Hatalı tabaka bulunduran kompozit kirişin titreşim ve eğilme davranışlarının analitik ve sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the vibration and bending behavior of a composite beam with defective layers using analytical and finite element method
Yazar: YUNUS EMRE BOZAT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÇATAR
Bayburt Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kompozit malzemeler havacılık, uzay, ulaşım, inşaat, elektronik ve gıda endüstrileri gibi mühendislik uygulamalarında hafif olmaları, yüksek dayanım ve şekil tutma, yapısal ve darbe dayanımı, yüksek eğilme sertliği, mukavemet ve enerji emilimi gibi özellikleri nedeniyle kullanılmaktadır. Son yıllarda özellikle havacılık sektörünün ihtiyaç duyduğu düşük ağırlıklı, yüksek mukavemetli kompozit malzemelerin kullanımı oldukça yaygınlaşmıştır. Özellikle tabakalı kompozit malzemeler bu alanda önemli bir yere sahiptir. Oldukça sık kullanılmaya başlanan kompozit malzemelerde en önemli problemlerden biri teorik olarak hesaplanan değerlerin deneysel sonuçlarla uyuşmamasıdır. Bunun başlıca sebeplerinden biri de üretim aşamasında teorik olarak hesaba katılmayan bazı hatalı üretimlerin; kompozit parçanın mekanik özelliklerini etkilemesidir. Yapılan çalışmada üretimden kaynaklanan bazı hataları temsil etmesi açısından diğer tabakalara göre mekanik özellikleri %30 daha az olan kompozit bir tabaka oluşturulmuş ve bu tabaka hatalı tabaka olarak ifade edilmiştir.  On tabakadan oluştuğu düşünülen kompozit kirişte hatalı kompozit tabakanın kiriş üzerindeki konumu değiştirilerek titreşim ve eğilme davranışları analitik ve sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Tabaka dizilimleri olarak literatürde sık kullanılan simetrik ve asimetrik dizilimler kullanılmıştır. Kompozit kiriş için malzeme olarak grafit/epoksi ve boron/epoksi seçilmiş, her iki malzeme türü için bütün çözümler verilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda analitik çözüm ve sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen sonuçlar birbirine oldukça yakın elde edilmiştir. Hem grafit/epoksi hem de boron/epoksi için kompozit kirişe hatalı tabaka eklendiğinde beklendiği üzere maksimum çökme değeri artarken doğal frekans değeri ise azalmıştır. Simetrik ve asimetrik dizilimler de kompozit kirişte hatalı tabakanın bulunduğu konumun eğilme ve titreşim davranışlarında önemli ölçüde etkili olduğu belirlenmiştir ve bununla ilgili sonuçlar detaylı bir şekilde verilmiştir.

Abstract:
Composite materials are used in engineering applications such as aerospace, space, transportation, construction, electronics and food industries due to their light weight, high strength and shape retention, structural and impact resistance, high flexural stiffness, strength and energy absorption. In recent years, the use of low-weight, high-strength composite materials required by the aviation industry has become quite widespread. Especially layered composite materials have an important place in this field. One of the most important problems in composite materials, which have started to be used quite frequently, is that the theoretically calculated values do not match the experimental results. One of the main reasons for this is that some faulty productions that are not taken into account theoretically during the production phase affect the mechanical properties of the composite part. In this study, a composite layer with 30% lower mechanical properties than the other layers was created to represent some defects caused by production and this layer was referred to as the defective layer.  The vibration and bending behaviors of the composite beam, which is considered to consist of ten layers, were investigated analytically and by finite element method by changing the position of the defective composite layer on the beam. Symmetric and asymmetric layups, which are commonly used in the literature, were used as layer layups. Graphite/epoxy and boron/epoxy were selected as materials for the composite beam and all solutions were given for both material types. As a result of the study, the results obtained by analytical solution and finite element method are very close to each other. For both graphite/epoxy and boron/epoxy, the maximum collapse value increased and the natural frequency value decreased as expected when the defective layer was added to the composite beam. It has been determined that the location of the defective layer in the composite beam has a significant effect on the bending and vibration behavior in both symmetric and asymmetric configurations, and the results are given in detail.