Design and numerical modeling of a pressurized airframe bulkhead joint

The structural loading on a conceptual lap joint in the empennage of a civil aircraft has been investigated. The lap joint interfaces the end-pressure part-hemispherical bulkhead to the cylindrical fuselage. The pressure bulkhead is made of carbon fiber reinforced plastic materials. The aim of the study is to present numerical results of the induced structural loading from the fuselage positive internal pressure differential and the localized high stress intensity field at the lap joint location. A methodology for the appropriate numerical approach to analyze the domed pressure bulkhead is presented. The results of the numerical investigation showed that the laminate loading levels calculated by the use of either initial sizing analytical formulas for pressurized domes or by the use of equilibrium nodal loading from finite element models of low fidelity compared to refined finite element analysis can be significantly underestimated. Some of the implications on carbon fiber reinforced plastic structural sizing at the specified location are developed

Μοντελοποίηση ινωδών σύνθετων υλικών και προσδιορισμός των ελαστο-στατικών σταθερών τους με υπολογιστικές μεθόδους.

90 σ.Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”Η ακόλουθη εργασία έχει συνταχθεί στα πλαίσια διερεύνησης της καταλληλότητας προς χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων για την μοντελοποίηση και στατική ανάλυση μικρο-μηχανικού μοντέλου από σύνθετα υλικά. Το πρόβλημά μας είναι ο υπολογισμός ελαστο-στατικών μηχανικών ιδιοτήτων ενός ινώδους σύνθετου υλικού μακροσκοπικά, το οποίο απαρτίζεται από ισότροπες και ομογενείς φάσεις με διαφορετικές επιμέρους μηχανικές ιδιότητες. Εν μέσω των παραπάνω θεωρήσεων, προκύπτει και το πρόβλημα της μοντελοποίησης της λεγόμενης ενδιάμεσης φάσης, η οποία έχει μεταβαλλόμενες μηχανικές ιδιότητες βάσει μιας χωρικής συντεταγμένης. Οι μακροσκοπικές μηχανικές ιδιότητες του συνθέτου υλικού θεωρούμενου σαν ένα σώμα που θα προσπαθήσουμε να προσεγγίσουμε με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, είναι: - Το διάμηκες μέτρο ελαστικότητας ΕL (longidudinal modulus of elasticity) - Το εγκάρσιο μέτρο ελαστικότητας ΕT (transverse modulus of elasticity) - Το λόγο Poisson νLT, ο οποίος ορίζεται ως ο λόγος του αντιθέτου της εγκάρσιας τροπής προς την διαμήκη - Το λόγο Poisson νTT, ο οποίος συσχετίζει τις εγκάρσιες τροπές διαφορετικών διευθύνσεων Θα προσπαθήσουμε να διερευνήσουμε την καταλληλότητα της χρήσης των πεπερασμένων στοιχείων συγκρίνοντας: - Αποτελέσματα από αναλυτικές λύσεις στοιχειωδών προβλημάτων με αυτές που προκύπτουν από μοντελοποίηση με πεπερασμένα στοιχεία - Τα αποτελέσματα των αναλυτικών λύσεων και πειραματικών αποτελεσμάτων των δημοσιεύσεων [1] και [2], με αυτά των πεπερασμένων στοιχείων Στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας μελέτης, διατυπώνεται το ελαστο στατικό πρόβλημα προς επίλυση. Γιαννόπουλος Ιωάννης Σελίδα 6 από 90 Στο δεύτερο κεφάλαιο, μελετάται η καταλληλότητα διαφόρων ειδών πεπερασμένων στοιχείων για την επίλυση του προβλήματός μας. Στο τρίτο κεφάλαιο, επιλύονται στοιχειώδεις γεωμετρίες αναλυτικά και συγκρίνονται τα αποτελέσματα τους με αυτά των πεπερασμένων στοιχείων. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται η προσεγγιστική αριθμητική μοντελοποίηση της ενδιάμεσης φάσης του σύνθετου υλικού. Στο πέμπτο κεφάλαιο επιλύεται αριθμητικά το σύνθετο μοντέλο και τα αποτελέσματα της ανάλυσης ως προς το διάμηκες και εγκάρσιο μέτρο ελαστικότητας και λόγου του Poisson, συγκρίνονται με προ υπάρχουσες αναλυτικές λύσεις και πειραματικά αποτελέσματα. Στο έκτο κεφάλαιο βρίσκονται τα συμπεράσματα της μελέτης αυτής καθώς και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.Rresults of the application of finite elements for modeling static analysis of micromechanical composite materials. The result of investigation is the calculation of macroscopic elasto-static mechanical properties of a composite material which comprises of two main isotropic and homogeneous phases, being the fiber and the matrix whilst knowing the properties of the individual constituents. The third phase that is taken into account, the so called mesophase, is the third phase of our composite and its properties vary according to a spatial coordinate via an assumed known analytic function. The macroscopic elastic properties of the composite material under investigation are: - The longidudinal modulus of elasticity, ΕL - The transverse modulus of elasticity, ΕT - The Poisson’s ratio νLT, which is the ratio of the opposite of the transverse to the longitudinal strain - The Poisson’s ratio νTT, which relates the transverse strains of different directions We shall validate our finite element solution by comparing it to: - Analytical solutions from elementary problems - Results from analytical solution already published and relevant test results i.e. [1] & [2] In the first chapter of this study, the elasto static problem to be solved is posed In the second chapter, different element formulations are investigated, that could be employed for our problem. Γιαννόπουλος Ιωάννης Σελίδα 8 από 90 In the third chapter, elementary problems are solved and compared to already known closed form analytical solutions In the fourth chapter, the idealization of the mesophase is explained and the way to be implemented into the FE model. In the fifth chapter, the complete model is solved and various results are drawn with respect to the elasto static properties of the composite material, versus analytic and test results. In the sixth chapter, the study is concluded and future investigations are proposed.Ιωάννης Κ. Γιαννόπουλο

