Vibration analysis of doubly curved sandwich plate with FGM surface layers and GPLR metallic core layer in thermal field
Termal alanda FDM yüzey plakaları ve GPLR metalik çekirdekli çift taraftan eğilmiş sandviç plakanın titreşim analizi
- Tez No: 978064
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM FATİH ÖZALP
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu araştırmada, FDM yüzey plakaları (Ti-6Al-4V ve Al2O3) ve Ti-6Al-4V'den yapılmış bir metal çekirdeğe sahip çift taraftan eğrilmiş bir sandviç yapı üzerinde, çalışılan parametrelerin her birinin dinamik modal davranışı üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler (FDM), hacimleri boyunca bileşimlerinde kademeli bir değişim ile karakterize edilmektedir ve bu da termal ve mekanik özelliklerinde değişikliklere olanak tanır. FDM kompozit yapılar, sıcaklık direnci sağlayan seramikler ve yapıya mekanik mukavemet sağlayan metal olmak üzere iki malzemeden oluşur. Bu çalışmada, sınır koşulları, metal çekirdekteki grafen hacmi, sandviç plaka eğriliği, çekirdek kalınlığı ve dış FDM katmanları ve plaka geometrisi gibi parametrelerdeki değişimlerin doğal frekans üzerindeki etkisini incelenmiştir ve bunların farklı malzeme derecelendirme indeksi ile termal koşullar altında yapının davranışını nasıl etkilediğini analiz edilmiştir. Analiz, sınır koşulları (basit destekli - SSSS ve ankastre - CCCC); grafen hacim oranı (F_G= 0–0.3); eğrilik oranları (R/a=1–100); çekirdek (t_c) ve dış plakalar (t_p) arasındaki kalınlık dağılımları ve geometrik konfigürasyonlar (küresel veya hiperbolik) dahil olmak üzere temel parametreleri dikkate almaktadır. Her bir durum için, ilk altı doğal frekans, belirli sıcaklık artışları (ΔT = 0, 250, 750, and 1250 K) ve farklı malzeme derecelendirme indeksleri (p=0, 1, 5, 20, 100) altında değerlendirilmiştir. Bulunan parametrik çalışma sonuçları, fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemelerden yapılmış sandviç plakaların titreşim davranışındaki en önemli faktörleri belirlememize olanak tanımaktadır. İlk olarak, sınır koşullarının sertliği doğrudan etkilediği bulundu. Ankastre sınır koşullarına sahip plaka (CCCC), basit destekli sınır koşullarına sahip plakadan (SSSS) daha yüksek doğal frekanslara sahiptir, ancak her iki durumda da malzeme derecelendirme indeksi (p) ve termal yumuşamanın birleşik etkileri genel tepkiyi domine etmektedir, bu da doğal frekansın düşmesinden dolayıdır. Metal çekirdeğe (F_G) grafen takviyesi dahil edilmesi, özellikle 0,2'den büyük kesirler için sertlikte önemli bir artış göstermiştir ve sıcaklık ve titreşim moduna bağlı olarak doğal frekansta %29 ile %35 arasında artışlar görülmüştür. Diğer yandan, eğrilik parametresi (R/a) ele alındığında, daha yüksek eğrilikler doğal frekansları önemli ölçüde azaltarak yüksek sıcaklıklarda dinamik kararlılığı etkilemiştir. Buradan, yüksek eğriliğe sahip yapılarda, GPLR eklenmesinin bu sertlik azalmasını hafifletmek için bir strateji olarak önerilebileceği sonucuna varılabilir. Benzer şekilde, çekirdek/dış plaka kalınlığı oranının da belirleyici bir etkisi olmuştur: kalın bir çekirdekten (t_c=0.8h, t_p=0.1h) daha kalın dış plakalara (t_c=0.2h, t_p=0.4h) geçilerek, ΔT = 1250 K altında %46'ya varan frekans artışları elde edilmiştir. Geometri açısından, küresel konfigürasyonlar hiperbolik konfigürasyonlardan sürekli olarak daha iyi sonuçlar göstermiştir ve ilk titreşim modunda %20 ila %50'lik farklar oluşmuştur; ancak hiperbolik geometri, metal oranı yüksek kompozisyonlar altında daha yüksek modlara sahip olabilir.
