hosted by
publicationslist.org
    

Dimitrios E Vlachos

Applied Mechanics Laboratory, Department of Mechanical & Aeronautical Engineering, University of Patras
vlahos@mech.upatras.gr

Journal articles

2013
2012
D Sikoutris, D E Vlachos, V Kostopoulos, S Jagger, S Ledin (2012)  Fire burnthrough response of CFRP aerostructures. Numerical investigation and experimental verification   Applied Composite Materials 19: 2. 141-159  
Abstract: Aircraft structures are designed to withstand further to dynamic mechanical loadings thermal loads too. In the event of an external fire (while the aircraft is on the ground) the fuselage structure has to withstand and delay fire penetration. Prolonged burnthrough time is the design target. In the current work, a progressive fire-degradation material model is developed that links decomposition kinetics with the thermophysical properties of polymer composite materials. The material model is then implemented in a FE model to simulate the response of the flat panels under fire burnthrough conditions. Experimental investigation is performed in accordance to the ISO2685:1998 (E) Standard. © 2011 Springer Science+Business Media B.V.
Notes: cited By (since 1996) 0
2011
T Kotzakolios, D E Vlachos, V Kostopoulos (2011)  Blast response of metal composite laminate fuselage structures using finite element modelling   Composite Structures 93: 2. 665-681 01  
Abstract: The aircraft fuselage is a complex structure with relatively low margins of safety, operating in a highly demanding dynamic environment. In the present work, the loading scenario of an on board explosion is investigated. The main scope is to assess the damage induced on an operating fuselage by an explosive charge. Finite element models of a typical commercial fuselage were generated for two material configurations, aluminium and GLARE. The simulation was performed in three stages; initialization phase, where the flight loads are applied on the structure, the blast phase and the final phase where the flight loads are applied on the damaged structure. Simulations were performed for different charge locations for both material configurations. The extent and location of damage allowed the generation of a vulnerability index.
Notes:
T Kotzakolios, D E Vlachos, V Kostopoulos (2011)  Investigation of blast response of GLARE laminates : Comparison against experimental results   Plastics, Rubber and Composites 40: 6-7. 349-355  
Abstract: GLARE is a combination of metal and composite materials (known as fibre metal laminates) that was developed as an alternative for aluminium in aerospace applications due to its superior fatigue characteristics and impact resistance. Since GLARE is increasingly being used for aircraft structural components, an interesting scenario is the blast loading of a GLARE structural panel due to an onboard explosion. In the present work, finite element models were generated for various charge sizes for a typical GLARE configuration used for fuselage skin, and the numerical results were compared against experimental results. The numerical models were generated in a way that each ply was modelled separately, and a tie-break contact algorithm was implemented in order to capture debonding between the various layers. Additionally, an elastic plastic material model was implemented for the aluminium layers, and a composite material model with damage parameters that introduces non-linearities into the material model was considered for the composite layers. © Institute of Materials, Minerals and Mining 2011.
Notes: cited By (since 1996) 0
2006
V Kostopoulos, D E Vlachos, A Paipetis, G Sotiriadis (2006)  Anisotropic damage of alumina/alumina CFCCs under long term high temperature exposure : Investigations by ultrasonic stiffness measurements and quasi-static tests   COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY 66: 16. 3221-3229  
Abstract: The present work deals with the development of anisotropic damage in alumina/alumina continuous fiber ceramic composites (CFCCs). The composites were isothermally exposed to a corrosive/high temperature environment at 1100 degrees C, which simulates the working conditions of a gas turbine. Stiffness matrix components and strength were experimentally defined as a function of exposure duration by means of ultrasonic stiffness measurements and quasi-static tensile tests. In order to determine the stiffness matrix components, a new ultrasonic stiffness characterisation technique was employed. According to this method, the through transmission phase velocities are measured using a custom built immersion set-up. The experimental data are subsequently used in order to solve the inverse scattering problem and reconstruct the stiffness matrix of the composite at successive thermal exposure levels. The stiffness matrix of the composite was assumed to be orthotropic. Damage functions were formulated to describe the high temperature/corrosive exposure effect on the stiffness matrix of the composite. Finally, quasi-static tensile tests were used to assess the stiffness reduction of the composite and compare the values to those acquired non-destructively. The effect of exposure time on the strength of the composite was determined in the same way. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Notes: Times Cited: 1
2005
V Kostopoulos, Y P Markopoulos, D E Vlachos, D Katerelos, C Galiotis, T Tsiknias, D Zacharopoulos, D Karalekas, P Chronis, D Kalomallos (2005)  Design and construction of a vehicular bridge made of glass/polyester pultruded box beams   PLASTICS RUBBER AND COMPOSITES 34: 4. 201-207  
Abstract: The design and construction is described of a vehicle bridge made of glass-reinforced polyester pultruded box beams. The bridge has a simply supported span 11.6 m long and 4 m wide. It has been designed as a Class 30 (300 kN load capacity) according to DIN 1072 and represents a single traffic lane. The composite bridge consists of a 3-D truss structure made of thick-wall fibre-reinforced plastic longitudinal box elements of hollow square cross-section. The bridge design proposed allows for fast construction as it consists of pre-fabricated, ready to assemble elements. The total of the composite bridge does not exceed 135 kN.
