Kısa elyaf takviyeli kompozit plaklarda titreşim analizi
Vibration analysis of short fiber reinforced composite plates
Yazar: SAİT ÖZMEN ERUSLU
Danışman: DOÇ. DR. METİN AYDOĞDU
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kompozit levhalar = Composite plates ; Mori-Tanaka modeli = Mori-Tanaka model ; Ritz Yöntemi = Ritz Method

Özet:
Bu çalışmada; kısa elyaf takviyeli dik katmanlı kompozit kare plakların serbest titreşim analizi yapılmıştır. Kompozit malzemedeki kısa elyaflar boyut oranına bağlı olarak sürekli elyafa kadar değişim gösteren küresel inklüzyon olarak ele alınmışlardır. Mori-Tanaka ortalama alan teorisi kullanılarak inklüzyon oranları ve boyut oranlarına bağlı olarak efektif elastik sabitler bulunmuştur. Efektif elastik sabitler izotropik ve dikine izotropik durum için karışımlar kuralı sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Öncelikle plağın hareket denklemleri elde edilmiş ve bu denklemler Navier tipi ve Ritz yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Ayrıca Ansys paket programı yardımıyla plağın titreşim sonuçları elde edilmiş bulunan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Dikine izotropik durum için basit destekli ve genel sınır şartlarındaki plağın titreşimleri klasik plak teorisi ve birinci mertebe kayma deformasyon teorisi kullanılarak incelenmiştir. Analizlerde farklı kenar-kalınlık oranları kullanılmıştır. Nümerik hesaplamalar cam elyaf takviyeli epoxy kompozit için verilmiştir. Bulunan sonuçlar literatürdeki değerlerle karşılaştırılmıştır, Huang, 2000 sonuçlarıyla iyi bir uyum gözlenmiştir. Katmanlar arası süreklilik koşulları yerdeğiştirme alanında kullanılan bir şekil fonksiyonu yardımıyla sağlanmıştır.Analiz sonuçları efektif elasik sabitlerin inklüzyon hacim oranlarından ve boyut oranlarından etkilendiğini göstermiştir. Yüksek boyut oranları için kısa elyaf takviyeli kompozit sürekli elyaf yaklaşımı yapmaktadır.

Abstract:
In this work, the free vibration analysis of short fiber reinforced cross ply laminated square plates are performed. The shape of the short fibers are expressed as inclusions that enables the composite reinforcement geometrical configurations ranging from sphere to short and continous fiber. The effective elastic modulus of composite is expressed by using Mori-Tanaka mean field approach for different aspect ratio and volume fractions.The effective elastic modulus are compared with rule of mixture for isotropic and transversly isotropic case. The governing equations are obtained by means of Hamilton?s principle and solved by using Navier type solution, Ritz Method and Ansys finite element program. The transversly isotropic plate vibrations are obtained for simply supported and general boundary conditions by using classical plate theory and first order deformation theory. The analysis is performed for different plate span to thickness ratio. Numerical analyses are is given for glass reinforced epoxy composites. The results are compared with literature and good aggrement is observed with Huang, 2000 solution. The continuity conditions between layers of symmetric laminated plates are satisfied by the use of the shape function incorporated into the theory which also unfies the first order shear deformable beam theories.The analysis results indicate that the fiber content and aspect ratio affect the natural frequency for unidirectionally aligned composites. For larger aspect ratios behavior of short fiber reinforced composites approximates behavior of continous fiber reinforced composites.