοπικών υπεφορτίσεων που δεν ήταν εφικτό να προσδιοριστούν με αναλυτικές σχέσεις. Ο θόλος επιρεάζεται από την ταχύτητα των θαλασσίων ρευμάτων που κινούνται γύρω του και αποτελούν τις κύριες δυνάμεις που τον επιρεάζουν. Η μοντελοποίηση της δυναμικής πίεσης πάνω στον αγωγό γίνεται με την χρήση υδροδυναμικού μοντέλου σε FLUENT ενώ η δομική του αντοχή προσδιορίστηκε με χρήση μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων σε NASTRAN/ PATRAN. Οι δυνάμεις μεταφέρονταν στα καλώδια ενίσχυσης του θόλου που με την σειρά τους τις μμετέφεραν στο σύστημα αγκύρωσης στον βυθό. Το σύστημα αγκύρωσης διαστασιολογείται με αναλυτικούς υπολογισμούς από την βιβλιογραφία με βάση την μέγιστη δύναμη που μεταφέρεται από τα καλώδια αγκύρωσης του θόλου. Οι διαστάσεις του είναι συνάρτηση τόσο της σύστασης του βυθού όσο και της μέγιστης επιτρεπόμενης διάστασης που επιλέγεται από τα πλοία που συμμετέχουν στην ανάπτυξη του συστήματος. Τα βασικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανάλυση ήταν η δυνατότητα της περαιτέρω ανάπτυξης του συστήματος σε ρηχά και πολύ βαθιά ύδατα καθώς και η ανάγκη για την μείωση του χρόνου κατασκευής ώστε να αυξηθεί η αποδοτικότητα του συστήματος. / In this PhD work, the mechanical design of a Sub sea Oil Recovery Structure is carried out. The structure is consisted of 6 different parts. The mechanical design methodology starts with the calculation of the diameter of the mooring lines for a tension force of 10000 kN. The fluid/ structure interaction is a design aspect for the Riser tube. Analytical equations were used to identify the dimensions of each riser tube’s part in order to avoid Vortex Induced Vibrations (VIV). As a second step, the oil upward movement into the riser tube was investigated. The buoyancy flow was examined using CFD analysis for both, vertical and inclined tube position to confirm that the crude oil could overcome the frictional forces due to contact with the internal tube’s wall. The external flow field around the riser tube, with the mooring lines along its periphery, was investigated in order to calculate the hydrodynamic coefficients for a range from 0.1 to 0.7 m/sec. This analysis was necessary since it helps to quantify the hydrodynamic load for the structural analysis. The structural analysis for the riser tube parts was performed using FEM and it was used for the study of the behavior under “local” loads such as the sea current’s dynamic pressure. The Buffer Bell’s analysis is based on the prediction of hydrodynamic coefficients (obtained from CFD analysis) and the use of a FE model for the structural analysis of the Buffer Bell hull subject to the hydrostatic pressure. The maximum displacement of the system due to the sea currents was also examined. A scale model test was performed in a water tunnel and a dynamic response model was created in order to predict the system’s behavior under operational loads and during the deployment phase. Additional, a FE model was developed to predict the loads (forces and moments) acting on the stiffening rings and the dome interface unit during the operational scenario. This FE model was compared with the Dynamic Response Model for the maximum displacement criterion. The maximum loads (forces and moments) from the Maximum Displacement FE model was used for the calculation of the dimensions of the stiffening ring and the dome interface unit. Finite element models were developed for these two components. A CFD analysis was performed to investigate the pressure distribution over the surface of the Dome. This pressure load and the reaction forces resulted from the analysis of the Dome Interface Unit were used to calculate the stresses faced by the Dome and the total force applied on the mooring system. For the dimensioning of the anchoring system, the highest force calculated for the mooring lines was chosen. The volume of cement for the anchoring system was calculated in order to withstand this force. Analytical equations were used to secure the anchor’s stability on different types of seabed (cohesion or cohesion less). At the end, the maximum calculated force on the mooring line was compared against the force resulted during the first step in order to confirm that fracture does not occur. The conclusions from this analysis is that the system can be applied to all depths (shallow waters, ultra deep waters) but also the final erection time should be minimized in order to increase the system’s efficiency.

Η πλειονότητα των ερευνητών/ειδικών του αντισεισμικού σχεδιασμού συμφωνεί πως μια υπολογιστική διαδικασία που θα έχει ως βασική παράμετρο της απόκρισης τις σεισμικές μετακινήσεις θα είναι πιο ορθολογική και πιθανότατα πιο οικονομική απ’ τη συμβατική μεθοδολογία σχεδιασμού βάσει δυνάμεων. Η έλλειψη μιας μεθοδολογίας αντισεισμικού σχεδιασμού γεφυρών βάσει μετακινήσεων που να είναι απλή, εφικτή και συμβατή με την εφαρμοζόμενη πρακτική και η απουσία πρότασης σχεδιασμού των περιοχών του φορέα βάσει μετακινήσεων, αποδεικνύει το γνωστικό κενό που υπάρχει σ’ αυτή την περιοχή του αντισεισμικού σχεδιασμού. Η παρούσα εργασία επιχειρεί να συμβάλλει στην πλήρωση αυτού του κενού και προς τούτο προτείνει μια νέα μεθοδολογία. Αναφέρεται σε (μή-μονωμένες) γέφυρες σκυροδέματος και περιλαμβάνει μια απλή διαδικασία για την εκτίμηση των απαιτούμενων ανελαστικών παραμορφώσεων, τόσο των βάθρων, όσο και των περιοχών του φορέα - κάνοντας χρήση ελαστικής φασματικής ανάλυσης και επεκτείνοντας τον κανόνα των "Ίσων Μετακινήσεων" στο τοπικό επίπεδο. Η διαδικασία αναπτύσσεται και βαθμονομείται βάσει (σχεδόν δύο χιλιάδων) μή-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων (με εν χρόνω ολοκλήρωση) αντιπροσωπευτικών γεφυρών, τριών έως πέντε ανοιγμάτων. Όμως για την εφαρμογή της απαιτούνται μόνο ελαστικά εργαλεία. Σε αντίθεση με τις έως τώρα ερευνητικές προσπάθειες, όπου γίνεται η απλουστευτική παραδοχή γραμμικής συμπεριφοράς του φορέα, στην παρούσα έρευνα δίνεται έμφαση στην προσομοίωση των περιοχών του φορέα και λαμβάνονται υπ’ όψιν οι μή-γραμμικότητές του. Από την εφαρμογή του διαπιστώνεται ότι ο προτεινόμενος σχεδιασμός βάσει μετακινήσεων προσφέρει πολύ οικονομικότερα ποσοστά όπλισης (από 1/2 έως 1/7 στο διαμήκη οπλισμό και από 1/1 έως 1/3 στον εγκάρσιο οπλισμό), χωρίς να επιβαρύνει ουσιαστικά την επιτελεστικότητα της γέφυρας - η υπεραντοχή των γεφυρών που σχεδιάζονται με την προτεινόμενη μεθοδολογία είναι πρακτικά ισοδύναμη με την υπεραντοχή των συμβατικά σχεδιασμένων γεφυρών. Η παρουσίαση της μεθοδολογίας περιλαμβάνει την περιγραφή της διαδικασίας σχεδιασμού υπό μορφή αλγόριθμου (Κεφ. 2), του τρόπου εφαρμογής της στην πράξη (διαδικασία προσομοίωσης, παραδείγματα σχεδιασμού: Κεφ. 3), του θεωρητικού υποβάθρου βάσει του οποίου αναπτύχθηκε (Κεφ. 4), των προβλημάτων της συμβατικής μεθοδολογίας (παραδείγματα σχεδιασμού βάσει δυνάμεων: Κεφ. 3) και των κενών που διαπιστώνονται στην τεκμηρίωση της συμβατικής μεθοδολογίας (Κεφ. 4). Η αποτίμηση του σχεδιασμού (Κεφ. 3) δεκαέξι αντιπροσωπευτικών γεφυρών (οκτώ σχεδιασμένων βάσει μετακινήσεων και οκτώ συμβατικά σχεδιασμένων), παρουσιάζεται υπό μορφή παράλληλης σύγκρισης της επιτελεστικότητας και συνηγορεί υπέρ των πλεονεκτημάτων της νέας μεθοδολογίας. Στα Παραρτήματα δίνονται πληροφορίες για τα υπολογιστικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν για την προσομοίωση και την ανάλυση των γεφυρών (επέκταση προγράμματος ANSRuop). / The majority of seismic design researchers/specialists concludes that displacement-based design methodologies reduce the uncertainty of the design process and probably lead to less expensive structures. The absence of a simple displacement-based seismic design procedure for bridges that will be feasible and compatible with the current design practice and the nonexistence of a proposal for the displacement-based design of the deck indicate the gap of knowledge in this field