2D and 3D finite element analyses of dynamic delamination in curved cfrp laminates
Bükümlü karbon fiber takviyeli plastik laminatlardaki dinamik delaminasyonun 2B ve 3B sonlu elemanlar analizi
- Tez No: 596535
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DEMİRKAN ÇÖKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Spar ve ribler gibi havacılık yapılarının birçoğu bükümlü bölgeler içermektedir. Bu bükümlü bölgelerin varlığından dolayı radyal yönde ciddi gerilmeler ortaya çıkmaktadır. Kompozit malzemeler genetikleri gereği fiber yönüne dik yönde düşük mekanik özellikler gösterdiğinden bükümlü bölgede meydan gelen bu gerilmeler yük taşıma kapasitesini düşürecek delaminasyona ve hatta yapının tamamen parçalanmasına sebep olabilir. Bu çalışmada, bükümlü kompozit yapılardaki tabakalar arası ilerleyen hasar, iki farklı serim mimarisi (UD ve kumaş) için yapışkan alan elemanları ile birlikte ABAQUS/Explicit kullanarak incelenmiştir. Yapılan simulasyonlar daha önce Tasdemir [ 1 ] tarafından yapılan deneylere dayanmaktadır. Söz konusu iki numune için iki ve üç boyutlu sonlu elemanlar analizi moment/eksenel kombine yüklemesi altında gerçekleştirilmiştir. Hem 2B hem 3B analizlerde, delaminasyonun maksimum radyal gerilmenin maksimum bükümlü bölge merkezinde meydana geldiği gözlemlenmiştir. Bükümlü kompozitlerdeki dinamik delamisyonun 2B ve 3B sonlu elemanlar analizi, çatlak ilerleme hızının numune içerisinde değiştiğini ve serbest kenardaki çatlağın merkez çatlaktan daha hızlı ilerlediğini göstermiştir. UD laminat için, delaminasyon numune genişliğinin tam ortasında meydana geldikten sonra numunenin kol bölgesine ulaştığı anda Mode-II yükleme altında intersonik olarak ilerlemiştir. Kumaş laminat için, delaminasyon numune genişliğinin tam ortasında meydana gelir. Delaminasyon başlangıcının, malzeme uyumsuzluğunun farklı katman oryantasyonları arasında maksimum olduğu serbest kenar yerine numune genişliğinin tam ortasında gözlemlenmesi ilgi çekicidir. Üç boyutlu analizlerde iki boyutlu analizlerde gözlemlenemeyen etkiler açık bir şekilde gözlemlenmiştir.Yapılan analizler kalınlık yönündeki hasar başlangıç yeri ve yük deplasman eğri trentleri açısından deneyler ile uyumlu sonuç göstermektedir.Yazarın bilgisine göre, bu çalışma CFRP laminatlardaki dinamik delaminasyonun 3B simulasyon kullanılarak modellenmesinde ilktir.
Özet (Çeviri)
Most of the aerospace structures such as spars and ribs contain curved regions in which presence of curved region induces significant tensile stresses in the radial direction in these complex parts. Since composite materials inherently have low mechanical properties in the transverse direction, transverse tensile stresses developed in curved region cause delamination which reduces load carrying capacity of the component and even leads to collapse of the part. In this study, progressive interlaminar damage in curved CFRP composite laminates with two different ply architectures (unidirectional and fabric) are investigated by using ABAQUS/Explicit in conjunction with cohesive zone elements. The simulations are based on the experiments conducted by Tasdemir [ 1 ]. 2D and 3D finite element analyses of the considered two specimens (UD and fabric) are performed under moment/axial combined loading. In both 2D and 3D analyses, delamination is found to induce at the center of the curved region which is exactly the maximum radial stress location. 2D and 3D finite element analyses of dynamic delamination in curved composite laminates revealed that the crack propagation speeds inside the laminate varies as edge crack travels faster than center crack. For UD laminate, delamination initiates at the center of the width of the laminate and as the crack passes to arm region it travels in Mode-II dominancy at intersonic speeds. For fabric laminate, delamination initiates at the center of the width of the laminate. It is interesting to observe the delamination onset at center of the width instead of free-edge where the material mismatch exists between different layer orientations. 3D analysis is found to capture effects that are not seen in the 2D analysis. The analysis agrees well with the experimental results in terms of damage initiation location through the thickness direction and load-displacement trend. To the author's knowledge, this is the first study to model the dynamic delamination in curved CFRP laminates using 3D simulations.
Benzer Tezler
- Helikopter rotor palalarında kullanılan polimer matrisli kompozit malzemelerin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi
Design of polymer matrix composite materials used for helicopter rotor blades by finite element method
NEVZAT HAKAN KARAASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. HAYDAR LİVATYALI
- Boğaziçi Asma Köprüsü'nün askılarının değişiminden önce ve sonraki yapısal davranışının incelenmesi
Investigation of structural behaviour of Bosporus Suspension Bridge before and after the changing of the hangers
BASHIR RAHMOUN RAHWAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ADANUR
- Kazık davranışının iki ve üç boyutlu olarak araştırılması
Researching of two and three-dimensional analyses of pile
EMRE MAZAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
İnşaat MühendisliğiKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. UTKAN MUTMAN
- Investigation of structure-soil-structure interaction in high rise structures with piles under earthquake effect
Deprem etkisi altında kazıklı yüksek yapılarda yapı-zemin-yapı etkileşiminin incelenmesi
VEFA OKUMUŞ
Doktora
İngilizce
2022
Deprem Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK ALHAN
- Design and structural finite element analysis of an artificial neural network based optimized alpha type stirling engine
Yapay sinir ağı bazlı optimize edilmiş bir stırlıng motorunun tasarımı ve yapısal sonlu elemanlar analizi
CENGİZ YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUGAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA BAYATA