Delikli kompozit plakaların mekanik dayanımının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation of mechanical strength of open hole composite plates with finite element method
- Tez No: 547059
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Kompozit malzemeler yüksek özgül dayanımları ve direngenlik gibi malzeme özellikleri sebebiyle özellikle havacılık ve uzay alanlarında olmak üzere birçok alanda yüksek cazibeye sahiptir. Bununla birlikte kompozit malzemelerin ortotropik mekanik davranışı izotropik davranış gösteren malzemelerden daha karmaşıktır. Özellikle yapıda delik açılarak oluşturulabilecek bir süreksizlik bu davranışı daha da karmaşık bir hale getirmektedir. Dolayısıyla güvenli tasarımlar yapabilmek için çok sayıda test yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat uygun yöntemler uygulanarak sonlu elemanlar analizleriyle yapılan çalışmalarla bu test sayısında azaltmaya gidilebilir. Tez kapsamında, öncelikle kompozit malzemeler hakkında genel bilgiler verilmiş, kompozit malzemelerdeki gerilme konsantrasyonu ve dayanım hakkındaki literatür araştırması özetlenmiştir. Ardından teorik olarak altyapı oluşturabilmek adına temel kompozit mekaniği, lamina hasar teorileri ve gerilme konsantrasyonu içeren katmanlı kompozitler için hasar tespit yöntemlerinden bahsedilmiştir. Daha sonra tek delikli katmanlı kompozit numuneler için sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ve deneysel olarak gerilme konsantrasyonu ve mekanik dayanım konuları incelenmiştir. Farklı numune genişliklerinde ve delik çaplarında üretilen numuneler için, delik çapı boyutu değişiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri irdelenmiştir. Delik çapı ve numune genişliği oranı ele alınarak, sonlu-sonsuz plaka genişliği durumları tartışılmıştır. Ayrıca delik çapı ve numune genişliği aynı oranda arttırılarak, delikli kompozit plakar için boyut etkisi incelenmiştir. Tüm numune konfigürasyonu için mekanik dayanım tahmini Noktasal Gerilme Kriteri (PSC) yöntemi kullanılarak yapılmış ve deneysel çalışmalarla doğrulama gerçekleştirilmiştir. İkinci aşama olarak iki delik etkileşim durumu numerik ve deneysel olarak ele alınmıştır. Çok yönlü katmanlı kompozit numunelere birbirleriyle etkileşime giren iki delik açılmıştır. Delikleri yükleme yönüne göre farklı pozisyonlarda konumlandırılarak oluşturulan farklı tipteki numuneler için gerilme konsantrasyonu ve dayanım incelenmesi yapılmıştır. İki deliğin konumlandırılmasının ve etkileşiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri tartışılmıştır. Farklı pozisyonlarda konumlandırılan etkileşimli çift deliğe sahip kompozit numunelerin her bir laminasındaki gerilme konsantrasyonu durumu numerik olarak incelenmiştir. Tüm çift delikli numune tipleri için hasara sebep olacak kritik kesidin neresi olacağı tartışılmıştır. Hasar tespiti için kullanılan PSC yönteminin çift delikli numuneler için hangi koşullar altında uygulanabileceği tartışılmıştır. Bu koşullara uymayan numuneler için tek delikli numune dayanım tahmininde kullanılan PSC yöntemi modifiye edilerek mekanik dayanım tahmini yapabilen bir yöntem (EPSC) geliştirilmiş ve deneysel olarak doğrulama çalışmaları yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Composite materials have a growing appeal in many different fields, especially in aerospace and aeronautical due to their superior material properties such as high specific strength and stiffness. However, the orthotropic composite materials exhibit a more complex mechanical behavior than the isotropic ones. In particular, a discontinuity that can be created by drilling a hole in the structure makes this behavior even more complicated. Therefore, a large number of tests are needed to make safe designs. However, by using appropriate methods and finite element analysis, it is possible to decrease the number of these tests. Within the scope of the thesis, firstly general information about composite materials is given and the literature research about the stress concentration and strength in composite materials is summarized. Then, basic mechanics of composites, lamina level failure theories and strength prediction methods for layered composites with circular hole are mentioned in order to establish a theoretical background. Stress concentration and mechanical strength of layered composite specimens with one open circular hole are investigated by numerically and experimentally. For specimens manufactured in different width and hole diameter, the effect of hole diameter size change on stress concentration and strength is examined. By examining the hole diameter to specimen width ratio, the finite-infinite specimen width conditions are discussed. In addition, the size effect for the notched composite specimens is investigated by increasing the hole diameter and specimen width at the same rate. The mechanical strength estimation for the whole specimen configuration is performed using the Point Stress Criteria (PSC) method and validation was performed by experimental studies. As the second step, the situation of two-hole interaction is investigated numerically and experimentally. Interacting two holes are created on the multidirectional layered composite speicmens. For different types of specimens formed by positioning the holes in different positions according to loading direction, stress concentration and strength are investigated. The effects of positioning and interaction of two holes on stress concentration and strength are discussed. The stress concentration situation in each lamina of the composite specimens with interacting holes located at different positions is examined numerically. For all specimen types, it is discussed where the critical section is likely to cause damage. It is discussed under which conditions PSC method used for strength prediction could be applied for double-hole specimens. For specimens that do not comply with these conditions, the PSC method used in the prediction of single-hole specimen strength is modified and a method (EPSC) capable of estimating mechanical strength of two interacted hole situation is developed and validated experimentally.
Benzer Tezler
- Delik içeren grafen katkılı karbon/epoksi nanokompozit plakaların mekanik özellikleri ve hasar analizi
Mechanical properties and failure analysis of graphene enhanced carbon/epoxy nanocomposite laminates containing a hole
HİLMİ YAVUZ AĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
- Ortasında dairesel delik bulunan tabakalı ortotropik kompozit plakaların sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak burkulma analizi
Buckling analysis of laminated orthotropic composite plates wi̇th a circular hole in the middle by using finite element method
KERİMAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZİHNİ ZERİN
- Dairesel açık delikli ncf kompozit plakaların çekme davranışı
Open hole tensile response for ncf composite plates
SELÇUK İLHAN BİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiBalıkesir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET İREN
- Kompozit delikli kare levhalarda iki yönlü yükleme altında mekanik burkulmalarının incelenmesi
Investigation of mechanical buckling under load at the two directional on composite perforated square plates
ERSİN TOPAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiHitit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KURŞUN
- Buckling analysis of carbon nanotube (CNT) reinforced laminated composite panels with holes
Karbon nanotüp (CNT) takviyeli delikli lamine kompozit panellerin burkulma analizi
TOLGAHAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET NURULLAH BALCİ