of earthquake engineering. This thesis attempts to contribute to the reduction of this gap and for this scope proposes a new methodology. The procedure focuses on bridges with concrete piers monolithically connected to a prestressed concrete continuous deck and comprises simple steps for the estimation of the inelastic/nonlinear deformations of both the piers and the deck - through elastic modal response spectrum analysis, extending the applicability of the "equal displacement" rule to the level of member deformations. About two thousands nonlinear dynamic (time-history) analyses of several representative bridges (with deck of three or five spans) are used for the development and the calibration of the procedure. However, for the application of the methodology only elastic modal response spectrum analysis is needed. Contrary to other current researches, which adopt the hypothesis of deck elastic response, the nonlinearities of the deck are modeled. The proposed displacement-based procedure offers lower reinforcement ratios (from 1/2 to 1/7 for the longitudinal reinforcement and from 1/1 to 1/3 for the transverse reinforcement) at no detriment to the expected seismic performance - the global overstrength of the bridges which are designed with the proposed procedure is practically equivalent to the global overstrength of the conventionally designed bridges (current force-based design). The step by step description of the design algorithm (Chap. 2) is followed by the practical application of the methodology (modeling aspects, design examples: Chap. 3), the conceptual justification (Chap. 4), the deficiencies of the conventional design procedure (force-based design examples: Chap. 3) and the fallacies in the justification of the conventional design methodology (Chap. 4). Comparative performance-based design evaluation (Chap. 3) of sixteen representative bridges (eight bridges subjected to alternative seismic design) indicates the benefits of the proposed procedure. The computational capabilities which were developed for the modeling and the analysis of the bridges are described in the appendices (upgrade of program ANSRuop).

The current dissertation, titled “Fire Response of Composite aerostructures” deals with a crucial subject of the aeronautics industry that is the fire response of composite aerostructures, more specifically the issue of interest in this work is the fuselage fire burnthrough from an external liquid jet-fuel pool fire. Other fire issues that “bother” the aeronautics industry are the fire spread inside the cabin, smoke generation and toxicity of the fumes, but these are not handled in the current dissertation. Aircraft structures are designed to withstand various loading scenarios during their operational life. These loading scenarios are associated to a great extent with normal aircraft operation (flight manoeuvres, take-off and landing). However there are situations where the aircraft structures are required to assure the safety of the passengers and crew. In the case of an emergency crash landing, the threat of an external jet-fuel fire always exists. Considering that the aircraft structure survives the impact, the survivability of the passengers and crew onboard the aircraft depends solely on the fire resistance of the aircraft structure. A measure of the fire resistance of an aircraft structure is the time needed for the flames to penetrate the fuselage and spread inside the cabin, the so-called, burn-through time. So far, the aircraft fire resistance has been extensively studied by conducting lab, medium and full scale tests. The early lab scale tests were performed by the Federal Aviation Administration (FAA) and involved the Bunsen-burner flammability test of coupons for developing fire safe interior materials. As the application of polymer materials on aircrafts kept increasing, the problem of fire burn-through due to external