Engineering simulation has a significant role in the process of design and analysis of most engineered products at all scales and is used to provide elegant, lightweight , optimized designs. A major step in achieving high confidence in computational models with good predictive capabilities is model validation. It is normal practice to validate simulation models by comparing their numerical results to experimental data. However, current validation practices tend to focus on identifying hot-spots in the data and checking that the experimental and modeling results have a satisfactory agreement in these critical zones. Often the comparison is restricted to a single or a few points where the maximum stress / strain is predicted by the model. The objective of the present paper is to demonstrate a step-by-step approach for performing model validation by combining fullfield optical measurement methodologies with computational simulation techniques. Two important issues of the validation procedure are discussed, i.e. effective techniques to perform data compression using the principles of orthogonal decomposition, as well as methodologies to quantify the quality of simulations and make decisions about model validity. An I-beam with open holes under three-point bending loading is selected as an exemplar of the methodology. Orthogonal decomposition by Zernike shape descriptors is performed to compress large amounts of numerical and experimental data in selected regions of interest (ROI) by reducing its dimensionality while preserving information; and different comparison techniques including traditional error norms, a linear comparison methodology and a concordance coefficient correlation are used in order to make decisions about the validity of the simulation.

No abstract

The results of an experimental study for assessing the degradation of the fatigue properties of reinforcing steel bars grade S400 caused by exposure to laboratory salt spray corrosion environment are presented. For this purpose, low cycle fatigue (LCF) tests were carried out. Furthermore, the effect of ribs on the fatigue strength was recorded. Results are indicative of the catalytic impact of corrosion on LCF behavior. Since two important degradation factors such as corrosion and LCF are functions of time, it appears that the reliability of steel S400 is also time dependant. Additionally, the presence of ribs on materialÕs surface affects significantly the fatigue behavior by reducing energy dissipation and duration of test.

Innovative designs of transport vehicles need to be validated in order to demonstrate reliability and provide confidence. The most common approaches to such designs involve simulations based on Finite Element (FE) analysis, used to study the mechanical response of the structural elements during critical events. These simulations need reliable validation techniques, especially if anisotropic materials, such as fibre reinforced polymers, or complex designs, such as automotive components are considered. It is normal practice to assess the accuracy of numerical results by comparing the predicted values to corresponding experimental data. In this frame, the use of whole field optical techniques has been proven successful in the validation of deformation, strain, or vibration modes [1]. The strength of full-field optical techniques is that the whole displacement field can be visualized and analyzed. By using High Speed cameras, the Digital Image Correlation (DIC) method can be applied to highly non-linear dynamic events and deliver quantitative information about the three-dimensional displacement field [2].

Οι σύγχρονες κατασκευαστικές τάσεις ωθούν τους μηχανικούς να σχεδιάζουν πιο περίπλοκες, ελαφρότερες κατασκευές, από υλικά των οποίων η μηχανική συμπεριφορά δεν είναι πλήρως προσδιορισμένη. Ταυτόχρονα οι χρήστες / καταναλωτές των κατασκευών αυτών απαιτούν τη μέγιστη δυνατή αξιοπιστία, η οποία συνήθως επιτυγχάνεται με αύξηση του συντελεστή ασφαλείας, που μπορεί να καταλήξει στη δημιουργία βαρύτερων και συχνά συντηρητικών σχεδιασμών. Είναι προφανές ότι η προσπάθεια βελτιστοποίησης του σχεδιασμού μέσω της μείωσης της απαιτούμενης ποσότητας υλικού, απαιτεί την μείωση των αβεβαιοτήτων στην ανάλυση και το σχεδιασμό και συνεπακόλουθα στην ανάπτυξη αριθμητικών μεθοδολογιών ανάλυσης και προσομοίωσης, έτσι ώστε αυτές να παρέχουν υψηλό βαθμό εμπιστοσύνης.Μέχρι πρότινος δεν υπήρχαν ολοκληρωμένες μεθοδολογίες, ή πρότυπα που να σχετίζονται με την επιβεβαίωση των αριθμητικών μοντέλων μηχανικής του παραμορφώσιμου σώματος. Ως αποτέλεσμα, η εμπιστοσύνη στις αριθμητικές προσομοιώσεις ήταν μειωμένη. Ωστόσο, με τη χρήση οπτικών τεχνικών πλήρους πεδίου γίνεται πλέον εφικτή η καταγραφή του πλήρους πεδίου μετατοπίσεων ή και παραμορφώσεων για την πιο αποτελεσματική επιβεβαίωση των αριθμητικών μοντέλων, με στόχο πάντα τη βέλτιστη σχεδίαση των κατασκευών.Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι να παρουσιάσει βήμα-προς-βήμα μία καινοτόμο μεθοδολογία η οποία δύναται να επιβεβαιώνει τις αριθμητικές προσομοιώσεις των κατασκευών μέσω της σύγκρισης του πλήρους αριθμητικού και πειραματικού πεδίου δεδομένων. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει τη συμπίεση των δεδομένων με χρήση των ορθογώνιων ροπών Zernike και Chebyshev και την εισαγωγή των αβεβαιοτήτων των πειραματικών μετρήσεων μέσω της διακρίβωσης του οπτικού συστήματος.Στο πλαίσιο της διατριβής πραγματοποιήθηκε βελτίωση της αποτελεσματικότητας των ροπών Zernike μέσω κατάλληλων μαθηματικών μετασχηματισμών και ιδιαίτερα της αξιοποίησης των δυνατοτήτων του σύμμορφου μετασχηματισμού. Στο πλαίσιο αυτό προτάθηκε μέγεθος αντίστοιχο με αυτό της διατμητικής παραμόρφωσης και της ειδικής ενέργειας παραμόρφωσης για την εκτίμηση της στρέβλωσης που παρατηρείται σε μία εικόνα μετά την εφαρμογή ενός γεωμετρικού μετασχηματισμού. Η μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε στατικού και δυναμικού τύπου προβλήματα και επιλύθηκαν επιμέρους προβλήματα, όπως η αρχική επεξεργασία των δεδομένων, η διαμέριση της πλήρους εικόνας και η διαχείριση των ασυνεχειών τόσο σε πειραματικά όσο και στα αριθμητικά δεδομένα.