M91/IM10 tek yönlü bileşik (kompozit) malzemesinin genetik algoritma yöntemi ile eniyilemesi ve çözümlemesi
Optimization and analysis of M91/IM10 unidirectional composite material with genetic algorithm method
Yazar: İZZET KAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERHAT YILMAZ
Milli Savunma Üniversitesi / Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İHA Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Global optimizasyon yöntemi = Global optimization method ; Lifli kompozitler = Fiber composites ; Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites ; Tasarım optimizasyonu = Design optimization

Özet:
Kompozit malzemeler kullanılarak istenilen mekanik özelliklerin daha hafif malzemelerle sağlanmasının mümkün olduğu anlaşıldığından beri kompozit malzemelerin kullanımı giderek artmaktadır. Uzun zamandır kullanılan kompozit malzemelerin yanında yeni geliştirilen kendini henüz ispatlamamış kompozit malzemeler arasında daha az ağırlıkla daha iyi mekanik özellikleri sağlayan kompozit malzemeler bulunmaktadır. M91/IM10 tek yönlü prepreg malzemesi özellikle havacılık alanı için bu kompozit malzemelerden birisidir. Bu tez kapsamında M91/IM10 kompozit malzemesinin havacılık için önemli bir parametre olan burkulma faktörü açısından katman dizilimi eniyilemesi yapılmıştır. Bulunan sonuçlar değerleri iyi bilinen grafit/epoksi kompozit malzemesi ile karşılaştırılmıştır. Eniyileme tekniği olarak geniş bir çözüm uzayında arama yapabilen tekniklerden birisi olan genetik algoritma metodu kullanılmıştır. Bu eniyileme çalışması ile aynı yükleme şartlarında daha hafif malzeme kullanılarak benzer burkulma dayanımının sağlanması ve aynı ağırlıkta daha yüksek burkulma dayanımı sağlayan katman diziliminin bulunması amaçlanmıştır. Geometri olarak düzlem içi yüklere sahip dört tarafından basit destekli bir plaka kullanılmıştır. Plaka simetrik ve dengelidir. Plaka ile yapılan burkulma çözümlemesinde bulunan en iyi katman dizilimi bir kirişe uygulanarak üç nokta ve dört nokta eğilme testi çözümlemeleri yapılmıştır. Üretim kolaylığı için katmanların elyaf açıları aynı açıların pozitif ve negatif hallerinin art arda gelmesiyle ikişerli olarak oluşturulmuş ve genellikle üretimde kullanılan açılardan seçim yapılmıştır. Belirli yükler altında bulunan dizilimin katmanları arasında oluşan gerilme ve gerinimler hesaplanarak hasar çözümlemesi yapılmıştır. Geliştirilen kod kullanılarak temel mekanik özellikleri bilinen herhangi bir kompozit malzeme için katman sayısı, açı, yük, plaka geometrisi ve yineleme sayısı değerleri girilerek katman dizilimi eniyilemesi ve sonrasında katman diziliminin hasar çözümlemesi yapılabilmektedir.

Abstract:
The use of composite materials has been increasing since it was realized that it is possible to provide the desired mechanical properties with lighter materials. In addition to composite materials that have been used for a long time, there are newly developed and not yet proven composite materials that provide better mechanical properties with less weight. M91/IM10 unidirectional prepreg material is one of these composite materials especially for aerospace. Within the scope of this thesis, stacking sequence optimization of M91/IM10 composite material in terms of buckling factor, which is an important parameter for aerospace. The results are compared with graphite/epoxy composite material whose values are well known. Genetic algorithm method, which is one of the techniques that can search in a large solution space, was used as an optimization technique. With this optimization study, it is aimed to provide similar buckling strength by using lighter material under the same loading conditions and to find the stacking sequence that provides higher buckling strength at the same weight. A simply supported plate on four sides with in-plane loads is used as the geometry. The plate is symmetrical and balanced. The best stacking sequence found in the buckling analysis with the plate was applied to a beam and 3-point and 4-point bending tests were analyzed. For ease of production, the fiber angles of the layers were formed in pairs by successive positive and negative states of the same angles, and the angles generally used in production were selected. Failure analysis was performed by calculating the stresses and strains between the layers of the sequence under certain loads. Using the developed code, for any composite material with known basic mechanical properties, number of layers, angle, load, plate geometry and number of iterations can be entered to optimize the stacking sequence and then perform failure analysis of the stacking sequence.