fire emerged. Marker was one of the first to perform full-scale fuselage burn-through tests to access the insulating performance of materials. Also a statistical analysis was performed by Cherry and Warren that accessed and analyzed data from past accidents and their work resulted in proving the importance of fuselage fire hardening and the passengers’ lives that could be saved using low-cost solutions. These works led the FAA to proposed new fire testing procedures for aircraft materials. The scope of this dissertation was to assess the performance of various structural materials in a pool-fire scenario. A simplified approach is made, approximating the pool-fire conditions with a flat panel burn-through test in accordance to the ISO2685:1998(E) Standard. The originality of the present work comes from the fact that it incorporates a multistage approach in order to investigate the behaviour and response of composite aircraft structures in the possibility of a fire event. The current approach goes down on material level in order to investigate and model the deterioration (decomposition) of the polymer composite. Thus, it investigates and proposes a methodology of how the thermophysical properties of the composite are deteriorated due to the fire event. It proceeds into developing a progressive-damage material model (material properties varying with the deterioration degree) and finally implementing this custom material model into a commercial FE package and solving the loading scenarios. Being more specific the current work begins with a quick review of the literature where incidents and work done on the burnthrough event for the past 20-30 years are summarized. It progresses then to presenting the various types of polymers used in the aircraft industry and their basic decomposition mechanisms, from the unsaturated polyesters to the epoxies and phenolics and in the end reference to the thermoplastics is made. Every organic material, hence, polymers used in aerospace applications, present a set of response characteristics when subjected to fire, specifically the heat release rate, thermal stability index, limiting oxygen index, flammability index, time-to-ignition, surface flame spread, mass loss, smoke density and smoke toxicity. Following is the backbone of this dissertation, the kinetics modelling. Two approaches are made, one simplified using single stage kinetics where the decomposition degree a is calculated based on the Arrhenius reaction theory and using the kinetic triplets (kinetic parameters) extracted from thermogravimetry, TGA, data using the Friedman multi-curve method. The second approach is more complicated and considers multi-stage decomposition of the polymer composite. Specifically a 3-stage reaction network is considered for every material, the LY-Ref, and the two modified batches, one with ammonium polyphosphate AP423 and the other both with AP423 and multi-wall carbon nanotubes MWCNT. Again the kinetic parameters, activation energy EA, frequency factor A, and reaction order n, are extracted for every step using the van Krevelen methodology. In the end using the reaction rates equations the reconstruction of the TGA curves is achieved with an error of less than 5% from the test data. Correlations that consider the material deterioration and affect the thermophysical properties of the materials are proposed. Those expressions are being developed for both of the two kinetic approaches, the single and multi stage. Another crucial part of this work is the measurement and calibration of the applied fire load. Again two fire load approaches are used, one according to the ISO2685 Standard where a propane burner was manufactured and calibrated according to the Standard for medium scale samples testing and a lab scale butane burner for small samples. The ISO2685 burner was also CFD simulated and the models calibrated against analytical expressions, ISO requirements and real measurements. The CFD simulations were performed so the heat flux or heat transfer coefficient to be extracted and used as input for the later thermal FE burnthrough models. The heat flux distribution of the lab-scale AML burner on the specimen surface was measured via a water cooled Schmit-Boelter SBG01 heat flux sensor manufactured by Hukseflux. Manufacturing and material details are presented concerning the samples used for every test campaign. Metallic (AL2024-T3) samples, CFRP neat and modified, and hybrid GLARE ones where manufactured. Also the experimental work performed is described. Cone calorimetry testing data are available, results from thermogravimetry tests, differential scanning calorimetry, and finally the burnthrough tests with both the testing apparatuses, the ISO2685 one and the AML lab-scale burner. The modelling work in this dissertation involved thermal models that were developed into a commercial FE package. It was not part of this work to develop a thermal solver so a commercial one was selected and all the developed methodology was adapted to its requirements and specifications. The boundary conditions on the models are presented both for the ‘hot’ front surface and the rear ‘cooling’ one. For the ‘hot’ one the heat flux distribution is used and for the ‘cooling’ one an equivalent convection is applied that accounts for both convective and radiative cooling. The decomposing material model is implemented into to FE solver via user defined subroutines for the single stage kinetics and the multi-stage approach. Finally the simulations were run and the results and models were compared against the available experimental results. Since so far the burnthrough response of aerostructures was limited to coupon, samples and medium size flat panels. A more realistic approach was performed by developing a mathematical model of a real size test. The certification tests conducted by the FAA are for full size fuselage sectors under the fire load of a burning jet-fuel pan pool-fire. A burning jet-fuel pool fire is a complex phenomenon on its own, combining it with a decomposing fuselage structure make the modeling approach even more difficult to simulate if not impossible. Required data for the pool-sizes under investigation were not available, so data for large external hydrocarbon pool fires from literature were used. Also, because the main characteristic of a jet-fuel (kerosene) pool fire is that the flames are not clear, on the contrary, great amount of shoot is produced making combustion modeling and radiative heat transfer to the fuselage even more of a challenge to model, it was decided to try and tackle this full-scale approach by a simplified the modeling approach. Instead of liquid fuel combustion, an equal hot air stream with mass flow, velocity and temperature properties extracted from literature correlation data was performed. Conclusively, in terms of completeness the benefit analysis performed by Cherry and Warren is presented in brief. The objective of their analysis was to assess the potential benefits, in terms of reduction of fatalities and injuries, resulting from improvements in fuselage burnthrough resistance to ground pool fires. Fire hardening of fuselages will provide benefits in terms of enhanced occupant survival and may be found to be cost beneficial if low-cost solutions can be found. The maximum number of lives saved per year in worldwide transport aircraft accidents, over the period covered by the data, if hardening measures were applied, was assessed to be 12.5 for the aircraft in its actual configuration (when the accidents occurred) and 10.5 for the aircraft configured to later airworthiness requirements. These figures are completely significant and give an extra confirmation that this work on investigating the fire response of composite aerostructures is on the right track. As the work