Numerical and experimental investigation of transverse low-velocity impact on thick-ply and thin-ply CFRP composite laminates
İnce katmanlı ve kalın katmanlı CFRP kompozit laminatlarda düzlem dişi düşük-hızlı darbenin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 842714
- Danışmanlar: PROF. DR. DEMİRKAN ÇÖKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 153
Özet
Bu tezin amacı, farklı katman-grubu kalınlıklarına sahip çapraz-katmanlı kompozit laminatlarda gözlemlenen düşük hızlı çarpma kaynaklı hasar mekanizmalarını araştırmaktır. Bu tez, iki bağımsız ancak birbiriyle bağlantılı bölüme ayrılmıştır: İlk bölümde, [05/903]s dizilimli CFRP laminatları üzerinde Bozkurt ve Coker (2021) tarafından gerçekleştirilen düşük hızlı çarpma deneylerinin yerinde (in situ) gözlemlerini yüksek-mertebeli bir sonlu eleman modeli oluşturarak modellemeyi amaçlanmaktadır. Bu sonlu eleman modeli, matris kırılması için LaRC05 hasar başlangıç kriteri içeren sürekli ortamlar hasar modeli, katman ayrılması (delaminasyon) için yapışkan bölge modeli ve deneysel sınır koşulları için yay elemanlar kullanan sezgisel bir modelleme yaklaşımı içermektedir. Simülasyonlar, kompozit hasarının deneysel olarak gözlemlenen ayrıntılarını başarıyla simüle etmiş ve esas hasar mekanizmalarına dair içgörüler sağlayarak sayısal modelin yeteneklerini doğrulamıştır. İkinci bölümde, katman-grubu kalınlığının düşük hızlı çizgi çarpmaya karşı hasar mekanizmaları üzerindeki etkisi, [04/904/02]s ve [02/902/02/902/02]s CFRP laminatları üzerinde yerinde deneyler gerçekleştirilerek ve ilk bölümde oluşturulan sonlu eleman modelini kullanarak yüksek-mertebeli sayısal simülasyonlar yaparak araştırılmıştır. Gerçekleştirilen deneyler ve simülasyonlar, farklı katman-grubu kalınlıkları için hasar mekanizmalarının farklılık gösterdiğini, hasar mekanizmasının sadece matris çatlamasıyla indüklenen delaminasyondan, matris çatlamasıyla indüklenen delaminasyona ve fiber kırılmasına değiştiğini ortaya koymuştur. Sayısal simülasyonlar ile deneysel gözlemler arasındaki karşılaştırma, literatürdeki“in-situ”mukavemet konseptini destekleyen kanıtlar sunmuştur; bu kavramın kullanımı, sadece global darbe davranışında değil, aynı zamanda hasar mekanizması seçiminde de önemli bir rol oynamıştır. Bu tez, dinamik hasar mekanizmalarının yüksek-mertebeli yerinde gözlemlerini doğru bir şekilde yakalamak için yüksek-mertebeli modellerin gerekliliğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
The objective of this thesis is to investigate the low-velocity impact induced damage mechanisms observed within the cross-ply composite laminates with different ply-group thicknesses. This thesis is divided into two independent yet connected parts: In the first part, the objective is to model the in situ observations of low-velocity line impact experiments conducted by Bozkurt and Coker (2021) on [05/903]s CFRP laminates by constructing a high-fidelity finite element model that accurately captures the matrix cracking using a continuum damage model with LaRC05 initiation criterion, delaminations utilizing the cohesive zone model, and experimental boundary conditions by proposing a heuristic modeling approach that replicates the experiment boundaries through the assembly of spring elements. The simulations successfully replicated the in situ observations on the composite failure patterns and sequences and provided insights into underlying damage mechanisms, validating the capabilities of the numerical model. In the second part, the effect of ply-group thickness on damage mechanisms under low-velocity line impact is investigated by conducting in situ experiments on [04/904/02]s and [02/902/02/902/02]s CFRP laminates, and performing high-fidelity numerical simulations employing the finite element model constructed in the first part. Our experiments and simulations revealed that the damage mechanisms differ for different ply thicknesses, with the failure mechanism changing from only matrix cracking induced delamination to matrix cracking induced delamination with fiber breakage. The comparison between numerical simulations and experimental observations provides evidence supporting the so-called in-situ strength concept, where employing it played a very important role not only in global response but also in failure mechanism choice. This thesis demonstrates the necessity of high-fidelity modeling to accurately capture the high-fidelity in situ observations of dynamic failure mechanisms.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical investigation of damage induced by transverse impact in composite beams and plates
Kompozit kiriş ve plakalarda düzlem dışı darbeye bağlı oluşan hasarın deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
MİRAÇ ONUR BOZKURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRKAN ÇÖKER
PROF. DR. KEMAL LEVEND PARNAS
- Experimental and numerical investigation of the impact resistance and impact damage tolerance of a carbon fiber reinforced thermoplastic polyphenylene sulfide (PPS) matrix composite
Karbon fiber takviyeli termoplastik polifenilen sülfit (PPS) matris kompozitin darbe direncinin ve darbe hasar toleransının deneysel ve nümerik araştırılması
SEMİH BERK SEVEN
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÜDEN
PROF. DR. ALPER TAŞDEMİRCİ
- Behavior of laminated composite structures subjected to low velocity impact
Düşük hızlı darbelere maruz tabakalı kompozit yapıların davranışı
ZÜLEYHA ASLAN
Doktora
İngilizce
2002
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAMAZAN KARAKUZU
- Katmanlı kompozit panellerin anlık basınç yüküne dinamik cevabı
Dynamic response of laminated composite panels subjected to blast loading
HALİT S. TÜRKMEN
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Investigation of flame characteristics in a turbulent premixed combustion
Türbülanslı önkarışımlı yanma alevinin incelenmesi
MOHAMMED KHUDHAIR ABBAS AL HUMAIRI
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