Metal katmanlar içeren hibrit katmanlı kompozit plakların anlık basınç yükü altındaki dinamik cevabının incelenmesi
Dynamic response analyses of laminated composite hybrid plate including metal layers under blast load
Yazar: AKIN ÖMERCİKOĞLU
Danışman: PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Malzeme özellikleri = Material properties

Özet:
Bu çalışmada, farklı açıklık oranlarına sahip metal katmanlar içeren hibrit katmanlı kompozit plakların anlık basınç yükü etkisi altındaki dinamik davranışları incelenmiştir. Çalışma kapsamında, kompozit malzemelerin çeşitleri ve üretim yöntemleri araştırılmış, deneyler gerçekleştirilmiş ve ANSYS 11 sonlu elemanlar yazılımı ile analizler yapılmıştır. Deneysel çalışma olarak, cam/epoksi (CE), aramid epoksi (AE), karbon/epoksi (KE), saf epoksi (E) ve pirinç (P) malzemelerinin çekme testleri sonucunda malzeme özellikleri elde edilmiştir. Daha sonra, kompozit plak P/KE/KE/KE/AE/AE/AE/CE/CE/CE katmanlamasıyla imal edilmiştir. Elde edilen malzeme özelliklerini sonlu elemanlar analizleri ile doğrulamak ve güncellemek için, üretilen plaklardan biri hem statik olarak hem de modal olarak test edilmiştir. Daha sonra, anlık basınç yükü deneyleri, özel olarak tasarlanmış bir platform üzerinde gerçekleştirilmiştir. Anlık basınç yükü, şok tüpü içersinde bulunan basınçlı havanın, tüpün ağzında yer alan metal membranı yırtıp hibrit katmanlı plak yüzeyine çarpmasıyla elde edilmiştir. Deneyler sırasında plak yüzeyinden hem basınç hem de gerinim verileri ölçülmüştür. Ölçülen basınç verileri kullanılarak anlık basınç yükleri için uygun matematiksel modeller oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modeller, sonlu elemanlar analizlerinde kullanılmıştır. Sonlu elemanlar analizleri için ANSYS kütüphanesinde yer alan 8 düğüm noktalı, her düğüm noktasında 6 serbestlik derecesine sahip Shell 91 elemanı tercih edilmiştir. Sonuç olarak elde edilen deneysel ve sayısal sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılmış, titreşim frekansları ve tepe gerinim değerleri için benzer sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the dynamic behaviors of laminated composite hybrid plates, which are also including metal layers, with different aspect ratios are examined under blast load. Firstly, composite materials and their manufacturing processes are examined. Then, experimental study and finite element analyses (FEA) are performed. For the experimental study, material properties of glass/epoxy (CE), aramid/epoxy (AE), carbon/epoxy (KE), pure epoxy (E) and brass (P) are obtained by tensile tests. Then, laminated composite hybrid plates are manufactured with the following lamination: P/CE/CE/CE/AE/AE/AE/GE/GE/GE. Static and modal tests of the laminated composite hybrid plate are performed in order to confirm and update the material properties by FEA. After that, blast load tests are performed on a special experimental setup. The blast load is simulated by air pressure which acts on to the laminated composite hybrid plate by the rupture of a membrane, which stands in front of a shock tube. During the blast load tests, both strains and pressures are measured from the surface of the plate. According to the measured pressures, appropriate mathematical models for the blast loads are constituted. The mathematical models for the blast loads are used in the FEA. For the FEA, ANSYS v11?s Shell 91 element, which has 8 nodes and 6 degrees of freedom at each node, is preferred. In conclusion, comparing the experimental results with the FEA results gives a good agreement in terms of vibration frequencies and peak strain values.