of Cherry and Warren concluded, the fire hardening measures in order to be applicable need to be cost efficient. The concept under which this whole dissertation stepped on was to investigate the fire response of composite aerostructures and the possibility of hardening the structure itself without the use of extra protective layers that add cost and weight to the overall aircraft and its maintenance. In the end it was concluded that there is the possibility of hardening the fuselage structure by design and by material. Incorporating composites into the structure it is possible to prolong the burnthrough time at least for 4-5 minutes before auto ignition occurs on the inner side of the fuselage. Auto ignition of the inner side fuselage cabin materials is mentioned since in NONE of the burnthrough tests of the CFRP composites and the GLARE samples flame penetration was observed. / Στην παρούσα διατριβή με τίτλο «Ανάλυση της απόκρισης σύνθετων πολυμερών υλικών υπό συνθήκες φωτιάς. Εφαρμογή σε αεροπορικές κατασκευές» πραγματοποιείται εργασία στην αριθμητική προσομοίωση και πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς αεροπορικών κατασκευών σε συνθήκες φωτιάς. Στην μέχρι τώρα βιβλιογραφία οι διάφοροι έλεγχοι για πιστοποίηση των αεροπορικών υλικών αλλά και των αεροσκαφών στο σύνολό τους αποτελούνταν από εκτενείς πειραματικές δοκιμές σε μεσαία κλίμακα καθώς και σε πλήρους κλίμακας κατασκευές. Οι προδιαγραφές των ελέγχων ορίζονται από την Ομοσπονδιακή Διεύθυνση Αεροπλοΐας των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, Federal Aviation Administration FAA. Όπως γίνεται αντιληπτό πλήρους κλίμακας δοκιμές είναι χρονοβόρες αλλά και οικονομικά ασύμφορες, για τον λόγο αυτό τα τελευταία χρόνια πραγματοποιούνται προσπάθειες από την FAA για καθιέρωση Προτύπων ελέγχου μικρής κλίμακας τα οποία σε συνδυασμό με αριθμητικά μοντέλα θα είναι σε θέση να προβλέπουν την συμπεριφορά των αεροπορικών κατασκευών σε συνθήκες φωτιάς από την φάση του σχεδιασμού τους. Θα εξασφαλίζεται έτσι καλύτερη διαχείριση οικονομικών και υλικών πόρων. Στην βιβλιογραφία ο μεγαλύτερος όγκος αριθμητικής μοντελοποίησης έχει πραγματοποιηθεί στους τομείς της ναυπηγικής και των θαλάσσιων κατασκευών καθώς επίσης και τα τελευταία χρόνια στον τομέα της αστικής δόμησης. Αριθμητική δουλεία πάνω στην συμπεριφορά των αεροπορικών κατασκευών είναι υπερβολικά περιορισμένη και εκεί στοχεύει να συμβάλει η παρούσα διατριβή. Οι αεροπορικές κατασκευές εκτός των περιορισμών και προδιαγραφών που θέτουν οι άλλες εφαρμογές απαιτούν την ελαχιστοποίηση του προστιθέμενου βάρους στην κατασκευή. Διάφοροι τύποι πολυμερών συνθέτων υλικών χρησιμοποιούνται στην βιομηχανία, διακρινόμενα σε θερμοσκληρυνόμενα και θερμοπλαστικά. Αρχικά παρουσιάζονται τα θερμοσκληρυνόμενα ξεκινώντας από τους ευρέως χρησιμοποιούμενους πολυεστέρες και βινυλεστέρες, στις φαινολικές και εποξικές ρητίνες καταλήγοντας στους υψηλής θερμοκρασίας κυανεστέρες. Εν συνεχεία γίνεται αναφορά στα συνήθη χρησιμοποιούμενα θερμοπλαστικά, πολυπροπυλένιο PP, Poly-ether ether-ketone PEEK και polyphenylene Sulphide PPS. Φυσικά δεν παραλείπεται να γίνει σύντομη αναφορά και στις τυπικές διεργασίες θερμικής αποσύνθεσης των προαναφερθέντων πολυμερών. Η συμπεριφορά των σύνθετων πολυμερών υλικών σε συνθήκες φωτιάς περιγράφεται από κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη τα οποία χρησιμοποιούνται για την ποιοτική και ποσοτική σύγκριση των διαφόρων υποψήφιων αεροπορικών υλικών. Συγκεκριμένα τα μεγέθη αυτά είναι: Heat Release Rate HRR, Thermal Stability Index TSI, Limited Oxygen Index LOI, Extinction Flammability Index ESI, Time-to-Ignition, Surface Flame Spread, Mass Loss, Smoke Density, Smoke Toxicity. Οι διαδικασίες ελέγχου και τα υπολογιζόμενα μεγέθη γίνονται βάσει διεθνών Προτύπων που κυρίως για τον τομέα της αεροναυπηγικής ορίζονται από την Ομοσπονδιακή Διεύθυνση Αεροπλοΐας FAA. Η αριθμητική προσομοίωση προυποθέτει γνώση της συμπεριφοράς των πολυμερών υλικών σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πειράματα απώλειας μάζας με χρήση θερμογραβιμετρίας TGA κατά την διάρκεια της οποίας η απώλεια μάζας καθώς και ο ρυθμός αυτής παρακολουθούνται και καταγράφονται σαν συνάρτηση του ρυθμού θέρμανσης. Μέσα από αυτά τα δεδομένα μπορεί να πραγματοποιηθεί εκτίμηση του τρόπου αποσύνθεσης του πολυμερούς. