Eğrisel kirişlerle takviye edilmiş kompozit panellerin yapısal davranışlarının modellenmesi, analizi ve optimizasyonu
Modeling, analysis and optimization of the structural behavior of curvilinearly stiffened composite panels
- Tez No: 958804
- Danışmanlar: PROF. DR. TUNÇ APATAY, DR. ONUR COŞKUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Bu tez çalışması, Otomatik Elyaf Yerleştirme (Automated Fiber Placement - AFP) teknolojisinin üretim kısıtları dikkate alınarak, eğrisel kirişlerle takviye edilmiş kompozit panellerin burkulma ve dinamik davranışlarını incelemektedir. Üç boyutlu geometrinin etkili bir şekilde temsil edilmesini sağlayan, değişken kalınlıklara sahip kabuk elemanlarına dayalı özgün bir modelleme yaklaşımı geliştirilmiştir. ANSYS APDL ve Python betiklerinin entegrasyonu ile oluşturulan sayısal analiz altyapısı, tam otomatik ve yüksek hassasiyetli simülasyonlar gerçekleştirilmesine olanak sağlamaktadır. Çalışma kapsamında, kiriş eğriliği ve yüksekliğinin yapısal performans üzerindeki etkileri sistematik olarak analiz edilmiştir. İlk olarak, farklı sınır koşulları altında eğrilik parametrelerinin (xₘ ve xₑ) doğal frekans ve kritik burkulma yükü üzerindeki etkisini değerlendirmek amacıyla parametrik bir çalışma yürütülmüştür. Elde edilen sonuçlar, eğrisel kirişlerin doğrusal referans durumuna kıyasla mekanik performansta kayda değer değişikliklere olanak tanıdığını göstermektedir. Özellikle, kirişlerin yüksek deformasyon bölgelerine yakın konumlandırılmasının yapısal performansı önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir. Beş farklı tasarım senaryosu üzerinden çok amaçlı bir optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiş; bu kapsamda eğrilik ve yükseklik parametrelerinin çeşitli kombinasyonları değerlendirilerek burkulma kapasitesi, eşdeğer rijitlik ve toplam kütle aynı anda iyileştirilmeye çalışılmıştır. Eğrilik parametreleri performans artışına orta düzeyde katkı sağlamakla birlikte, katılık/ağırlık oranının hassas şekilde ayarlanabilmesi açısından kritik öneme sahiptir. Duyarlılık analizleri, bu parametreler arasında ödünleşim ilişkisi bulunduğunu doğrulamakta ve entegre geometrik optimizasyon gerekliliğini ortaya koymaktadır. Geliştirilen tasarım ve modelleme metodolojisi, AFP ile uyumlu ileri düzey kompozit yapıların tasarımı için yüksek doğrulukta ve hesaplama açısından verimli bir araç sunmaktadır. Elde edilen sonuçlar, eğrisel kirişlerin, kütle verimliliği koşullarını sağlarken üstün mekanik performans elde etmede önemli bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymakta ve havacılık ile yüksek performanslı yapısal uygulamalara yönelik değerli katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the buckling and dynamic behavior of composite panels reinforced with curvilinear stiffeners, considering the manufacturing constraints of Automated Fiber Placement (AFP) technology. A novel modeling approach based on shell elements with variable thickness is developed to generate an efficient representation of the three-dimensional geometry. The numerical framework, built through the integration of ANSYS APDL and Python scripting, enables fully automated and high-accuracy simulations. The effect of stiffener curvature and height on structural performance is systematically analyzed. First, a parametric study is conducted to evaluate the influence of curvature parameters (xₘ and xₑ) on the natural frequencies and critical buckling loads of the panels under different boundary conditions. Results show that curvilinear stiffeners can alter mechanical performance significantly compared to the straight stiffener baseline. It is also observed that the stiffener location, especially near high-deformation regions, significantly impacts mechanical performance. A multi-objective optimization study is conducted through five design cases, evaluating combinations of curvature and height parameters to simultaneously improve buckling capacity, equivalent stiffness, and total mass. Curvature parameters contribute moderately to performance gains but are essential for fine-tuning stiffness-to-weight balance. Sensitivity analysis confirms the trade-off nature of these parameters, reinforcing the need for integrated geometric optimization. The proposed design and modeling methodology provides a high-fidelity yet computationally efficient tool for designing AFP-compatible advanced composite structures. The results underline the potential of curvilinear stiffeners in achieving superior mechanical performance while satisfying mass-efficiency constraints, offering valuable insights for aerospace and high-performance structural applications.
Benzer Tezler
- Çelik yapılarda eğrisel şekilli metalik sismiksönümleyicilerin araştırılması ve geliştirilmesi
Reserach and development of curvilinear shaped metallic seismic dampers in steel structures
AMİRAHMAD CHAVOSHKHATAMİ
Doktora
Türkçe
2021
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN HÜSEM
- Eğrisel kirişlerde analitik ve bilgisayar destekli nümerik analiz yöntemi ile gerilme analizi
Stress analysis on curved beams with analytic and computer aided numeric analysis techniques
FARUK ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZSERT
- Eğrisel elyaflı katmanlı kompozit ince cidarlı kirişlerin mekanik davranışı
Mechanical behavior of curvilinear fiber laminated composite thin walled beams
MUHSİN GÖKHAN GÜNAY
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TANER TİMARCI
- Hareketli yüklere maruz mesnetli eğrisel kirişlerin dinamik davranışlarının incelenmesi
Dynamic response of slightly curved and supported beams under moving loads
MURAT REİS
Doktora
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. YAŞAR PALA
- Eğri kirişlerin serbest titreşimlerinin genelleştirilmiş diferansiyel quadrature metodu ile incelenmesi
Investigation of free vibration of curved beams by generalized quadrature method
VEYSEL ALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Makine MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ZEKERİYA GİRGİN