Notes: Times Cited: 0
A Paipetis, Y Z Pappas, D E Vlachos, V Kostopoulos (2005)  Damage modelling and simulation of composite materials using ultrasonic measurements   ADVANCED COMPOSITES LETTERS 14: 3. 85-94  
Abstract: The monitoring of the elastic properties of Al2O3/Al2O3 composites during the exposure at high temperature environment that simulates the working conditions of a gas turbine has been performed non-destructively using ultrasonics. The applied methodology is based on velocity measurements of the elastic waves that propagate in an orthotropic medium. These were estimated experimentally using a custom pulser-receiver setup which allows control of the angle of the incident pulse on the sample, while the latter is immersed in a water bath. The derivation of the elastic constants in order to reproduce the stiffness matrix of the composite is an inverse wave propagation problem described by the Christoffel equation. The damage initiation and propagation as depicted by the deterioration of the moduli of the material was described using deterministic and stochastic approaches. Finally, the damage accumulation process was simulated as a Markov process.
Notes: Times Cited: 0
2002
D E Vlachos, Y Z Pappas, M Innocenti, V Kostopoulos (2002)  A new design methodology for high temperature structural components made of continuous fibre ceramic composites exhibiting thermally induced anisotropic damage   ADVANCED COMPOSITES LETTERS 11: 5. 221-234  
Abstract: Continuous Fibre Ceramic (Matrix) Composites (CFCCs) have found during the last decade numerousof industrial applications in a variety of technological areas, where structural components are subjected to high temperature combined with significant mechanical loading. The present work deals with the application of an innovative design methodology for the development of an industrial gas turbine combustor chamber made of oxide/oxide composite materials. Oxide/oxide composites offer high-temperature structural stability without the need of any kind of oxidation protection and thus permit the increase of working temperature of the gas turbine, increasing the efficiency of the system and decreasing NOx emissions. Since, oxide/oxide composites degrade their structural properties as a function of the operating temperature (for temperature higher than 10000 degreesC) and the exposure time, an incremental approach has been introduced as a structural design methodology for the combustion chamber, where each increment represents a thermal exposure stage. The data set required for the application of the present design approach, was obtained through an extensive material characterization program based on the measurement of the anisotropic properties of oxide/oxide composites using ultrasonic techniques.
Notes: Times Cited: 0
V Kostopoulos, Y P Markopoulos, G Giannopoulos, D E Vlachos (2002)  Finite element analysis of impact damage response of composite motorcycle safety helmets   COMPOSITES PART B-ENGINEERING 33: 2. 99-107  
Abstract: The energy absorption during impact provided by a motorcycle safety helmet is always of critical importance in order to protect the rider against head injury during an accident. In the present study, a parametric analysis has been performed in order to investigate the effect of the composite shell stiffness and the damage development during impact, on the dynamic response of a composite motorcycle safety helmet. This kind of parametric analysis may be used as a tool during helmet design for minimising testing needs. The LS-DYNA3D explicit hydrodynamic finite element code was used to analyse a detailed model of the helmet-headform system (composite shell/foam liner/metallic headform) and to simulate its dynamic response during impact. A significant part of the work was focused on the modelling of the mechanical behaviour of the composite materials, including damage and delamination development. The dynamic response of the different helmet-headform systems was judged in terms of the maximum acceleration monitored at the centre of gravity of the headform and the maximum value of head injury criterion. It was shown that composite shell systems exhibiting lower shear performance provide additional energy absorbing mechanisms and result to better crashworthiness helmet behaviour. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.
Notes: Times Cited: 11
2001
D E Vlachos, Y P Markopoulos, V Kostopoulos (2001)  3-D modeling of nanoindentation experiment on a coating-substrate system   COMPUTATIONAL MECHANICS 27: 2. 138-144  
Abstract: The validity of indentation tests for the characterization of the mechanical properties of coatings relies greatly on the indentation depth. Deep indentation concludes to unreliable results due to the substrate effect on the measured properties. At shallow depths the size effect can also be an important error factor. The purpose of the present study is the determination of the critical ratio of coating thickness to indentation depth, up to which the substrate properties have a negligible effect on the force versus indentation depth curve and thus on determined mechanical properties of the coating. The analysis required, was conducted using finite element method. A spherical (ball) indenter was used and a three dimensional model of the indenter/coating-substrate system was applied. The effect of the coating to substrate Yield strength ratio, on the critical coating thickness to indentation depth ratio, was investigated for three different coating to substrate Young's modulus ratios. The results of this work provide considerable insight for the determination of the confidence indentation depth during micro-indentation for layered systems with different properties.
Notes: Times Cited: 6

PhD theses

2006
Dimitrios E Vlachos (2006)  Design of Structural Components using Ceramic Composite Materials under Thermo-mechanical fatigue conditions, (ÎŖĪ‡ÎĩδΚιĪƒÎŧĪŒĪ‚ ĪƒĪ„ÎŋΚĪ‡ÎĩίĪ‰ÎŊ ÎēÎąĪ„ÎąĪƒÎēÎĩĪ…ĪŽÎŊ ÎąĪ€ĪŒ ĪƒĪÎŊθÎĩĪ„Îą ÎēÎĩĪÎąÎŧΚÎēÎŦ Ī…ÎģΚÎēÎŦ Ī€ÎŋĪ… ÎģÎĩΚĪ„ÎŋĪ…ĪÎŗÎŋĪÎŊ Ī…Ī€ĪŒ ĪƒĪ…ÎŊθΎÎēÎĩĪ‚ θÎĩĪÎŧÎŋÎŧΡĪ‡ÎąÎŊΚÎēÎŽĪ‚ ÎēĪŒĪ€Ī‰ĪƒÎˇĪ‚)   Department of Mechanical & Aeronautical Engineering, University of Patras  
Abstract: Αρκετές φορές υπήρξαν επιστημονικές ανακαλύψεις που περίμεναν την δημιουργία νέων ή την βελτίωση γνωστών υλικών, προτού βρούν εφαρμογή. Σε άλλες περιπτώσεις πάλι, καινοτομίες στην τεχνολογία των υλικών υπήρξαν το κίνητρο για την ανάπτυξη νέων εφαρμογών και εφευρέσεων. Είναι πράγματι εντυπωσιακό το πόσα από τα σύγχρονα τεχνολογικά επιτεύγματα οφείλουν την ύπαρξή τους στην, τυχαία πολλές φορές, ανακάλυψη ενός πρωτοποριακού υλικού, μιας νέας μεθόδου επεξεργασίας, ή άγνωστων ιδιοτήτων σε γνώριμα υλικά. Σήμερα ο τομέας των υλικών αποτελεί ανεξάρτητο πεδίο επιστημονικής έρευνας με έντονη δραστηριότητα. Παράλληλα επιτελείται σημαντικό έργο με στόχο την αξιοποίηση από την τεχνολογία, των ερευνητικών αποτελεσμάτων της επιστήμης των υλικών. Μία άποψη της δραστηριότητας αυτής είναι η εισαγωγή σε πειραματικό επίπεδο, νέων υλικών σε γνωστές εφαρμογές. Αν και αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα, ωστόσο η υιοθέτηση ενός υλικού από την βιομηχανία με την είσοδό του στην παραγωγή, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Ένας από τους πιο καθοριστικούς, ειδικά όσο αφορά εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας, είναι η δυνατότητα προσαρμογής των διαδικασιών σχεδιασμού στις συνθήκες που διαμορφώνονται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς του υλικού, σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Σε αυτό το γενικό πλαίσιο εντάσεται η παρούσα εργασία, η οποία έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη μεθοδολογίας σχεδιασμού, κατάλληλης για εφαρμογή