Değişken parametrelere sahip delikli katmanlı kompozit plakaların kritik burkulma yüklerinin sonlu elemanlar yöntemiyle parametrik tasarımı ve yapay sinir ağları ile modellenmesi
Parametric design of critical buckling loads of perforated layered composite plates with variable parameters using the finite element method and modelling with artifical neural networks
Yazar: ALİ ZOP
Danışman: PROF. DR. MURAT TOLGA ÖZKAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Burkulma (fen) = Buckling ; Kompozit plaklar =   ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
Kompozit plakalar, genellikle özel uygulamalar için belirli mukavemet ve dayanıklılık gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlandıklarından, bazı durumlarda içi delikli bir yapıda üretilirler. Kompozit plakaların delikli bir yapıya sahip olmaları, ağırlık azaltma, estetik ve işlevsellik, maliyet tasarrufu, özelleştirilmiş tasarım, yapısal performans gibi bazı nedenler için tercih edilir. Bu tasarımların dezavantajları da vardır. Bu nedenle dikkatle planlamalı ve mühendislik yöntemleri ile yönetilmelidir. Bu çalışma, mühendislik açısından önemli olan bu problemi ele alarak kompozit malzemelerin burkulma davranışını parametrik olarak araştırmaktadır. Araştırmada, İçerisinde delik bulunan 4 katmanlı bir kompozit plakada oluşan kritik burkulma davranışının parametrik tasarımını sonlu elemanlar yöntemi(SEY) ile ANSYS sonlu elemanlar yazılımının ACP(Pre) modülünde ve MATLAB yazılımında yapay sinir ağları kullanarak modellenmiş ve incelenmiştir. Plaka boyutları, delik çapı y koordinat düzlemine göre (Rb), x koordinat düzlemine göre (Ra), delik konumu koordinat düzlemine göre (x1) ve (y1), delik açısı x koordinat düzlemine göre (θ), plaka boyu (L), plaka genişliği (W), plaka kalınlığı (t) biçiminde boyutlandırılmıştır. Plakanın oluşturduğu her bir katman için [0/30/0/-30], [0/45/0/-45], [0/60/0/-60] ve [0/90/0/-90] yönelim açıları dikkate alınmıştır. Bu boyutsal değerler için (W/L), (Ra/Rb), (x1/L) ve (y1/W) oranları kullanılarak içerisinde 5 farklı konumda dairesel ve elips delik oluşacak şekilde dikdörtgen plaka için parametrik deney seti oluşturulmuştur. Bu deney setleri ile ANSYS yazılımında parametrik model oluşturulmuştur. Delikli kompozit plakaların burkulma davranışı, çeşitli tasarım parametreleri ile ilişkilendirilmiş ve yapay sinir ağları kullanılarak bu ilişkilerin sayısal modeli geliştirilmiştir. Elde edilen model, delikli kompozit plakaların burkulma davranışını tahmin etmek için kullanılabilecek önemli bir araç olarak sunulmuştur. Bu çalışma, kompozit malzemelerin mühendislik uygulamalarında tasarım ve analiz süreçlerine önemli ölçüde katkı sağlayabilir.

Abstract:
Composite panels are often designed with a openings structure to meet specific strength and durability requirements for special applications. The perforated structure of composite panels is preferred in some cases for reasons such as weight reduction, aesthetics, functionality, cost savings, customized design, and structural performance. However, these designs also have disadvantages and must be carefully planned and managed using engineering methods. This study addresses this significant engineering problem by parametrically investigating the buckling behavior of composite materials. In the research, the buckling behavior for the flange condition of a 4-layer composite panel with openings is parametrically designed using the Finite Element Method (FEM) in the ANSYS finite element software's ACP (Pre) module and MATLAB software, incorporating artificial neural networks. The plate dimensions are sized as plate length (L), plate width (W), plate thickness (t), opening diameter relative to the y-coordinate plane (Rb), opening diameter relative to the x-coordinate plane (Ra), opening position relative to the coordinate plane (x1) and (y1), and opening angle relative to the x-coordinate plane (θ). Orientation angles of [0/30/0/-30], [0/45/0/-45], [0/60/0/-60], and [0/90/0/-90] are considered for each layer of the plate. For these dimensional values, a parametric experimental set is created for a rectangular plate with circular and elliptical openings at five different positions using the ratios (W/L), (Ra/Rb), (x1/L), and (y1/W). Parametric models are then created using the ANSYS software with this experimental set. The buckling behavior of openings composite panels is associated with various design parameters, and a numerical model of these relationships is developed using artificial neural networks. The resulting model is presented as a valuable tool that can be used to predict the buckling behavior of openings. composite panels. This study can significantly contribute to the design and analysis processes in engineering applications of composite materials.