Energy absorption capacity of composite structures in vehicular crash
Kompozit yapıların araç çarpışmalarındaki enerji absorbsiyon kapasitesi
- Tez No: 972064
- Danışmanlar: PROF. DR. NURİ ERSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Düşük hızlı darbe, Lifli kompozitler, Yüksek çelik yapılar, Low velocity impact, Fiber composites, High steel structures
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, enerji sönümleme kapasitelerini karşılaştırmak ve özellikle ivme değerlerine odaklanarak dinamik tepkiye yönelik davranışlarını değerlendirmek için aynı darbe koşulları altında sinüzoidal tipteki CFRP kompozit ve DP780 çelik çarpışma kutularının çarpışma dayanıklılığını araştırmaktadır. Benzer ölçülerdeki çarpışma kutularını hedef alan 7,67 m/s'lik bir hızla çarpan 305 kg'lık bir ram kullanılarak ağırlık düşürme darbe testi gerçekleştirilmiştir. Kapsamlı bir değerlendirme sağlamak için hem deneysel hem de sayısal analizler yürütülmüştür. Sayısal analizleri deneysel değerlerle daha yakından simüle etmek için, kompozit malzemedeki delaminasyon etkisi de dikkate alınmaktadır. Bu amaçla, LS-Dyna'daki tiebreak kontak tipi kullanılarak kompozit malzemedeki katmanlar arasındaki delaminasyon etkisi de dikkate alınmıştır. Ayrıca, kompozit çarpışma kutusunda ilk hasarı sağlayacak tetikleyicinin metallerde olduğu gibi geometrik olarak verilememesi nedeniyle, ağırlığın çarpışma kutusuna ilk çarptığı anda oluşan yüksek tepe yükten dolayı oluşan şok dalgası nedeniyle ivme ölçümleri almak mümkün olmamıştır. Bu nedenle, ivmelenme verilerini doğru bir şekilde ölçmek için, şok dalgasını temsili bir kiriş görevi görerek emmesi için kompozit çarpışma kutusu üzerine bir PVC köpüğü eklendi ve bir sonraki adımda, DP780 çeliği için MAT_024 ve CFRP kompozit malzeme için MAT_054 malzeme kartları kullanılarak LS-DYNA'da simülasyonlar tamamlandı. Sonuçlar, köpük tabakasıyla güçlendirilmiş CFRP kompozit çarpışma kutusunun DP780 çeliğine kıyasla üstün enerji emme kapasitesi sergilediğini gösterdi. Dahası, temsili kirişin eklenmesi, çarpma sırasında şok dalgalarının etkilerini azaltarak kompozitin çarpışma performansını daha da iyileştirerek üstün enerji emilimine ve çarpışma anındaki tepkisine katkıda bulundu. Bu çalışma, CFRP kompozitin çarpışma dayanıklılığı uygulamalarında metallere göre daha hafif ve daha verimli bir alternatif olarak potansiyelini vurgulamaktadır. Ek olarak, deneysel ve sayısal sonuçlar arasındaki güçlü korelasyon, LS-DYNA'nın çarpışma davranışını modellemede, özellikle ivmelenme özelliklerini, enerji emilim mekanizmalarını ve kompozit yapıların delaminasyon etkilerini yakalamada güvenilirliğini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
This study investigates the crashworthiness of sinusoidal types of CFRP composite and DP780 steel crash boxes under the same impact conditions to compare their energy absorption capacities and evaluate their behaviours towards dynamic response, particularly focusing on acceleration values. A weight drop impact test was operated using a 305 kg impactor at a velocity of 7.67 m/s targeting crash boxes of the similar dimensions. Both experimental and numerical analyses were performed to provide a comprehensive evaluation. In order to simulate the numerical analyses more closely with the experimental values, the delamination effect in the composite material should also be considered. For this purpose, the delamination effect between the layers in the composite material was also taken into account by using the tiebreak contact type in LS-Dyna. In addition, since the trigger that will provide the initial damage in the composite crash box cannot be given geometrically as in metals due to higher initial peak load and the shock wave formed at the moment the weight first hits the crash box. Therefore, in order to measure the acceleration data correctly, a PVC foam was added on the composite crash box to absorb the shock wave by acting as a representative beam and in the next step, the simulations were completed in LS-DYNA using material cards MAT_024 for DP780 steel and MAT_054 for CFRP composite. The results showed that the CFRP composite crash box reinforced with the foam layer exhibited superior energy absorption capacity compared to DP780 steel. Moreover, the addition of the foam layer further improved the crash performance of the composite by reducing the effects of shock waves during impact, contributing to superior energy absorption and dynamic response. This study highlights the potential of CFRP composite as a lighter and more efficient alternative to metals in crashworthiness applications. In addition, the strong correlation between experimental and numerical results highlights the reliability of LS-DYNA in modelling crash behaviour, particularly in capturing acceleration characteristics, energy absorption mechanisms, and delamination effects of composite structures.
Benzer Tezler
- Advanced modeling of nonlinear bending behavior in functionally graded graphene nanoplatelet reinforced composite structures
Fonksiyonel dereceli grafen nanolevha takviyeli kompozit yapılarda doğrusal olmayan eğilme davranışının ileri düzeyde modellenmesi
İSMAİL ÖNDER KARTAL
Doktora
İngilizce
2026
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA ARTAN
- Yığma yapıların güçlendirilmesinde plastik kompozit donatı kullanımı
Use of plastic composite reinforcement in reinforcement of masonry structures
EZGİ RUKİYE GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat Mühendisliğiİskenderun Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK KAÇIN
- Havacılık yapılarının birleştirilmesinde kompozit ve metal perçin bağlayıcıların mekanik davranışa etkisinin analizi
Analysis of the mechanical behavior of composite and metal rivet fasteners in joining of aerospace structures
UĞUR ŞEVVAL GÖK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriBaşkent ÜniversitesiSavunma Teknolojileri ve Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER FARUK ELALDI
- Development of aluminum honeycomb cored carbon fiber reinforced polymer composite based sandwich structures
Aluminyum bal peteği ara tabaka içeren karbon elyaf takviyeli polimer kompozit esaslı sandviç yapıların geliştirilmesi
MEHMET ZİYA OKUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Hibrit kompozit tüplerin enerji sönümleme davranışlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the energy absorbing behaviours of hybrid composite tubes
ALİ İHSAN BUDUR
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GEDİKLİ