Προσομοίωση με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων επαφής με τριβή και προσκόλληση βιο-εμπνευσμένων από τη σαύρα Gecko μικροπτερυγίων από PDMS με σφαιρική επιφάνεια SiO2 - Σκόνδρας-Γιούσιος, Δημήτριος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών, 2017)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η δημιουργία, με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, μοντέλου επαφής με τριβή και προσκόλληση δίσκου από SiO2 με βιοεμπνευσμένα από τη σαύρα Gecko πτερύγια από PDMS. Στόχος είναι η όσο το δυνατόν ρεαλιστική απόκριση του μοντέλου υπό διάφορες συνθήκες. Για τη μοντελοποίηση χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό πακέτο Comsol Multiphysics. Αρχικά κατασκευάστηκε η δισδιάστατη γεωμετρία της διάταξης δίσκου-πτερυγίων, μιμούμενη ιεραρχικές δομές ενός επιπέδου στη μικροκλίμακα, βασισμένη σε πραγματική διάταξη από τη βιβλιογραφία. Το μοντέλο υλικού που χρησιμοποιήθηκε ήταν το γραμμικό ελαστικό. Η μοντελοποίηση της επαφής έγινε με τρόπο που να περιλαμβάνει τις τριβικές και προσκολλητικές συνθήκες κατά την προσομοίωση, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ποινής. Επίσης, οι ρυθμίσεις του επιλύτη τροποποιήθηκαν έτσι ώστε να είναι δυνατή η σύγκλιση και επίλυση του μη γραμμικού προβλήματος. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας μοντελοποίησης, το μοντέλο προσομοιώθηκε για διαφορετικές συνθήκες. Η προσομοίωση έγινε στο πεδίο του χρόνου για σταθερή οριζόντια ταχύτητα του δίσκου. Αρχικά, έγινε μελέτη της επίδρασης της ακτίνας του δίσκου και της πυκνότητας τοποθέτησης πτερυγίων, για 15 ξεχωριστές περιπτώσεις. Στη συνέχεια, εξετάσθηκαν επιπλέον περιπτώσεις όπως η αντίθετη κίνηση του δίσκου, διαφορετικά ύψη τοποθέτησής του, περιπτώσεις με διαφορετικό συντελεστή τριβής και χωρίς τη συνθήκη προσκόλλησης. Τέλος, εξετάσθηκαν άλλες δυο περιπτώσεις με δυο υπερελαστικά μοντέλα υλικού στα πτερύγια. Τα αποτελέσματα των παραπάνω έδειξαν την αύξηση της συνολικής δύναμης επαφής με την αύξηση της ακτίνας του δίσκου, της πυκνότητας τοποθέτησης πτερυγίων και τη μείωση του ύψους τοποθέτησης του δίσκου, αλλά και δημιουργία ασταθειών στη δύναμη λόγω της προσκόλλησης. Επιπλέον, φάνηκε ανταπόκριση των δυνάμεων σε διαφορετικούς συντελεστές τριβής, και ρεαλιστικότερη προσαρμογή στα υπερελαστικά μοντέλα υλικού.