σε στοιχεία από Σύνθετα Κεραμικά Υλικά Συνεχών Ινών (Continuous Fiber Ceramic Composites – CFCC’s) καταπονούμενα από θερμομηχανικά φορτία. Τα ΣΚΥ Συνεχών Ινών αποτελούν εξελιγμένη μορφή των Προηγμένων Κεραμικών Υλικών, τα οποία είναι ίσως τα πλέον ανθεκτικά υλικά σε περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών που έχουν αναπτυχθεί έως σήμερα. Τα ΣΚΥ είναι αντικείμενο συνεχούς έρευνας και ανάπτυξης και αναμένεται να επιφέρουν σημαντική πρόοδο σε πολλούς τομείς. Μία από τις πολλές εφαρμογές για τις οποίες θεωρούνται ελκυστικά, είναι οι στροβιλοκινητήρες αεροχημάτων και οι στροβιλομηχανές παραγωγής ενέργειας. Η αντικατάσταση των μεταλλικών κραμμάτων από ΣΚΥ στα «θερμά» μέρη των στροβιλομηχανών εκτιμάται ότι είναι δυνατό να επιφέρει αύξηση του βαθμού απόδοσης έως και 20% με ταυτόχρονη μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων. Στην περιοχή αυτή εστιάζεται η παρουσίαση της προτεινόμενης μεθοδολογίας και συγκεκριμένα στον σχεδιασμό και την ανάλυση ενός πρότυπου θαλάμου καύσης στροβιλομηχανής κατασκευασμένου από ΣΚΥ. Η μεθοδολογία αυτή επιχειρεί να καλύψει τις ιδιαίτερες απαιτήσεις της μοντελοποίησης των ΣΚΥ και της ανάλυσης στοιχείων κατασκευών από ΣΚΥ, που προκύπτουν από τα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς τους στις συνθήκες λειτουργίας των στροβιλομηχανών. Ως βασικό στοιχείο της μεθοδολογίας σχεδιασμού συμπεριλαμβάνεται στην παρούσα εργασία και η λεπτομερής περιγραφή του πειραματικού χαρακτηρισμού ενός τύπου ΣΚΥ με μήτρα και ενίσχυση οξειδίων. Στην διαδικασία αυτή εισάγεται και μια πρωτότυπη μέθοδος ποσοτικού χαρακτηρισμού που στηρίζεται σε μη-καταστροφικές δοκιμές με χρήση υπερήχων. Η διαδικασία εφαρμογής της μεθόδου, όσο αφορά το πειραματικό και το υπολογιστικό μέρος της αναπτύχθηκε εξ’ολοκλήρου στα πλαίσια της παρούσας εργασίας και επιτρέπει την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό ανισότροπης βλάβης σε ΣΚΥ. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων της διαδικασίας χαρακτηρισμού, οδηγεί στην διαμόρφωση μαθηματικού μοντέλου που περιγράφει την μηχανική συμπεριφορά του υλικού κάτω από δεδομένες συνθήκες λειτουργίας. Συγκεκριμένα, όσο αφορά τα ΣΚΥ με μήτρα και ενίσχυση από οξείδιο του αλουμινίου στα οποία εστιάζεται η εργασία, διαπιστώθηκε υποβάθμιση των ελαστικών ιδιοτήτων και της αντοχής λόγω παραμονής του υλικού σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Η υποβάθμιση αυτή προσδιορίστηκε ποσοτικά σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας και του χρόνου έκθεσης. Η μεθοδολογία σχεδιασμού στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στην ανάλυση και προσομοίωση της λειτουργίας στοιχείων κατασκευών με την μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Σημαντικό μέρος της παρούσας εργασίας αφορά την ανάπτυξη υπολογιστικού κώδικα ο οποίος επιτυγχάνει την προσαρμογή του πρωτότυπου μοντέλου υλικού σε εμπορικό λογισμικό ανάλυσης με ΠΣ. Επιπρόσθετα ο υπολογιστικός κώδικας εφαρμόζει μοντελοποίηση προοδευτικής αστοχίας που περιλαμβάνει τρείς ξεχωριστούς μηχανισμούς δομικής αστοχίας. Τέλος, ο κώδικας αυτός χρησιμοποιείται στην προσομοίωση της λειτουργίας ενός τυπικού θαλάμου καύσης στροβιλομηχανής παραγωγής ενέργειας σε συνθήκες σταθερής κατάστασης (steady state), κατασκευασμένου από στρωματοποιημένο ΣΚΥ συνεχών ινών και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης.
Notes:
Powered by PublicationsList.org.