Modeling and optimization in manufacturing variable stiffness composite structures
Deiken direngenlikli kompozit yapıların üretimi için modelleme ve optimizasyon
- Tez No: 831989
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LÜTFİ TANER TUNÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekanik Tasarım ve İmalat Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
leri kompozit üretim teknolojilerinin geliimi, deiken direngenlie sahip kompozit parçalarn seri üretimini mümkün hale getirmitir. Deiken direngenlikteki kompozit parçalarn yapsal dayanm, sabit direngenlikteki kompozit parçalara göre, düzlemiçi fiber yönelimleri istenen ekilde ayarlanarak, iyiletirilebilir. Öte yandan, deiken direngenlikteki kompozit parçalarn üretiminde, fiberlerin istenen ekilde yönlendirilebilmesi, krklk, boluk ve üstüste binme gibi çeitli üretim hatalarnn gerçekleme ihtimalini de arttrmaktadr. Bu çalma, deiken direngenlikteki kompozitlerin tasarm ve üretimi için yenilikçi yaklamlar sunmaktadr. Buna göre, bu çalmann dört ana adm vardr. lk olarak, kompozit panel spectral Chebyshev metoduyla tasarlanmtr ve buna göre laminasyon parametreleri belirlenmitir. Direngenliin bir sembolü olarak doal frekansn maksimize edilmesi için gradyan temelli optimizasyon algoritmas kullanlmtr. Sonraki admda, tekil fiber açlar optimum laminasyon parametreleri dalmndan elde edilmitir. Bunun ardndan, normalized cut segmentation yaklam kullanlarak tekil fiber yönleri, pozisyon ve vektörlere göre kümelendirilmitir. Son olarak, paralel fiber yolu planlama algoritmas uygulanarak 2 boyutlu ve 3 boyutlu yaplarn kompozit fiber yerleimlerinde boluk ve üstüste binme miktar en aza indirilecek ekilde takm yolu hesaplamas gerçekletirilmitir. lk fiber yolu oluturulmas ardndan, kritik erisellik analizi gerçekletirilerek fiber serimi srasndaki krklklarn en aza indirilmesi hedeflenmitir. Bu çalmada gelitirilen çalma çerçevesinin doruluunu gösterebilmek amacyla düz ve erisel fiber yollarn içeren uygulama çalmalar gerçekletirilmitir. Uygulama ve deneysel sonuçlar, deiken direngenlie sahip kompozit yaplarn dinamik performansnn önemli ölçüde iyiletirilebileceini göstermitir. Sabit direngenlikteki bir kompozit plakaya göre deiken direngenlikteki kompozit yaplar doal frekans artlar üretim kstlar dikkate alnmadan, erisel fiber kümelenmesi ve düz fiber kümelenmesi ile srasyla %25, %18 ve %16 arttrlabilmektedir.
Özet (Çeviri)
The advent of advanced composite manufacturing technologies has led to the mass production of composite laminates with curvilinear fibers, known as variable stiffness laminates (VS). VS laminates can be enhanced in structural properties by tailoring the in-plane fiber orientations compared to constant stiffness laminates (CS). However, the production of VS laminates is subject to challenges, such as wrinkles, gaps, and overlaps. This study presents a novel approach to designing VS laminates while taking manufacturing constraints into account. This study involves four main steps. As a first step, the composite panel is modeled using the spectral Chebyshev method as the solution method and the lamination parameters as the design variables. A gradient-based optimization algorithm is used to determine the optimum lamination parameters (LPs) in order to maximize the fundamental frequency. In the next step, the discrete fiber angles are retrieved from the optimum LP distribution. Then, the normalized-cut segmentation (NCS) method is applied to divide the discrete fiber domain into clusters according to predefined clustering parameters such as the minimum cluster population, the angular similarity index, and the spatial similarity index. Lastly, a parallel fiber path planning algorithm is implemented for both 2D and 3D structures that are designed to achieve zero gap overlap when laying fibers on a structure. Following initial fiber path propagation, a critical curvature analysis is performed in order to modify the designed fiber paths and prevent wrinkles from appearing during the manufacturing process. In order to demonstrate the effectiveness of the presented design framework, we conducted several case studies involving both straight and curvilinear fiber paths in clusters. It has been demonstrated that the designed VS composites significantly improve the dynamic performance of the structure. In comparison to an optimized composite structure with constant stiffness, a composite plate with variable stiffness and length ratio of 1 enhances the fundamental frequency of the structure by 25%, 18%, and 16% without manufacturing constraints, curvilinear fiber paths in clusters, and straight fiber paths in clusters, respectively.
Benzer Tezler
- Design and optimization of variable stiffness composite structures modeled using Bézier curves
Bézier eğrileriyle modellenen değişken katılıklı kompozit yapıların tasarımı ve optimizasyonu
ONUR COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- Designing composite-based cylindrical structures and manufacturing composite prototypes by filament winding method
Kompozı̇t esaslı sı̇lı̇ndı̇rı̇k yapıların tasarlanması ve filament sarma yöntemı̇ ile kompozı̇t prototı̇p imalatı
SEÇKİN MARTİN
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Analysis and optimization of cylindrical structures manufactured by automated fiber placement technique
Otomatik fiber serme tekniğiyle üretilen silindirik yapıların analizi ve optimizasyonu
SEDAT GÜLDÜ
- An experimental and numerical study on the effects of nanoadditives and material extrusion parameters on the mechanical and flexural characteristics of ABS/PVC blend polymer core sandwich panels
ABS/PVC karışık polimer çekirdekli sandviç panellerin mekanik ve eğılme karakteristikleri üzerine nano katkı maddeleri ve malzeme ekstrüzyon parametrelerinin deneysel ve sayısal incelemesi
DENİZ GÜRAY GENCAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MIRSADEGH SEYEDZAVVAR
PROF. DR. CEM BOĞA
- Polimerik malzemelerin viskoelastik-viskoplastik davranışlarının belirlenmesi ve modellenmesi
Determination and modeling of viscoelastic-viscoplastic behavior of polymeric materials
NECMİ DÜŞÜNCELİ
Doktora
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGEN ÜMİT ÇOLAK