Geri Dön

Advanced multiscale modeling of layered and sandwich composites using coupled micromechanical, zigzag, and isogeometric methods

Birleşik mikromekanik, zigzag ve izogeometrik yöntemlerle katmanlı ve sandviç kompozitlerin ileri çok ölçekli modellemesi

PDF İndir

  1. Tez No: 929504
  2. Yazar: ARYAN KHEYABANI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ADNAN KEFAL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Industrial and Industrial Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 169

Özet

Fiber takviyeli kompozitler (FRC), üstün mekanik özellikleri ve yön özellikleri sağlama yetenekleri nedeniyle geleneksel metalik malzemelere göre yaygın olarak tercih edilmektedir. Ancak, yapısal performanslarını tahmin etmek karmaşık olup sağlam ve etkili sayısal yaklaşımların geliştirilmesini gerektirir. Parametrik yüksek hassasiyetli genelleştirilmiş hücreler metodu (PHFGMC), kompozit malzemelerin davranışını anlamak için kullanılabilen bir mikromekanik yaklaşımdır. Bu yöntemde, mikro yapıya dayalı olarak tekrarlayan bir birim hücre (RUC) belirlenir ve makro düzeyde etkili kompozit davranışı elde etmek için analiz edilir. Öte yandan, hassaslaştırılmış zikzak teorisi (RZT), ince ve kalın katmanlı kompozit yapıları modellemek için sağlam, etkili ve güvenilir bir teknik sağlar. Bu çerçevede, bir laminat, istifleme sırasına ve katman sayısına bakılmaksızın tek bir katman olarak modellenir. Ayrıca, izogeometrik analiz (IGA), uniform olmayan B-spline eğrileri (NURBS) kullanarak karmaşık geometrileri daha az sayıda eleman ile modelleme konusunda oldukça yetenekli bir sayısal yaklaşım sağlar. Mevcut tezde, kompozit malzemelerin doğrusal ve doğrusal olmayan çok ölçekli analizi için yeni bir modelleme yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu amaçla, PHFGMC, RZT ve IGA yaklaşımlarının yerleşik kabiliyetlerinden yararlanılmıştır. Tezin nihai temel amacına birkaç adımla ulaşılmıştır. İlk olarak, PHFGMC mikromekanik yaklaşımı ve RZT tabanlı IGA plaka formülasyonu kullanılarak çok ölçekli bir analiz tekniği önerilmiştir. Bu adımda, PHFGMC yöntemini kullanarak bir kompozit katman için malzeme özellikleri bileşen özelliklerine göre hesaplanır. Daha sonra, RZT tabanlı IGA formülasyonunu kullanarak kalın sandviç yapılar üzerinde makro ölçekli analizler gerçekleştirilir. Bir sonraki adımda, yeni bir yüksek mertebe RZT{3,2} tabanlı IGA plaka formülasyonu geliştirilerek önerilen çok ölçekli formülasyon'da boyutsal tutarlılık sağlanmıştır. Bu geliştirme, ek gereksinimler olmadan mikro ve makro seviyeler arasında doğrudan veri alışverişini kolaylaştırır ve böylece uygulama kolaylığı sağlar. Aynı adımda, önerilen doğrusal ve yüksek mertebeli çok ölçekli tekniklerin sonuçları deneysel çalışmalar kullanılarak doğrulanmıştır. Son aşamada, geliştirilen çok ölçekli sayısal yaklaşım kompozit malzemelerin ve yumuşak çekirdekli sandviçlerin kademeli hasar modellemesini destekleyecek şekilde genişletilmiştir. Bu, Ramberg Osgood (RO) modeli ve Hashin kriterlerinin sırasıyla plastisite ve arıza değerlendirmeleri için kullanılması ile mümkün hale gelir. Ayrıca, yöntem çok düzlemli plakaların analizine de uygulanmıştır. Alana ek bir katkı olarak, bu tez kapsamında sürekli-ortam hasar mekaniğinin (CDM) IGA-RZT{3,2} plaka formülasyonuna entegre edilmesiyle makro ölçekli bir hasar modelleme tekniği geliştirilmiştir. Bu adım, kompozit malzemelerin hasar analizi için etkili ve uygulanması kolay bir fenomenolojik yaklaşım sağlar. Bu bağlamda, ayrıklaştırma etkileri kavramı da ele alınmaktadır ve son olarak, yöntem çekme laminatlarının nihai hasar yüklerinin tahmin edilmesi yoluyla doğrulanmıştır.

