Micromechanical progressive damage model for predicting resin dominated strength values of fibre reinforced composites under various types of loading
Karbon elyaf takviyeli bir epoksi kompozitin çeşitli yüklemeler altındaki reçine etkili dayanımlarının öngörülmesi için geliştirilen mikromekanik ilerleyici hasar modeli
- Tez No: 301686
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NURİ ERSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Kompozit yapılar, Mekanik davranış, Mikromekanik, Sonlu elemanlar analizi, Composite structures, Mechanical behavior, Micromechanic, Finite element analysis
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, tek yönlü bir karbon elyaf takviyeli epoksi kompozitin çeşitli yüklemeler altındaki mekanik davranışı ve hasar ilerlemesi, altıgen şeklinde istiflenmiş bir 3 boyutlu Temsili Hacimsel Eleman (THE) kullanılarak öngörülmüştür. İlk olarak, tek yönlü bir karbon elyaf takviyeli epoksi kompozitin elastisite modülleri, Poison oranları, ısıl genleşme katsayıları ve kesme modülleri uygun sınır şartları kullanılarak çeşitli yüklemeler altında ABAQUS sonlu elemanlar programı kullanılarak öngörülmüştür. İkinci olarak, imalat sonucunda oluşan mikromekanik artık gerilmeleri hesaplamak için AS4/8552'ye ait, üreticinin tavsiye ettiği kür çevrimi modellenmiştir. Kullanıcı tarafından tanımlanmış bir alt program geliştirelerek reçinenin kür çevrimi boyuncaki elastisite modülleri, kür ve ısıl büzüşmeleri modellenmiştir. Kür çevriminin sonunda, artık gerilmelerin çoğunun kür sıcaklığından oda sıcaklığına soğuması neticesinde oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu artık gerilmelerin elyaf-reçine arayüzlerindeki dağılımları sunulmuştur. Son olarak, AS4/8552'nin değişik yüklemeler altında işgörmezlik mekanizmalarını belirlemek için, ilerleyici hasar modeli uygulanmıştır. Yükleme sırasında Maksimum Asal Gerilme ile Raghava ve Bauwen'in değiştirilmiş vonMisses gerilme kıstasları, rijitlik düşürme yöntemi ile uygulanmıştır. Ürün kataloğunda belirtilen veya deneysel olarak bulunan elyaflara dik yöndeki çeki ve bası ile kısa kiriş kesme gibi reçinenin daha etkili olduğu dayanım değerleri, bu tezde geliştirilen mikromekanik ilerleyici hasar modeli ile başarılı bir şekilde öngörülmüştür. Analizler sonucunda, kompozit malzemelerin dayanımlarının ve kırılma biçimlerinin, yükleme çeşidi, yükleme yönü ve artık gerilmelerden önemli ölçüde etkilendiği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, a three-dimensional Representative Volume Element (RVE) with hexagonally packed array is used to predict the mechanical behaviour of a unidirectional carbon fibre reinforced epoxy under various types of loading. Firstly, elastic moduli, Poisson?s ratios, coefficients of thermal expansion (CTE) and shear moduli of a unidirectional carbon fibre reinforced polymer (CFRP) are predicted using proper boundary conditions under various types of loading in ABAQUS Finite Element Software. Secondly, Manufacturer?s Recommended Cure Cycle (MRCC) of AS4/8552 composite is modelled as a thermal loading process to calculate the micromechanical residual stresses developed during manufacturing. A user defined material subroutine (UMAT) is developed to model the incremental moduli as well as cure and thermal contraction of the resin as it cures. At the end of the cycle, it is observed that, most of the residual stresses are produced as a result of cooling from curing temperature to room temperature. Stress distributions in fibre-matrix interface at the end of the cycle are presented. Finally, progressive damage model is applied to assess the failure mechanisms of AS4/8552 under various types of loading. Maximum Principal Stress, Raghava?s and Bauwen?s modified von Misses failure criteria are applied with element stiffness reduction method. Resin-dominated strength values, cited in the manufacturer?s data sheet like transverse tensile strength, transverse compression and in-plane shear strength are successfully predicted by using the strength and stiffness values of constituent materials provided by the manufacturer. At the end of the analysis, it is found that, damage initiation and its evolution are highly affected by loading type, loading direction and residual stresses.
Benzer Tezler
- Advanced multiscale modeling of layered and sandwich composites using coupled micromechanical, zigzag, and isogeometric methods
Birleşik mikromekanik, zigzag ve izogeometrik yöntemlerle katmanlı ve sandviç kompozitlerin ileri çok ölçekli modellemesi
ARYAN KHEYABANI
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN KEFAL
- Characterisation of failure in composite materials with acoustic emission and correlation with micromechanics
Kompozit malzemelerde hasarın akustik emisyon ile belirlenmesi ve mikromekanik ile ilişkilendirilmesi
FATİH ERTUĞRUL ÖZ
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ BÜLENT ERSOY
- Kanat profili üzerinde oluşan buzun iki boyutta matematiksel modellenmesi ve sayısal çözümü
Two dimensional mathematical modelling and numerical solution of accumulated ice on wing profiles
RAMAZAN DÖKME
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