Özet (Çeviri)
In this research a parametric analysis was performed on a doubly curved sandwich structure with FGM surface plates (Ti-6Al-4V and Al2O3) and a metal core made of Ti-6Al-4V, in order to determine the effects of studied parameters on its dynamic modal behavior. Functionally graded materials (FGM) are characterized by a gradual variation in composition throughout their volume, which allows for changes in their thermal and mechanical properties. FGM composite structures are made up of two materials: ceramics, which provide temperature resistance, and metal, which provides mechanical strength to the structure. In this study we propose to examine the effect on natural frequency of variations in parameters such as boundary conditions, graphene volume in the metal core, sandwich plate curvature, core thickness and external FGM layers, and plate geometry and analyze how they affect the behavior of the structure under different material grading index and thermal conditions. The analysis considers several key parameters, including boundary conditions (simply supported – SSSS and clamped supported – CCCC); graphene volume fraction (F_G=0–0.3); curvature ratios (R/a=1–100); thickness distributions between the core (t_c) and external plates (t_p); as well as geometric configurations (spherical vs. hyperbolic). For each case, the first six natural frequencies were evaluated under uniform temperature increments (ΔT = 0, 250, 750, and 1250 K) and different material gradation indices (p= 0, 1, 5, 20, 100). The findings of this parametric study allow us to identify the most important factors in the vibrational behavior of sandwich plates with functionally graded materials. Firstly, it was found that boundary conditions directly influence dynamic stiffness. Clamped configurations (CCCC) reach higher natural frequencies than simply supported configurations (SSSS), although in both cases the combined effects of the material grading index (p) and thermal softening dominate the overall response, this being the decrease in natural frequency. The inclusion of graphene nanoplatelets in the metal core (F_G) showed a significant increase in dynamic stiffness, especially for fractions greater than 0.2, with increases in natural frequency of between 29% and 35% depending on temperature and vibration mode. On the other hand, the curvature parameter (R/a) was identified as critical, since higher curvatures significantly reduce natural frequencies, compromising dynamic stability under high temperatures. From this, it can be concluded that in structures with high curvature, the addition of GPLR could be recommended as a strategy to mitigate this decrease in stiffness. Similarly, the core/external plate thickness ratio had a decisive impact: by changing from a dominant core (t_c=0.8h, t_p=0.1h) to thicker external plates (t_c=0.2h, t_p=0.4h), frequency increases of up to 46% were achieved under ΔT= 1250 K. In terms of geometry, spherical configurations consistently outperformed hyperbolic ones, with differences of 20 to 50% in the first vibration mode, although hyperbolic geometry can be competitive in higher modes under metal-rich compositions.
Benzer Tezler
- Fonksiyonel derecelendirilmiş yüzey katmanlarına ve kelebek yapıda çekirdek katmana sahip sandviç kabuğun termomekanik titreşim davranışının incelenmesi
Investıgatıon of the thermomechanıcal vıbratıon behavıor of a sandwıch shell wıth functıonally graded surface layers and a butterfly-structured core layer
ALİ OSMAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM FATİH ÖZALP
- Eğri eksenli çubukların analizi için kesin çözüm yöntemi ile sonlu eleman formülasyonu
Finite element analysis of curved beams using exact solution
UĞURCAN EROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKÇİ
- Uzamsal çelik uzay yapıların serbest titreşimlerinin ve impulsif yükler altında dinamik davranışlarının incelenmesi
Free vibrations and dynamic response of spotial space structures subjected toimpulsive excitations
ZEKİ AY
- Analytical and numerical solutions for static and dynamic analysis of composite plates and shells
Kompozit levha ve panellerin analitik ve numerik yöntemlerle statik ve dinamik analizi
İLKE ALGÜL
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SİNAN ÖKTEM
- Forced, coupled vibrations of beams
Kirişlerin zorlanmış, bağlaşık titreşimleri
ÖZLEM ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Uçak MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ YAMAN