Çift-çift kompozitlerde termal burkulmanin birinci mertebe kayma-deformasyon teorisi ile modellenmesi ve parçacik sürü optimizasyonu yöntemiyle optimizasyonu
Modeling of thermal buckling of double-double composites using first order shear-deformation theory and optimisation using particle swarm optimization method
- Tez No: 978665
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER SİNAN ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, Tsai'nin önerdiği çift-çift kompozit levha tasarım yaklaşımı için Klasik Kompozit Plaka Teorisi (CLPT) ve Birinci Dereceden Kayma Deformasyon Teorisi (FSDT) denklemleri yardımıyla MATLAB ortamında kompozit plaka için A, B ve D rijitlik matrisleri hesaplanmıştır. Plakanın kuvvet- moment denge denklemleri, A ve D rijitlik matrisleri yardımıyla burkulma denklemi oluşturulmuştur. Düzlem içi gerilmelerin kompozit A matrisi ve orta düzlem şekil değişimi ile ilişkilendirilmesi kritik sıcaklık farkının elde edilmesini sağlamaktadır. Kompozit bir plaka için geliştirilen kod yardımıyla, burkulmanın meydana geldiği en yüksek sıcaklık farkı; çift-çift kompozit dizilim kuralları, değişken tabaka kalınlıkları ve farklı sınır koşulları (SSSS, SSCC, CCSS, CCCC) dikkate alınarak Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması ile hesaplanmıştır. Kritik sıcaklık farkının belirlenmesinde iki temel kısıtlama kullanılmıştır. Birinci kısıtlama, tabakalar arası kayma gerilmesinin (ILSS) tabakalar arası kayma mukavemetinden (ILS) küçük olmasıdır. Bu kapsamda, epoksi matrisli cam elyaf ve karbon elyaf takviyeli iki farklı çift-çift kompozit levha için standartlardan alınan tabakalar arası mukavemet değerleri dikkate alınmış ve bu değeri aşmayan dizilimler belirlenmiştir. Bu kısıtlama, tabakaların ayrılmasını önlemeyi amaçlamaktadır. İkinci kısıtlama ise, elde edilen kritik sıcaklık farkının Tsai-Hill hasar kriterini sağlamasıdır. Belirtilen kısıtlamalar için MATLAB koduna penaltı fonksiyonu eklenmiştir. Bu penaltı fonksiyonu dışında kalan optimum tasarım parametreleri PSO algoritması ile elde edilmiştir. Burkulmanın gerçekleştiği en yüksek sıcaklığı veren sürü değerleri; ilk açı (θ1), ikinci açı (θ2), tabaka kalınlığı (t) plaka boyu/ plaka eni (a/b) kullanılarak elde edilen kritik sıcaklık farkı değeri pozitif bir değer olmasına rağmen, PSO algoritması maliyet fonksiyonunu minimize etmeye çalıştığı için maliyet fonksiyonu negatif değeri alınmıştır. Kritik sıcaklık farkı ΔT'nin maksimum değeri, maliyet fonksiyonunun minimumu olarak değerlendirilmekte ve PSO tarafından en uygun çözüm olarak seçilmektedir. PSO algoritması, farklı tabaka sayıları (K = 8, 16, 32 ve 40) için küresel en iyi değerleri hesaplamakta, ardından bu değerler içinden optimum değerli seçmektedir. Örnek vermek gerekirse SSSS sınır şartında çift eksenli yükleme ve grafit/epoksi malzeme için burkulmanın gerçekleştiği en yüksek sıcaklık farkı değeri (maliyet fonksiyonu) -278.54 olarak hesaplanmıştır. Bu maliyet fonksiyonunun sürü değerleri ise θ1:16°, θ2:16°, t: 0.0004m, K: 40, a/b:1.5 olacak şekilde hesaplanmıştır. Sonuçlar kısmında PSO algoritması sonucunda edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, for the bi-axial laminate design approach proposed by Tsai, the Classical Laminate Plate Theory (CLPT) and First-Order Shear Deformation Theory (FSDT) equations were employed to compute the A, B, and D stiffness matrices of a composite plate in MATLAB. The plate's force-moment equilibrium equations, together with the A and D stiffness matrices, were used to formulate the buckling equations. The relationship between the in-plane stresses, the composite A matrix, and the mid-plane deformation enabled the determination of the critical temperature difference. Using the developed MATLAB code, the maximum temperature difference at which buckling occurs was calculated by the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, taking into account the bi-axial laminate rules, variable ply thicknesses, and different boundary conditions (SSSS, SSCC, CCSS, CCCC). Two main constraints were imposed in determining the critical temperature difference. The first constraint requires that the interlaminar shear stress (ILSS) must be lower than the interlaminar shear strength (ILS). For this purpose, standard interlaminar strength values were considered for epoxy matrix glass fiber and carbon fiber-reinforced bi-axial laminates, ensuring that the selected stacking sequences do not exceed these limits, thereby preventing delamination between plies. The second constraint requires that the obtained critical temperature difference satisfies the Tsai-Hill failure criterion. A penalty function was incorporated into the MATLAB code to enforce these constraints.The remaining optimal design parameters were determined using the PSO algorithm. The swarm values corresponding to the maximum buckling temperature were used to obtain the critical temperature difference based on the first ply angle (θ1), second ply angle (θ2), ply thickness (t), and plate aspect ratio (a/b). Although the critical temperature difference (ΔT) is positive, the cost function is defined as negative because the PSO algorithm minimizes the cost function. Therefore, the maximum ΔT is evaluated as the minimum of the cost function and is selected as the optimal solution by the PSO. The PSO algorithm computes the global best solutions for different ply numbers (K = 8, 16, 32, and 40) and selects the optimal configuration among them. For instance, under SSSS boundary conditions, bi-axial loading, and graphite/epoxy material, the maximum temperature difference was calculated as -278.54, with the corresponding swarm parameters θ1 = 16°, θ2 = 16°, t = 0.0004 m, K = 40, and a/b = 1.5. In the Results section, the outcomes obtained from the PSO algorithm are compared across different cases.
Benzer Tezler
- Doğal lif ile güçlendirilmiş polilaktik asit/polipropilen kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri
Mechanical and thermal properties of polylactic acid/ polypropylene composites reinforced with natural fiber
BARAN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiBiyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ERTAŞ
- Jüt lifi takviyeli polipropilen kompozitlerde maleopimarik asidin uyumlaştırıcı etkisi
The effect of maleopimaric acid as a compatibilizer on jute fiber reinforced polypropylene composites
MESUT TOZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Production of boron nitride nanotubes and their uses in polymer composites
Bor nitrür nanotüplerin üretilmesi ve polimer kompozitlerde kullanımı
CAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
PROF. DR. GÖKNUR BAYRAM
- Evaluation of thermal, rheological, and dynamic mechanical properties of CNT reinforced PEI and PEEK composites: A comparative study
KNT takviyeli PEI ve PEEK kompozitlerinin termal, reolojik ve dinamik-mekanik özelliklerinin karşılaştırılması
FULDEN KAYGINOK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Effect of coupling agent addition on the mechanical and thermal properties of mineral filler filled polypropylene
Mineral dolgulu polipropilene uyumlaştırıcı eklenmesinin mekanik ve termal özelliklerine etkisi
DAMLANUR ERÜLKÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU