Kompozit yapıların statik ve dinamik analiz yardımıyla tasarımı
Design of composite structures using static and dynamic analysis
Yazar: ERKİN ALTUNSARAY
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İSMAİL BAYER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: En küçük kareler yöntemi = Least squares method ; Galerkin yöntemi = Galerkin method ; Gemi tasarımı = Ship design ; Kompozit levhalar = Composite plates

Özet:
Malzeme ve üretim teknolojisindeki hızlı gelişmelerle birlikte, yüksek özgül dayanım, yüksek özgül katılık, çevresel etkilere direnç, bileşenlerinin ayarlanarak üretimde istenilen geometrik ve yapısal özelliklerde tasarım seçeneği sunması gibi üstün özellikleri nedeniyle, kompozitler artan bir ivmeyle gemi yapım malzemesi olarak kullanılmaktadır.Kompozitlerin gemi yapım malzemesi olarak kullanımının diğer önemli nedeni, geminin farklı bölgeleri için istenilen mekanik özelliklerin, tabakaların (laminant) geometrisinin önceden belirlenerek elde edilebilmesidir. Destek elemanların farklı kullanımı, oluşacak sınır koşulları gibi çok sayıda parametreye bağlı yapısal tasarımda tabakaların dizilim geometrisi için sonsuz sayıda seçenek bulunmaktadır. Seçilen farklı yapıda plak tipi için testler yapılıp en uygun yapının araştırılması, üretim aşamasında zaman, emek ve maliyet kayıplarını getirmektedir.Bu çalışmada düzgün yayılı yanal yük etkisindeki simetrik katmanlı dikdörtgen ince kompozit plakların statik eğilme ve serbest titreşim problemleri ankastre mesnet ve basit mesnet sınır koşulları için incelenmiştir. Farklı tabaka açısı dizilimi ve kenar oranına sahip simetrik katmanlı kompozit plakların maksimum çökme değeri ve doğal frekans değeri, Klasik Laminasyon Teorisi'nin (KLT) yönetici diferansiyel denklemlerine göre, Ağırlıklı Artıklar Yöntemleri'nden; Galerkin ve En Küçük Kareler Yöntemleri'yle MATLAB yazılmında hazırlanan programla parametrik olarak hesaplanmıştır. Bulunan sonuçlar, Sonlu Elemanlar Yöntemi'yle (SEY) çözümleme yapan ANSYS paket yazılımı sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Güçlü bir Ağırlıklı Artıklar Yöntemi olarak bilinen Galerkin Yöntemi'nin SEY (ANSYS) ile yakın sonuçları çok daha hızlı biçimde verdiği belirlenmiştir. Tabaka açısının değişimiyle maksimum çökme ve doğal frekans değerlerinin kenar oranlarına da bağlı olarak değiştiği görülmüştür. Plak kısa kenarının farklı eksende seçilmesi durumunda aynı tabaka açısı dizilimindeki plağın farklı sonuçlar verdiği görülmüştür. Bu çalışmadaki gibi Galerkin Yöntemi kullanımıyla gerçekleştirilecek parametrik analizlerin kompozit gemilerin tasarımına uygulanabileceği öngörülmüştür.

Abstract:
With the rapid developments in material and production technology, composites are increasingly used in shipbuilding industry due to their outstanding features such as high specific strength, high specific rigidity, resistance to environmental effects and offering design alternatives for the desired geometrical and structural properties during manufacturing by adjusting the components.Another important reason for the use of composites as a shipbuilding material is that the desired mechanical properties for different regions of a ship may be obtained by predetermining the geometry of laminates. There are nearly infinite number of possibilities for the geometrical arrangement of laminates depending on a number of parametres like the diffferent configuration of supporting members and the resulting boundary conditions. Investigation of the best design among different type of plates by testing some selected alternatives will result in losses of time and labour, but in an increase in cost at the production stage.The problems of statical bending and free vibrations of symmetrically laminated thin rectangular composite plates, which are uniformly lateral loaded, for the boundary conditions of clamped edge and simply supported edge are examined in this study. Maximum deflection and natural frequency of symmetrically laminated composite plates consisting of different type of orientation angle and aspect ratio are investigated parametrically by the methods of Galerkin and the Least Squares, which are two well-known weighted residual methods, with the aid of MATLAB software used for developing a computer code. The results are compared with those obtained by Finite Element Method (FEM) software package ANSYS. It is observed that the Galerkin Method yields reasonable results much more rapidly than FEM. It is also observed that the values of maximum deflection and natural frequency vary with the change of laminate orieantation angle, depending on the aspect ratio, too. In the case of choosing the short edge of the plate at the different axis, the results are different from each other even for the same lamination angle. It is proposed that parametrical analyses carried out by the use of Galerkin Method as in this study may be applied to the preliminary design of composite ships.