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η θεώρηση της μονοβάθμιας αντίδρασης (single-stage reaction) που αποτελεί και την πλέον απλουστευμένη προσέγγιση. Στην θεώρηση αυτή θεωρείται πως η πολυμερής μήτρα περνάει από την «παρθένα» κατάσταση στην απανθρακομένη μέσα σε ένα βήμα. Η περιγραφή της αντίδρασης αυτής γίνεται με μια μονοβάθμια αντίδραση τύπου Arrhenius. Σε δεύτερο βήμα χρησιμοποιήθηκε κινητική θεωρία πολλαπλών σταδίων (multi-stage kinetics) σύμφωνα με την οποία πραγματοποιήθηκε ακριβέστερη προσέγγιση της απόσύνθεσης της πολυμερούς μήτρας των συνθέτων υλικών με απόκλιση μικρότερη του 5% από τα πειραματικά δεδομένα της θερμογραβιμετρείας (thermogravimetry). Και στις δύο προσεγγίσεις της αποσύνθεσης υπολογίσθηκαν οι κινηματικές παράμετροι: συντελεστής συχνότητας A (frequency factor), ενέργεια ενεργοποίησης ΕΑ (activation energy), τάξη αντίδρασης n (reaction order) για κάθε στάδιο. Με την ολοκλήρωση αυτού του σταδίου υπήρχε μια αξιόπιστη δυνατότητα αναπαράστασης της διαδικασίας αποσύνθεσης στο πείραμα της θερμογραβιμετρίας. Είναι γνωστό ότι οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας επηρεάζουν της τιμές των θερμοφυσικών ιδιοτήτων των υλικών. Αναλογιζόμενοι ότι στην διαρκεία της επιβολής της φλόγας στα σύνθετα υλικά όχι μόνο η θερμοκρασία αλλά και η σύσταση μεταβάλλεται συνεχώς λόγω της αποσύνθεσης κρίθηκε αναγκαία η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας που θα συμπεριλαμβάνει την επίδραση της αποσύνθεσης στην μεταβολή των θερμοφυσικικών ιδιοτήτων (θερμική αγωγιμότητα, ειδική θερμοχωρητικότητα και πυκνότητα) της πολυμερούς μήτρας και κατά συνέπεια του συνθέτου υλικού. Οι εξαγόμενες μαθηματικές σχέσεις χρησιμοποιήθηκαν στην αριθμητική προσομοίωση που ακολούθησε. Με σκοπό την ορθή αριθμητική μοντελοποίηση κρίνεται αναγκαία η μέτρηση και βαθμονόμηση του θερμικού φορτίου τον πειραματικών δοκιμών. Το μετρούμενο θερμικό φορτίου χρησιμοποιήθηκε εν συνεχεία ως φόρτιση στα αναπτυχθέντα μοντέλα. Χρησιμοποιήθηκαν δύο πειραματικές διατάξεις εφαρμογής φλόγας, μία μεσαίας κλίμακας σύμφωνα με τις διατάξεις του FAA Standard, που περιγράφεται στο ISO2685:1998(E) “Aircraft – Environmental test procedure for airborne equipment – Resistance to fire in designated fire zones” και μίας εργαστηριακής κλίμακος. Πραγματοποιήθηκε μέτρηση με θερμοζεύγη και καλορίμετρο νερού καθώς και αριθμητική μοντελοποίηση με χρήση CFD για την πρώτη διάταξη. Ενώ για την εργαστηριακής κλίμακας έγινε μέτρηση με θερμοζεύγη και ενός αισθητήρα θερμικού φορτίου «water-cooled Hukseflux Schmit-Boelter SBG01 sensor». Εν συνεχεία πραγματοποιήθηκε η κατασκευή των δοκιμίων των υποψήφιων υλικών καθώς και οι πειραματικές δοκιμές και έλεγχοι τους. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε: Θερμιδομετρία κώνου (cone calorimetry), Θερμογραβιμετρία (thermogravimetry), Θερμιδομετρία Διαφορικής Ανίχνευσης (Differencial Scanning Calorimetry, DSC), Μέτρηση Θερμικής αγωγιμώτητας, Δοκιμή διείσδυσης φλόγας (Fire burnthrough penetration). Καθώς ο χαρακτηρισμός της αποσύνθεσης των πολυμερών υλικών, η μεταβολή των θερμοφυσικών ιδιοτήτων, η μέτρηση και βαθμονόμηση του επιβαλλόμενου θερμικού φορτίου καθώς και οι πειραματικές δοκιμές έχουν ολοκληρωθεί ακολουθεί η αριθμητική προσομοίωση. Οι συνοριακές συνθήκες θερμικού φορτίου και ψύξης επιλέχθησαν ως εξής. Ως φόρτιση θεωρήθηκε η κατανομή του θερμικού φορτίου (σε kW/m2) στην εμπρός επιφάνεια του πάνελ. Στην ψύξη της πίσω επιφάνειας λήφθηκε υπόψη τόσο η ελεύθερη μεταφορά θερμότητας με επαφή όσο και η ακτινοβολία. Το μοντέλο της συμπεριφοράς του υλικού διαμορφώθηκε