Kompozit plakalarda hafifletme deliği etrafındaki güçlendirmenin, çekme ve kayma yükü altında incelenmesi
Investigation of rei̇nforcement around the li̇ghteni̇ng hole i̇n composi̇te plates under tensi̇on and shear loads
Yazar: ARİF EMRE ÖRÜN
Danışman: DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Havacılık yapılarında kullanılan metal ya da kompozit parçalarda çeşitli sebeplerden ötürü hafifletme delikleri açılmaktadır. Açılan bu delikler, yapının mukavemetini düşürdüğünden gerilmenin en kritik olduğu delik etrafına güçlendirme tasarımı yapılması gerekmektedir. Delikli kompozit levhalarda zayıflayan yapının güçlendirilmesi için farklı yöntemler uygulanabilmektedir. Bu çalışmada, delik etrafındaki dört güçlendirme modelinin (yüzük, papatya, kare ve elips) yalın çekme, yalın kayma ve birleşik (hem çekme hem de kayma yükleri) yükler altında Tsai-Wu bozulma modu kriterine göre karşılaştırması sunulmaktadır. Sonlu elemanlar analizi yöntemi ile yapılan bu karşılaştırma öncesinde 12 adet çekme ve 6 adet kayma kumaş tipi karbon epoksi prepreg test numunesi ile çekme testleri yapılmıştır. Kayma testi numunelerinin testleri sırasında, dijital görüntü korelasyonu (DIC) yöntemi kullanılarak gerinim dağılımı elde edilmiştir. Hem çekme testinden elde edilen uygulanan kuvvet-deformasyon eğrisi hem de DIC tekniği ile elde edilen gerinim dağılımı ile sonlu elemanlar doğrulaması yapılmıştır. Oluşturulan hafifletme deliği hacminin %38'ine sahip dört farklı güçlendirme modelinin, güçlendirmesiz yapıya kıyasla çekme ve kayma yükleri altında en az %30 oranında mukavemet artışı sağladığı görülmüştür. Birleşik yükler altında çekme/kayma yükü oranına göre güçlendirme tiplerinde farklı oranlarda iyileştirmeler sağlanmaktadır.

Abstract:
Lightening holes are made in metal or composite parts used in aviation structures for various reasons. Since these holes reduce the strength of the structure, it is necessary to design a reinforcement around the hole where the stress is most critical. Different methods can be applied to strengthen the weakened structure in perforated composite plates. In this study, a comparison of the four reinforcement models around the hole (ring, daisy, square and ellipse) under pure tension, pure shear and combined loadings (both tensile and shear loads) is presented according to the Tsai-Wu failure criteria. Before this comparison, which was carried out with the finite element analysis method, tensile tests were performed with 12 tensile and 6 shear woven carbon epoxy prepreg test specimens. During the tests of shear test specimens, the strain distribution was obtained using the digital image correlation (DIC) method. Finite element verification was performed with both the applied force-deformation curve obtained from the tensile test and the strain distribution obtained by the DIC technique. It has been observed that four different reinforcement models, which have 38% volume of the created lightening hole, provide at least by 30% strength improvement to the unreinforced structure under tensile and shear loadings. Under combined loadings, according to the tensile/shear load ratio, the reinforcement types provide improvements at different rates.