Navigating Your Way! Increasing the Freedom of Choice During Wayfinding

Using navigation assistance systems has become widespread and scholars have tried to mitigate potentially adverse effects on spatial cognition these systems may have due to the division of attention they require. In order to nudge the user to engage more with the environment, we propose a novel navigation paradigm called Free Choice Navigation balancing the number of free choices, route length and number of instructions given. We test the viability of this approach by means of an agent-based simulation for three different cities. Environmental spatial abilities and spatial confidence are the two most important modeled features of our agents. Our results are very promising: Agents could decide freely at more than 50% of all junctions. More than 90% of the agents reached their destination within an average distance of about 125% shortest path length

Micromechanical modelling and interfacial strength prediction of multidirectional laminated fibre reinforced polymers

Delamination initiation and propagation is a common failure mode in laminated composites that must be considered when assessing damage in composite structures. Delamination usually propagates at the interface between laminas. Current approved testing procedures address the inter-laminar strength in fracture modes I and II for interfaces of unidirectional laminas oriented in the same direction. The aim of this study was to investigate the interlaminar fracture initiation strength in multi-layer lamina interfaces by the use of micromechanical numerical analysis. Representative volumetric elements with randomly distributed fibres and the ability of numerically modelling fibre-matrix interfacial debonding were generated with different ply interfacial orientations. Failure initiation and damage sequences were captured and the global stresses where failure initiated were determined for the studied configurations. Insights on the variations in the strength observed due to the different lamina orientations were provided

Intersections of Our World

There are several situations where the type of a street intersections can become very important, especially in the case of navigation studies. The types of intersections affect the route complexity and this has to be accounted for, e.g., already during the experimental design phase of a navigation study. In this work we introduce a formal definition for intersection types and present a framework that allows for extracting information about the intersections of our planet. We present a case study that demonstrates the importance and necessity of being able to extract this information

Preliminary analysis method for FRP laminate impact damage size prediction

Low velocity impact damage on carbon reinforced polymer laminate composites has been identified as a key threat to airframe structural integrity since it reduces the strength under compressive loading. Airworthiness certification specifications dictate that the airframe structural components up to the full scale subassemblies have to adhere to the strength and fatigue airworthiness requirements imposed whilst being damaged. The study presented herein combines a set of numerical tools for generating an approach to numerically quantify the damage size after low velocity impact on FRP laminates

Not Arbitrary, Systematic! Average-Based Route Selection for Navigation Experiments

While studies on human wayfinding have seen increasing interest, the criteria for the choice of the routes used in these studies have usually not received particular attention. This paper presents a methodological framework which aims at filling this gap. Based on a thorough literature review on route choice criteria, we present an approach that supports wayfinding researchers in finding a route whose characteristics are as similar as possible to the population of all considered routes with a predefined length in a particular area. We provide evidence for the viability of our approach by means of both, synthetic and real-world data. The proposed method allows wayfinding researchers to justify their route choice decisions, and it enhances replicability of studies on human wayfinding. Furthermore, it allows to find similar routes in different geographical areas

