Geri Dön

Sensitivity analysis of material parameters on the micro-scale stress distribution in fiber reinforced composites

Fiber takviyeli kompozitlerin mikro-ölçekli gerilme dağılımında malzeme parametrelerinin duyarlılık analizi

  1. Tez No: 798788
  2. Yazar: BERKAY BEKTAŞ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BARIŞ SABUNCUOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 93

Özet

Tek yönlü (UD) kompozit malzemeler birçok endüstride yaygın olarak kullanıldığından, fiber takviyeli kompozitlerin mekanik davranışlarını bilmek önemlidir. Kompozitin özelliklerini belirlemek için makro ölçekte ve mikro ölçekte farklı yöntemler kullanılmıştır. Makro ölçekli yöntemler, enine yükleme altındaki özellikleri tahmin etmekte başarısız olurken, fiber ve matrisin ayrı ayrı modellendiği mikro ölçekli yöntemlerde birçok çalışma yapılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi, mikro ölçekli analizler için en yaygın kullanılan yöntemdir. Matris özelliklerinin UD kompozitlerin kırılma davranışına hakim olduğu bilinmektedir. Bu dağılımlar kompozit malzeme özelliklerinden etkilendiği için aralarındaki ilişkinin bilinmesi önemlidir. Gerilme dağılımı büyük ölçüde fiberin dağılımına bağlıdır. Bu nedenle, gerçek kompozit yapıyı yakalamak için rastgele paketleme yöntemleri geliştirilmiştir. Her çalıştırmada, fiber konumları değişir. Hassasiyet analizi ile seçilen malzeme özelliklerinden kaynaklanan gerilmeleri ve konsantrasyonları anlamak mümkündür. Bu tezde, malzeme parametrelerinin enine yüklemede fiber takviyeli kompozitlerde mikro ölçekli gerilme dağılımı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Matriste oluşturulan fiberlerin gerçek yapıdan farklı olması nedeniyle, çeşitli mikro ölçekli modeller oluşturulmuştur. Modeller, ticari bir sonlu elemanlar yazılımı olan ABAQUS ile hazırlanmış ve çözülmüştür. Tasarımcı veya mühendis tarafından seçilebilen malzeme parametreleri bir ön analiz ile analiz edilerek modellere tanımlanmıştır. Duyarlılık analizindeki önemlerini görmek için sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmada verilen aralıklarda fiberin Poisson oranının stres konsantrasyonu üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Seçilen malzeme parametreleri ve literatürden alınan değerleri modellere tanımlanmıştır. Toplanan gerilim konsantrasyonu sonuçları ile malzeme parametreleri arasındaki ilişkiyi hesaplamak için yaygın olarak bilinen parametrik korelasyon adı verilen istatistiksel analiz yöntemi kullanılmış ve korelasyon katsayıları yorumlanmıştır. Kompozitlerin Young modül oranının, fiberin hacim oranına göre gerilme konsantrasyonu ile ilişkisinin daha düşük olduğu görülmüştür. Tezde aşırı gerilmiş hacim yüzdesi adı verilen bir parametre tanıtılmıştır. Bu parametrenin giriş parametreleri ile korelasyon katsayısı da hesaplanmış ve yorumlanmıştır.

Özet (Çeviri)

Knowing the mechanical behavior of fiber-reinforced composites are important since unidirectional (UD) composite materials have been widely used in many industries. Different methods in macro-scale and micro-scale have been used to determine the properties of the composite. While macro-scale methods fail to predict properties under transverse loading, many studies were done in micro-scale methods where the fiber and matrix are modeled separately. Finite element method is the most widely used method for micro-scale analysis. It is known that matrix properties dominate the failure behavior of the UD composites. Since these distributions are affected by the composite material properties, it is important to see the relation between them. The stress distribution is highly dependent on the distribution of the fiber. Therefore, random packing methods were developed to capture the real composite structure. With each run, fiber locations changes. Understanding the stresses and concentrations due to selected material properties is possible with a sensitivity analysis. In this thesis, the effect of material parameters on micro-scale stress distribution in fiber reinforced composites in transverse loading was analyzed. Different micro-scale models were generated due to generated fibers in the matrix being different than the actual structure. The models were prepared and solved by a commercial finite element software, ABAQUS. Material parameters that can be selected by the designer or engineer were analyzed within a preliminary analysis and were defined to the models. Their results were compared to see their importance in the sensitivity analysis. It was seen that fiber Poisson's ratio does not have any meaningful effect on stress concentration within the ranges given in the study. Chosen material parameters and their values taken from the literature were defined to the models. To calculate the relation between the stress concentration results gathered and the material parameters, a commonly known statistical analysis method called parametric correlation was used and correlation coefficients were interpreted. It was seen that composites Young's modulus ratio has lower relation with stress concentration than fiber's volume ratio. A parameter called overstressed volume percentage was introduced in the thesis. The correlation coefficient of this parameter with the input parameters was also calculated and interpreted.

Benzer Tezler

  1. Toz yatağında katmanlı imalat prosesinin sonlu elemanlarla modellenmesi

    Process modeling of powder bed fusion additive manufacturing with finite element method

    FATİH YARDIMCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU

  2. Kamusal açık alanlarda değişen mikro iklim koşulları ve dış mekân termal konfor: Taksim Meydanı ve Gezi Parkı örnekleri

    Changing microclimatic conditions and outdoor thermal comfort in public open spaces: Examples of Taksim Square and gezi park

    EDA HAFIZOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kentsel Tasarım Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLDEN DEMET ORUÇ ERTEKİN

  3. Investigation of urban heat island intensity and developing mitigation strategies for istanbul

    İstanbul için şehir ısı adası şiddetinin araştırılması ve azaltma stratejilerinin geliştirilmesi

    SİMGE İREM BİLGEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YURDANUR S. ÜNAL

  4. Akut iskemik inmeli hastalarda disfonskiyonel hdl, myeloperoksidaz, lipid hidroperoksidaz değerlerinin inme şiddeti ve enfarkt volümüyle ilişkisi ve disabiliteyi tayin etmede prognostik değeri

    The relationship of dysfunctional hdl, myeloperoxidase, lipid hydroperoxides levels with stroke violence and infarctus volume, and its prognostic value in determining disability in acute ischemic stroke

    ESRA DEMİR

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    NörolojiAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Nöroloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖNÜL VURAL