Özet (Çeviri)

Fiber-reinforced composites (FRC) are widely favored over conventional metallic materials for their superior mechanical characteristics and the ability to provide directional properties. However, predicting their structural performance is complex and requires development of robust and efficient numerical approaches. The parametric high fidelity generalized method of cells (PHFGMC) is a micromechanical approach that can be used to understand behavior of composite materials. In this method, a repeating unit cell (RUC) is determined based on the microstructure and analyzed for obtaining the effective composite behavior at the macro level. On the other hand, refined zigzag theory (RZT) provides a robust, efficient, and reliable technique for modeling thin and thick layered composite structures. In this framework, a laminate is modeled as a single layer regardless of the stacking sequence and number of plies. Furthermore, isogeometric analysis (IGA) provides a numerical approach highly capable of modeling complex geometries with lower number of elements by employing non-uniform rational B-splines (NURBS). In the current dissertation, a novel modeling framework is developed for advanced multiscale linear and nonlinear analysis of composite materials. For this purpose, established capabilities of the PHFGMC, RZT, and IGA frameworks are leveraged. The final main objective of the thesis is to be reached through following several fundamental method development steps. First, a multiscale analysis technique is proposed by using the PHFGMC micromechanical approach and the RZT based IGA plate formulation in a common framework. In this step, material constants for a composite layer are computed based on the constituent properties by employing the PHFGMC method. Then, macroscale analyses are performed on thick sandwich structures by employing the RZT based IGA formulation. In the next step, dimensional consistency is provided in the proposed multiscale framework by developing a novel higher order RZT{3,2} based IGA plate formulation. This improvement facilitates direct exchange of data between the micro and macro levels without additional requirements and thus provides ease of implementation. In the meantime, outcomes of the proposed linear and higher order multiscale techniques are validated using experimental studies in this step. In the final stage, the framework is extended to support progressive damage modeling of composite materials and soft-core sandwiches. This is enabled by incorporating the Ramberg Osgood (RO) model and Hashin criteria for plasticity and failure assessments, respectively. Furthermore, a multipatch formulation is presented to apply the method on stiffened plates. As an additional contribution to the field, a macroscale damage modeling technique is developed in the scope of this thesis by integrating the continuum damage mechanics (CDM) into the IGA-RZT{3,2} plate formulation. This step provides an efficient and easy-to-implement phenomenological approach for failure analysis of composite materials. In this context, the concept of mesh dependency is addressed by using the crack band theory. Finally, the method is validated through predicting final failure loads of notched tensile laminates.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    812854

    Continuum damage mechanics based modelling of laminated fiber reinforced composites

    Fiberle güçlendirilmiş çok katmanlı kırılmanın hasar mekaniği ile incelenmesi

    SÜLEYMAN YAŞAYANLAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    İnşaat Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İZZET ÖZDEMİR

  2. Tez No

    948225

    Accessibility modeling of intercity multimodal travel behavior

    Şehirler arası çok modlu yolculuk hareketinin erişilebilirlik modellemesi

    İSMAİL ADALIOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT ERGÜN

  3. Tez No

    442409

    Multi-scale deformation and failure prediction of polycrystalline metals: A case study on impact and localization

    Polikristal metallerin farklı ölçeklerde deformasyon ve kırılma öngörüsü: Darbe ve lokalizasyon üzerine vaka çalışması

    MORAD MIRZAJANZADEH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Assoc. Prof. Dr. DEMİRCAN CANADİNÇ

  4. Tez No

    898792

    Innovative approaches for mechanical characterization and failure analysis in complex and functional composite structures: A fusion of SHM, NDT, and FEA techniques

    Kompleks ve fonksı̇yonel kompozı̇t yapılarda mekanı̇k karakterı̇zasyon ve hasar analı̇zı̇ ı̇çı̇n yenı̇lı̇kçı̇ yaklaşımlar: SHM, NDT ve FEA teknı̇klerı̇nı̇n bı̇rleşı̇mı̇

    ABDULRAHMAN SAEED ABDULQADER AL-NADHARI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET YILDIZ

  5. Tez No

    944673

    Multi-scale rainfall predictions using data-driven models with advanced data preprocessing techniques

    Gelişmiş veri ön işleme teknikleriyle veri odaklı modeller kullanarak çok ölçekli yağış tahminleri

    KÜBRA KÜLLAHCI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK

Geri Dön