Analysis and optimization of cylindrical structures manufactured by automated fiber placement technique
Otomatik fiber serme tekniğiyle üretilen silindirik yapıların analizi ve optimizasyonu
- Tez No: 355355
- Danışmanlar: PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Otomatik Fiber Serme, Kompozit Silindir Yapıların Optimizasyonu, Parçacık Sürüsü Optimizasyonu, Değişken Katılıklı Kompozit Yapılar, Fiber Yolu Optimizasyonu, Automated Fiber Placement, Optimization of Composite Cylindrical Shells, Particle Swarm Optimization, Variable Stiffness Composite Structures, Fiber Path Optimization
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Otomatik Fiber Serme yüksek seviyede otomatikleştirilmiş bir üretim yöntemidir, fiberlerin eğrisel yollar izlemesine olanak sağlayarak değişken sertlikli kompozit yapıları ortaya çıkarmıştır. Kompozit yapıların otomatik fiber serme ile üretimi sırasında fiber yönelim açıları özel tasarım gereksinimlerine göre değiştirilebilir. Bu yüzden değişken yönelim açıları optimizasyon yapılarak daha iyi yapısal tepkiler almak için tercih edilebilir. Bu tezin amacı silindirik yapıların otomatik fiber serme ile değişken açılı olarak üretilmesi durumunda yapısal davranışın iyileşebileceğinin gösterilmesidir. Bu amaç için fiber yerleştirilmiş değişken sertlikteki kompozit silindirin sonlu elemanlar modelini oluşturacak bir yöntem geliştirilmiştir. Bu geliştirilen yöntem, eğrisel fiberlerin silindir yüzeyine yerleştirilmesi sırasında fiberler arasındaki oluşabilecek boşluk ve üst üste binmeleri hesaba katarak, her bir eleman için katman kalınlıklarını ve yönelim açılarını hesaplamaktadır. Fiber yönelim açıları iki değişken ile tanımlanan referans fiber yolu kullanılarak hesaplanmaktadır. Fiber yönelim açıları referans yolu boyunca doğrusal olarak belirtilen yönde değişmektedir. Sonlu elemanlar modeli ve yapısal analizler için sonlu elemanlar programı MSC.NASTRAN® kullanılmıştır. Referans fiber yolunun optimizasyonu için, Parçacık Sürüsü Optimizasyonu (PSO) kodu Matlab ortamında geliştirilmiştir. PSO sürülerin hareketini ve zekasını temel alan güçlü bir optimizasyon metodudur. Eksenel ve dairesel yönde değişken sertlikli silindirler için referans fiber yolunun parametrelerinin optimizasyonu dayanıklılık ve üretim kısıtlamalara göre gerçekleştirilmiştir. Sabit sertlikli temel silindirler ile optimizasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Optimizasyonun amacı silindirik yapıların burulma yük faktörlerini değişik yükler altında maksimuma çıkarmaktır. Elde edilen sonuçlar değişken sertlikli silindirlerin sabit sertlikteki silindirlerle karşılaştırıldığında daha yüksek burulma yük faktörü elde edilebileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Automated Fiber Placement (AFP) is a highly automated manufacturing process which has made it possible to manufacture composite parts utilizing curved tow paths resulting in variable stiffness composite structures. During the manufacturing of the composite structures with the automated fiber placement machines, fiber orientation angle can be changed according to the specific design needs. Therefore, variable fiber orientation can be sought in an optimization framework for favorable structural response. The purpose of this thesis is to show how the structural behavior of the cylindrical shell can be improved through the use of fiber placement technology in the manufacturing of the layers of the cylindrical shell of revolution. For this purpose, a methodology is developed for generating the finite element model of tow-placed variable-stiffness laminated composite cylindrical shells. The developed method allows the calculation of the ply thicknesses including the gaps and overlaps which occur as a result of the manufacturing of the plies of the cylindrical shell using curvilinear fiber paths. Fiber orientation angle of each element is determined by making use of the reference fiber path which is defined by two parameters. Along the reference fiber path, fiber orientation angle changes linearly in a specified direction. Finite element model creation and analyses are carried out using the finite element program MSC.NASTRAN®. For the optimization of the reference fiber path, Particle Swarm Optimization (PSO) code is developed in Matlab environment. PSO is a robust optimization technique based on the movement and intelligence of swarms. Optimization of the parameters of the reference fiber path is performed for axially and circumferentially variable stiffness cylinders including the strength and manufacturing constraints. Optimization results are also compared with results of the baseline constant stiffness cylinders. The objective of the optimization is taken as the maximization of the buckling factor of the cylindrical shell subjected to different load cases. Results show that higher buckling load factors can be obtained for variable stiffness cylinders compared to the constant stiffness laminated cylinders.
Benzer Tezler
- Dış basınca maruz takviyeli silindirik kabukların yapısal stabilitesinin incelenmesi
An investigation on structural stability of ring stiffened cylindrical shells subjected to external pressure load
BÜLENT FIRAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YALÇIN ÜNSAN
- Denizaltı mukavim teknesi için bir yapısal tasarım yaklaşımı ve sonlu elemanlar metoduna dayalı yapısal optimizasyon
A structural design approach for submarine pressure hull and finite element based structural optimization
SERHAT ŞENOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERGİN
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- İnce cidarlı silindirik kompozit yapıların yanal basınç altında burkulma davranışlarının analitik ve sonlu eleman yöntemleriyle incelenmesi
Buckling analysis of cylindrical composite shells under lateral pressure with numerical and analytical methods
MURAT EMRE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKÇİ
- Eklemeli imalat yöntemlerinde üretim parametrelerinin ve parça geometrisinin son ürün özellikleri üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of production parameters and part geometry on the final product properties in additive manufacturing methods
AYSU HANDE YÜCEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL