Sandviç kompozit kirişin statik ve dinamik analizi
Static and dynamic analysis of sandwich composite beam
- Tez No: 1012092
- Danışmanlar: PROF. DR. RAHMİ GÜÇLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) dış katmanlara sahip, bal peteği ve Divinycell H80 köpük çekirdekli sandviç kirişlerin serbest titreşim ve burkulma davranışları sayısal ve analitik yöntemlerle incelenmiştir. Çalışma kapsamında, iki farklı sınır koşulu (ankastre-serbest ve ankastre-ankastre) ile iki farklı çekirdek malzemesi (bal peteği ve köpük) kullanılarak dört farklı yapı konfigürasyonu oluşturulmuştur. Analitik çözümlerde Timoshenko kiriş teorisi temel alınmış olup, hesaplamalar MATLAB ile gerçekleştirilmiş, sonlu elemanlar analizleri ise ANSYS Workbench ile yapılmıştır. Çalışmanın ana odak noktası, yüzey katmanı kalınlıklarının (1, 2, 3, 4 mm) ve çekirdek kalınlıklarının (20, 30, 40, 50 mm) sistemin doğal frekansları, gerilme dağılımları ve kritik burkulma yükleri üzerindeki etkilerini farklı sınır koşulları ve çekirdek malzemeleri için kapsamlı bir biçimde incelemektir. Analiz bulguları, tüm kombinasyonlarda 2 mm yüzey kalınlığı ve 50 mm çekirdek kalınlığına sahip kirişin en iyi titreşim performansını gösterdiğini göstermektedir. Bu yapı, sertlik ile ağırlık arasında en uygun dengeyi sağlayarak yapısal rijitliği artırmakta ve kütleyi ise azaltmaktadır. Ayrıca, ankastre-ankastre sınır koşulunun, ankastre-serbest sınır koşuluna kıyasla daha yüksek doğal frekanslar ve kritik burkulma yükleri sağladığı, ek olarak Divinycell H80 köpük çekirdekli yapıların bal peteği çekirdekli yapılara göre daha düşük frekans ve burkulma dayanımı sergilediği tespit edilmiştir. Dolayısıyla, bu durum, hafiflik ve yüksek mukavemetin ön planda olduğu havacılık, otomotiv ve robot teknolojileri gibi ileri mühendislik alanlarında kullanılacak sandviç kompozitlerin tasarımı için çekirdek malzemesi ve sınır koşulu seçimi açısından önemli bir kaynak oluşturmaktadır. Bunun yanı sıra, çalışmanın güvenilirliğini artıran ve metodolojisinin geçerliliğini destekleyen önemli bir bulgu da MATLAB ile oluşturulan analitik model ve ANSYS ile yapılan sayısal model arasında tüm konfigürasyonlar için %1'in altında düşük bir hata payıyla mükemmel bir uyumun sağladığının doğrulanması olmuştur. Bu uyum, Timoshenko kiriş teorisine dayalı geliştirilmiş analitik modelin farklı sınır koşulları ve çekirdek malzemelerine sahip karmaşık sandviç yapıların davranışını yüksek doğrulukla tahmin edebildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This research examines the free vibration and buckling characteristics of sandwich beams with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) outer layers and two core materials—honeycomb and Divinycell H80 foam—using numerical and analytical methods. Four structural configurations are created by employing two boundary conditions (clamped-free and clamped-clamped) with the two core materials (honeycomb and foam). The analytical solutions are based on Timoshenko beam theory, with calculations performed in MATLAB, while finite element analyses are conducted using ANSYS Workbench. The primary aim is to investigate how face sheet thicknesses (1, 2, 3, 4 mm) and core thicknesses (20, 30, 40, 50 mm) influence natural frequencies, stress distributions, and critical buckling loads across different boundary conditions and core materials. Results indicate that, for all configurations, the beam with 2 mm face sheet and 50 mm core thickness exhibits optimal vibration performance, offering an ideal balance between rigidity and weight. Additionally, the clamped-clamped boundary condition provides higher natural frequencies and critical buckling loads compared to the clamped-free condition, while Divinycell H80 foam core structures show lower frequency and buckling strength than honeycomb core ones. Thus, this research serves as a critical reference for designing sandwich composites in aerospace, automotive, and robotics applications, where low weight and high strength are essential, particularly regarding core material and boundary condition selection. A key finding that supports the reliability of this study is the excellent agreement between analytical (MATLAB) and numerical (ANSYS) models, with an error margin below 1% for all configurations. This confirms that the enhanced analytical model based on Timoshenko beam theory can accurately predict the behavior of complex sandwich structures under different boundary conditions and core materials.
Benzer Tezler
- Fonksiyonel derecelendirilmiş kirişlerin karışık sonlu elemanlar yöntemi ile statik ve dinamik analizi
Static and dynamic analysis of functionally graded beams using mixed finite element method
SENA KAPICIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FETHİ KADIOĞLU
- Mechanical behaviour of the composite sandwich plates under blast loading
Patlama yükü altındaki sandviç kompozit panellerin mekanik davranışının incelenmesi
YUSUF SERDAR ODMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
- Turaç insansız hava aracının yapısal modelinin hazırlanması ve analizlerinin yapılması
Structural modeling and analysis of turac unmanned air vehicle
YASİN DERELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
- İzotropik çekirdekli karbon nanotüp katkılı kompozit sandviç kirişlerin statik ve serbest titreşiminin incelenmesi
Investigation of static and free vibration of isotropic core carbon nanotube added composite sandwich beams
BURAK DEVECİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF CUNEDİOĞLU
- Analytical modeling and experimental validation of the flexural behavior of composite face-layered sandwich beams using novel engineering approaches
Kompozit yüzey katmanlı sandviç kirişin eğilme davranışlarının yenilikçi mühendislik yaklaşımları kullanarak analitik modellenmesi ve deneysel olarak doğrulanması
AHMET ÇETİN
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET GEREN