Τεχνητή Νοημοσύνη και Μεταναστευτικό: «Τεχνητή νοημοσύνη και αλγόριθμοι στην διαχείριση της μετανάστευσης» Η χρήση των συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης στον έλεγχο της μετανάστευσης και στην εποπτεία των συνόρων»

Στόχος της ακόλουθης διπλωματικής εργασίας είναι η συγγραφή μιας αναλυτικής έρευνας, για τον ρόλο που διαδραματίζει η χρήση της τεχνολογίας στην διαχείριση της μετανάστευσης. Πιο συγκεκριμένα γίνεται μια αναλυτική προσέγγιση για τις λειτουργίες της τεχνητής νοημοσύνης, τεχνολογίας «υψηλού κινδύνου» ως ευρωπαϊκή μεταναστευτική πολιτική, για την διαχείριση της μετανάστευσης. Προκειμένου να επιτευχθεί ο ερευνητικός στόχος, η διπλωματική εργασία ξεκινάει με την θεωρητική έρευνα για τα μέρη που θίγονται. Η ερευνητική διαδικασία, λοιπόν, ξεκινάει με την θεωρητική προσέγγιση των όρων «τεχνητή νοημοσύνη» και «μετανάστευση» και καταλήγει με την «ηθική» διάσταση της τεχνητής νοημοσύνης. Σκοπός είναι ο αναγνώστης να λάβει την βασική γνώση προκειμένου να κατανοήσει, για ποιον σκοπό και με ποιους τρόπους μπορεί να χρησιμοποιηθούν οι σύγχρονες τεχνολογικές δυνατότητες στην μετανάστευση. Εν συνεχεία, στο δεύτερο μέρος πραγματοποιείται η μεθοδολογική έρευνα, στην οποία δίνονται απαντήσεις στα ερευνητικά ερωτήματα και υποερωτήματα που έχουν τεθεί. Μέσα από την βιβλιογραφική έρευνα και την ποιοτική έρευνα καταγράφεται το, πώς χρησιμοποιείται η τεχνητή νοημοσύνη, για ποιους σκοπούς και τέλος καταγράφονται οι κίνδυνοι που προκύπτουν με την χρήση της. Στο τελευταίο μέρος, αποτυπώνεται η συζήτηση των αποτελεσμάτων, από την οποία επιχειρείται η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την διαχείριση της μετανάστευσης στην Ευρωπαϊκή Ένωση με χρήση της τεχνητής νοημοσύνης, καθώς και η παρουσίαση της ανθρωποκεντρικής προσέγγισης στην χρήση συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης υψηλού κινδύνου.The aim of the following diploma thesis is to write a detailed research on the role played by the use of technology in migration management. More specifically, an analytical approach is made to the functions of artificial intelligence, a "high-risk" technology as a European migration policy, for migration management. In order to achieve a research objective, the dissertation begins with theoretical research on the parties affected. The research process begins with the theoretical approach of the terms "artificial intelligence" and "migration" and ends with the "ethical" dimension of artificial intelligence. The aim is for the reader to obtain the basic knowledge in order to understand, for what purpose and in what ways modern technological possibilities can be used in migration. Then in the second part the methodological research is carried out in which answers are given to the research questions and sub-questions that have been asked. Through literature research and qualitative research, it is recorded how artificial intelligence is used, for what purposes and finally the risks arising from its use are recorded. In the last part, the discussion of the results is depicted, from which conclusions are drawn on migration management in the European Union using artificial intelligence, as well as the presentation of the human-centered approach to the use of high-risk artificial intelligence systems

Sensitivity of composite scarf joints to manufacturing deviation and disbond under tensile load

Scarf joints are an effective method of bonding thick composite laminates for applications such as the repair of composite aircraft structures. However, concerns remain about their damage tolerance characteristics. Typically composite scarf repairs to aircraft structures require use of hand tools or rudimentary jigs. If the scarf is incorrectly prepared, this may cause a profile deviation to the joint, affecting the bond line stresses and in turn, reducing the residual strength of the joint or repair. The subject of this work examined the sensitivity of composite scarf joints to machining profile deviation and artificial disbond, when subject to static tensile load. Tensile test specimens were prepared with two different configurations of scarf for representing an undercut or imprecise scarf typical of a machining error. In addition, sensitivity of the scarf joints in the presence of an artificial disbond was also tested. Results indicated that for the specimens tested, the scarf is relatively insensitive to minor profile deviation, but highly sensitive to an artificial disbond. Experimental results were also compared with finite element analysis