Progressive inter-laminar fatigue damage modelling and analysis of composite structures through a two-way global/local coupling methodology
Kompozit yapılarda iki yönde bağlı global/lokal yöntem ile ilerlemeli katmanlar arası yorulma hasarının modellenmesi ve analizi
- Tez No: 929246
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: 158
Özet
Kompozit helikopter rotor yapısallarında, bütünlüğün korunması için delaminasyon (katmanlar arası ayrılma) ve yapışma hasarının ilerlemesinden kaçınılmalıdır. Bu nedenle bu yapılardaki delaminasyona açık bölgelerde hızlı ve doğru bir şekilde katmanlar arası hasar modellemesi yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Ancak uzun hesaplama süreleri ve yakınsama sorunlarıyla karşılaşılması nedeniyle literatürdeki çalışmalar numune ölçeğiyle sınırlıdır. Bu sorunların ortadan kaldırılması için global-lokal yöntemler tercih edilmektedir. Global-lokal yöntemler literatürde yaygın olsa da, bu yöntemin kullanımı statik analizler ile sınırlıdır. Sonuçta literatürde yorulma yükü altında ilerlemeli hasar analizleri konusunda boşluk olduğu görülmektedir. Bu çalışmada, yeni bir yaklaşımla iki yönde bağlanmış global-lokal yöntemle delaminasyon yorulma analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemde, alt modelleme kullanılarak global modelden elde edilen yer değiştirme dağılımı lokal model sınırlarına uygulanmakta, ve buna ek olarak global model, lokal modelden elde edilen yapışkan eleman iç düğüm reaksiyon kuvvetlerine bağlı olarak güncellenmektedir. İki model birbirine bağlı olduğu için yakınsama sağlanana kadar tekrarlı analiz yapılması gerekmektedir. Mevcut yöntemin doğrulanması için deneylerle desteklenmiş Çift Dirsekli Kiriş modelleri oluşturulmuş ve bu yöntemle elde edilen sonuçlar alışılagelmiş analiz yöntemleriyle ve deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bu yöntem, alışılagelmiş analiiz yöntemiyle ve deney verileriyle uyumlu sonuçlar vermiştir. Üç boyutlu analizlerde, özellikle sık ağ örgülü lokal modellerde, hatırı sayılır hesaplama avantajı elde edildiği görülmüştür. Daha sonra kupon boyutunda doğrulanmış bu yöntem, bir havacılık yapısına uygulanmıştır. Sonuçlar alışılagelmiş yöntem ile karşılaştırılmış, benzer şekilde isabetli sonuçlar elde edildiği ve hesaplama süresinden tasarruf edildiği gösterilmiş, ve mevcut yöntemin havacılık Sonlu Elemanlar Analiz uygulamaları için de avantajlı olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Delamination and debonding are crucial failure modes in composite helicopter rotor components, demanding an accurate estimation of their growth and extent. A rapid and robust approach for analysing progressive fatigue delamination is essential to assess the propagation of interlaminar flaws. Existing literature primarily confines progressive failure investigations to coupon scale due to substantial computation times and convergence challenges. The commonly observed strategy to tackle these issues involves utilising the global-local method. While global-local methods are prevalent in progressive damage computations, they are typically limited to static analyses; and the literature lacks global-local methods designed explicitly for progressive fatigue damage modelling. Consequently, this study introduces a novel procedure for conducting extensive fatigue delamination analyses with a two-way coupling global-local method. This method applies the displacement field derived from the global model to the local model. Subsequently, the global model is updated iteratively based on internal nodal reactions of cohesive elements extracted from the local model. The study presents the analysis results of the Double Cantilever Beam (DCB) model employing this method. The method gives consistent results with regular analyses and experimental findings. In 3D models with finer local mesh, the current method has a significant computational advantage over regular analyses. This verified methodology is then applied to an element-level aerospace structure. The method's computational advantage and accuracy are also compared with the regular method, which shows its computational advantage in aerospace finite element analysis applications.
Benzer Tezler
- Experimental study on static and dynamic behavior of woven carbon fabric laminates using in-house piezoelectric sensors, acoustic emission, digital image correlation and scanning electron microscopy
Dokuma karbon kumaş laminatların statik ve dinamik davranışlarının deneysel olarak şahsi üretim piezoelektrik sensör, akustik emisyon, dijital görüntü korelasyonu ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenmesi
HAFIZ QASIM ALI
- Progressive interlaminar failure analysis in composite missile structures
Kompozit füze yapılarında katmanlar arası ilerlemiş hasar analizi
BÜŞRA BARTAN KUMBASAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- 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
TAMER TAHİR ATA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRKAN ÇÖKER
- Experimental and numerical progressive failure analysis in open-hole tensile tests of quasi-isotropic composite laminates
Yarı-izotropik açık delıkli kompozit laminatların çekme testlerinde hasar ilerlemenin deneysel ve sayısal analizi
SINA AHMADVASHAGHBASH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CAHİT CAN AYDINER
PROF. DR. NURİ BÜLENT ERSOY
- Experimental and numerical progressive failure analysis ofcorrugated core type composite sandwich structure
Korüge tipi kompozit sandviç yapının deneysel ve numerik ilerlemeli hasar analizi
EMRE ÇALIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ BÜLENT ERSOY