κατάλληλα ώστε να γίνει κατανοητό από τις απαιτήσεις ενός εμπορικού κώδικα Πεπερασμένων Στοιχείων επίλυσης θερμικών προβλημάτων και προσομοιώθηκαν οι πειραματικές δοκιμές διείσδυσης φλόγας των δύο πειραματικών διατάξεων, μεσαίας και εργαστηριακής κλίμακος. Πλέον της αριθμητικής προσομοίωσης της συμπεριφοράς σε φωτιά επίπεδων δοκιμίων αεροπορικών κατασκευών, πραγματοποιήθηκε προσπάθεια απλουστευμένης μοντελοποίησης των συνθηκών φλόγας ενός λιμνάζοντος όγκου καυσίμου αεροσκαφών στο εξωτερικό μιας ατράκτου. Δημιουργήθηκε ένα τρισδιάστατο ρευστομηχανικό μοντέλο πρόβλεψης του θερμικού φορτίου στην επιφάνεια μιας τυπικής ατράκτου σύμφωνα με τις προδιαγραφές γεωμετρίας του Προτύπου “Full-scale test evaluation of Aircraft fuel fire burnthrough resistance improvements” DOT/FAA/AR-98/52,1999. Τα ρευστομηχανικά αποτελέσματα συγκρίθηκαν με δεδομένα βιβλιογραφίας για μεγάλες φλεγόμενες δεξαμενές λιμνάζοντος καυσίμου. Εκτός από την μελέτη της απόκρισης των αεροπορικών κατασκευών σε συνθήκες φλόγας σκοπός της παρούσας εργασίας είναι και η παρουσίαση λύσεων οι οποίες θα έχουν την δυνατότητα της βελτίωσης της συμπεριφοράς των υπαρχουσών δομών καθώς και των μελλοντικών σύνθετων δομών. Ενδεικτικά αναφέρεται η δυνατότητα χρήσης νανοεγκλεισμάτων, και βελτιωμένων μονωτικών υλικών, π.χ. aerogels. Όπως έχει ήδη αναφερθεί οι αεροπορικές κατασκευές θέτουν τον περιορισμό της ελαχιστοποίησης του προστιθέμενου βάρους, για τον λόγο αυτό η ενίσχυση των συνθέτων υλικών θα πρέπει να πραγματοποιηθεί σε επίπεδο υλικού και σχεδιασμού. Πρέπει δηλαδή η ίδια η κατασκευή που είναι ικανή να φέρει τα μηχανικά φορτία να εξασφαλίζει και την πιστοποίηση της FAA για συνθήκες φωτιάς. Συνοψίζοντας, η παρούσα διατριβή πραγματοποιεί μια καινοτόμο, γρήγορη και αρκετά ακριβή προσέγγιση του σημαντικότατου ζητήματος της συμπεριφοράς των πολυμερικών σύνθετων αεροπορικών δομών σε συνθήκες φωτιάς Η πολυπλοκότητα του όλου φαινομένου επέβαλε την πραγματοποίηση παραδοχών και απλουστεύσεων. Καθώς όμως με την αυξανόμενη χρήση των συνθέτων υλικών στις αεροπορικές κατασκευές, ο τομέας της ασφάλειας σε συνθήκες φλόγας είναι συνεχώς αυξανόμενος και απαιτητικός. Για αυτό οι παραδοχές και θεωρήσεις της παρούσας διατριβής μπορούν να βελτιωθούν με χρήση νέων υπολογιστικών μεθόδων και πειραματικών δεδομένων με στόχο την ακόμα ακριβέστερη πρόβλεψη της συμπεριφοράς τον αεροπορικών δομών σε συνθήκες φλόγας.

Η εργασία αυτή διαπραγματεύεται το Πρόγραμμα «ΜΕΛΙΝΑ» το οποίο θεωρείται πρωτοποριακό στην Ελλάδα διότι προσφέρει, μέσα από τις δυνατότητες της τέχνης, την ευκαιρία για πολλαπλές αναγνώσεις τόσο των γνωστικών αντικειμένων όσο και των συναισθημάτων των μαθητών που μετέχουν στην επικοινωνία. Η κεντρική ιδέα του προγράμματος είναι το παιδί και η αυτοεκτίμησή του, ο σεβασμός στις ανάγκες του, στις ικανότητές του, στους ρυθμούς και στους χρόνους του, στις ιδιαιτερότητές του. Έτσι, το Πρόγραμμα έχει ως βασικό μέσο τις τέχνες για την προσέγγιση των γνωστικών αντικειμένων, αλλάζοντας τη μεθοδολογία του παραδοσιακού σχολείου και δίνοντας απάντηση στο πώς μπορούν να αναπτυχθούν κανονικά και ισάξια οι γνωστικές, συναισθηματικές, ψυχοκινητικές και κοινωνικές δεξιότητες του παιδιού, παράλληλα με την απελευθέρωση της φαντασίας και της δημιουργικότητάς του. / This paper discusses the "MELINA" Project, which is considered innovative because it offers in Greece, through the possibilities of art, the opportunity for multiple interpretations of both the subjects and the emotions of the students involved in communication. The central idea is the child and his self-esteem, respect their needs, their abilities, and the pace of the times, the peculiarities. Thus, the program is a key instrument for the arts approach of disciplines, changing the methodology of traditional school and giving answer to that can grow normally and equally cognitive, affective, psychomotor and social skills of the child, along with the release imagination and creativity.