Viskoelastik çekirdeğe sahip sandviç kompozit plakların anlık basınç yükü altındaki davranışının teorik ve deneysel incelemesi
Theoretical and experimental investigation of sandwich composite plates with viscoelastic core under the blast load
Yazar: DEMET BALKAN
Danışman: PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering

Özet:
Viskoelastik çekirdeğe sahip sandviç kompozit plakların anlık basınç yükü altındaki geçici dinamik davranışı teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Açık literatürde anlık basınç yükleri altındaki, farklı çekirdek konfigürasyonlarına sahip sandviç plakların davranışları ile ilgili çalışmalar mevcuttur. Ancak, viskoelastik çekirdeğe sahip sandviç yapıların anlık basınç yükü altındaki dinamik davranışına viskoelastik çekirdeğin etkilerini inceleyen çalışmalara rastlanmamıştır. Ayrıca konuyla ilgili deneysel çalışmalar da literatürde bulunamamıştır.Bu çalışmada dikdörtgen sandviç plaklar sönüm sağlayan bir takım viskoelastik çekirdek katmanlarıyla desteklenmiştir. Plağın yüzey levhaları bir miktar viskoz sönüm yeteneğine sahip katmanlı kompozitlerden yapılmıştır. Bütün kenarlarından ankastre plaklar incelenmiştir. Sandviç plağın geçici dinamik davranışının incelenmesinde deneysel ve teorik yaklaşımlar kullanılmıştır. Sandviç plakların imalatında kullanılan malzemelerin viskoelastik özellikleri DMA test cihazı kullanılarak elde edilmiştir. Anlık basınç yükü temin etmek ve daha sonra bunu sandviç plağa etki ettirmek için bir deney düzeneği kurulmuştur. Plak üzerindeki basınç dağılımı plak üzerinde belirli noktalara yerleştirilen minyatür basınç duyargaları ile elde edilmiştir. Sandviç plak üzerindeki belirli noktalarda gerinimin (strain) zamanla değişimlerini elde etmek için gerinim ölçerler (straingage) kullanılmıştır. Ölçümlerde yüksek örnekleme hızlı bir veri toplama sistemi kullanılmıştır.Viskoelastik çekirdeğe sahip sandviç kompozit plağın hareket denklemleri Hamilton ilkesi kullanılarak türetilmiştir. Kesme etkileri ve büyük deformasyondan kaynaklanan doğrusal olmayışlar türetmede hesaba katılmıştır. Viskoelastik davranış bir doğrusal viskoelastik teori kullanılarak modellenmiştir. Uzay bölgesinde yer değiştirme alanına deneme fonksiyonlarıyla yaklaşım yapılarak hareket denklemleri Galerkin metodu ile zaman bölgesine indirgenmiştir. Zaman bölgesindeki doğrusal olmayan bağlı (coupled) denklemler Mathematica yazılımı ile çözülmüştür. Sandviç kompozit plağın viskoelastik dinamik davranışı ANSYS sonlu eleman yazılımı kullanılarak da incelenmiştir.Teorik sonuçlar deneysel ve sayısal sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Uyumsuzluklar yorumlanmış; teorik ve deneysel yaklaşımlar için iyileştirilme çalışmaları yapılmıştır. Malzeme ve geometri ile ilgili özelliklerin dinamik davranışa etkileri incelenmiştir.Anlık basınç yükü altında gerçekleştirilen deneyler ve analizlerin zamana bağlı normal gerinim grafikleri karşılaştırıldığında, titreşim karakterleri, tepe noktaları, titreşim frekansları açısından iyi bir uyum olduğu görülmüştür.

Abstract:
The dynamic behaviour of sandwich composite plates with viscoelastic core subjected to the blast loading is investigated. There are some studies on the dynamic behaviour of sandwich plates under blast load in the literature. But, there is not a study reported on the dynamic behaviour of sandwich plates with viscoelastic core under blast loading.In this study, the rectangular sandwich plates with viscoelastic core are produced. The face sheets are produced using laminated composite with a small amount of damping. The plates are clamped at all edges. The theoretical and experimental methods are used. The viscoelastic properties of materials used for the production of sandwich plates are determined using DMA. An experimental setup is manufactured to obtain the blast pressure. The pressure distribution on the plate is obtained by using miniature pressure transducers. The straingauges are used to obtain the strains at some specific points on the plate. A high speed data acqusition system is used to obtain the data.The equations of motion of the sandwich plates with viscoelastic core are obtained using Hamilton?s principle. The shear and large deflection effects are considered. The viscoelasticity is modeled using a linear viscoelastic theory. The solution functions are choosen and the equations of motion are reduced in the equations in time domain using Galerkin method. The coupled equations in time domain are solved using Mathematica software. The viscoelastic dynamic behaviour of sandwich plates is also investigated by using ANSYS finite element software.The theoretical and experimental results are compared. The differences are discussed. The effects of material and geometry on the dynamic behaviour are investigated. The effects of layers on the dynamic behaviour are also investigated.The vibration characteristics, peak points, vibration frequencies are found to be in an agreement. The discrepancies on the frequencies are because of the vibration with high amplitude at the beginning and damping after the pressure is unloaded. The membran and bending effects are dominant in the high amplitude vibration region, however bending effects are dominant in the low amplitude vibration region.