Numerical modeling of failure in composite L-beam and T-joint structures
Kompozit L-kiriş ve T-bağlantı yapılarında hasarın nümerik modellemesi
- Tez No: 774584
- Danışmanlar: PROF. DR. DEMİRKAN ÇÖKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 211
Özet
Havacılık, rüzgar, otomotiv ve denizcilik endüstrilerinde takviye elemanı olarak kullanılan kavisli kompozit lamine yapılar, yüksek radyal ve teğet gerilmelere maruz kalmaktadır. Bu tez kapsamında, ticari sonlu eleman (FE) kodu ABAQUS/Standard 2020 kullanılarak kompozit L-kiriş ve T-bağlantı yapılarında tabaka içi ve tabakalar arası hasarı simüle etmek için farklı modelleme stratejileri araştırılmıştır. İlk bölümde, [030] ve [03/903/03/903/03] katmanlı L-kirişler örtük sonlu eleman analizi kullanılarak değerlendirilir. 3B ve 3B-dilim FE modelleri oluşturulur ve LaRC05 kriterleri ile bağlantılı olarak XFEM ve QUADS başlatma kriterleri ve Benzeggagh-Kenan (BK) yayılma kriteri ile bağlantılı olarak CZM ayrı ayrı kullanılır. Örtük FE sonuçları, [030] laminatlar için literatürdeki hem analiz sonuçları hem de deneysel sonuçlar ile yük-yer değiştirme davranışı, gerilim alanları ve hasar konumu açısından doğrulandı. [03/903/03/903/03] laminatları için sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı. Çapraz katlı L-kiriş numuneleri için, literatürdeki deneylere kıyasla kırılma yükü fazla hesaplanmıştır. Ek FE analizleri, arayüzde gözlenen kusurlar ve kat uyuşmazlığı açısı göz önünde bulundurularak azaltılmış dayanımlarla gerçekleştirilir, bu da deneylerle karşılaştırılabilir arıza yükü ile sonuçlanır. Yazarların en iyi bilgisine göre bu, L kiriş yapılarının analizinde LaRC05 hasar kriterlerini uygulayan ilk çalışmadır. İkinci bölümde, eksenel yük altında T bağlantılarını modellemek için CZM'li 2B örtülü FE modeli kullanılır ve 3B etkileri ele almak için yük-yer değiştirme eğrileri, gerilim alanları ve hasar konumları açısından 3B örtülü FE sonuçlarıyla karşılaştırılır. 3B model, ayrılmanın dolgu/stringer arayüzünün orta genişliğinde başladığını ve serbest kenarlara doğru uzandığını ortaya çıkardı. Ayrıca, CZM'li 2B örtülü FE modelleri, eğik ve yanal yükler altında T bağlantılarını modellemek için kullanılır ve eksenel yükleme ile karşılaştırılır. 45° yükleme altındaki T-bağlantısı, yükün dikey ve yatay bileşenlerinin zıt mekanizmaları nedeniyle diğerlerinden daha yüksek yük taşıma ile sonuçlanmıştır. Bu tezin sonuçları, L-kiriş ve T-bağlantı yapılarının hasar mekanizmalarının anlaşılmasına katkıda bulunur.
Özet (Çeviri)
Laminated curved-shape composite structures which are used as stiffening components in aerospace, wind, automotive and marine industries are subjected to high radial and tangential stresses. For the scope of this thesis, different modelling strategies are investigated to simulate interlaminar and intralaminar failure in composite L-beam and T-joint structures using commercial finite element (FE) code ABAQUS/Standard 2020. In the first part, [030] and [03/903/03/903/03]s laminated L-beams are evaluated using implicit finite element analysis. 3D and 3D-slice FE models are generated, and XFEM in conjunction with LaRC05 criteria and CZM in conjunction with QUADS initiation criteria and Benzeggagh-Kenane (BK) propagation criterion are used separately. The implicit FE results are validated in terms of load-displacement behavior, stress fields, and failure location with both explicit analysis results and experimental results for [030] laminates. For [03/903/03/903/03]s laminates, the results were compared to the experimental results in the literature. For cross-ply L-beam specimens, failure load is overestimated compared to the experiments in literature. Additional FE analyses are carried out with reduced strengths considering the observed defects and ply mismatch angle at the interface which results in comparable failure load with experiments. To the authors' best knowledge, this is the first study implementing LaRC05 failure criteria to analysis of L-beam structures. In the second part, 2D implicit FE models with CZM is used to model T-joints under axial loading and compared with 3D implicit FE results in terms of the load-displacement curves, stress fields and failure locations to address the 3D effects. 3D model revealed that the debonding initiates at the middle-width of the filler/stringer interface and extends towards the free edges. Furthermore, 2D implicit FE models with CZM is used to model T-joints under oblique and transverse loadings and compared to axial loading. T-joint under 45° loading resulted in higher load bearing than the others due to opposing mechanisms of vertical and horizontal components of the loading. The results of this thesis contribute to the understanding of failure mechanisms of L-beam and T-joint structures.
Benzer Tezler
- Çok parçalı sistemlerin analizine bir örnek: azdırma malafa sisteminin deformasyon analizi
An Example to the analysis of multi-part systems: defermation analysis of an arbor mechanism in a hobbing machine
ERKAN GÜRSEL
- Deprem yükleri altında yığma duvarların dayanımı ve takviyesi
Başlık çevirisi yok
A.TUĞRUL BOZDOĞANGİL
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN BODUROĞLU
- Kompozit kiriş bileşenlerinin gerilme analizi
Stress analysis of composite beam components
LOKMAN IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENOL ATAOĞLU
- Karayel insansız hava aracının statik ve dinamik analizleri
Static and dynamic analyses of Karayel unmanned aerial vehicle
ÖZKAN GÜLBAHAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Development of a new spectral modeling approach to investigate the dynamic and buckling behavior of composite structure
Kompozit yapıların dinamik ve burkulma davranışını araştırmak için yeni bir spektral modelleme yaklaşımının geliştirilmesi
MIRMEYSAM RAFIEI ANAMAGH
