Sürekli fiber takviyeli kauçuk silindirlerin bası yükü altındaki mekanik davranışlarının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation of mechanical behaviour of continious fiber reinforced cylindirical rubbers under compression by experimental and finite element method
Yazar: TAHA İBRAHİM BALKI
Danışman: PROF. DR. BAHATTİN KANBER
Samsun Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Deneysel yöntemler = Experimental methods ; Fiber =   ; Kauçuk = Rubber ; Mekanik davranış = Mechanical behavior ; Silindirik yapılar = Cylindrical structures ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Kauçuk malzemeler eşsiz mekanik davranış sergilemelerine rağmen, düşük mukavemete sahip olmalarından dolayı endüstride genellikle fiber takviyeler ile birlikte kullanılmaktadır. Bu çalışma, çevresel olarak sürekli fiber takviyeli kauçuk silindirlerin, bası yükü altındaki mekanik davranışlarını ve fiberlerin bu davranışlara etkisini, sonlu elemanlar yöntemi ile araştırmayı ve deneysel doğrulamasını hedeflemiştir. Bu çalışmada; 5 adet yatay doğrultuda ve 45 adet helisel şekilde sarılarak takviye edilen silindirik kauçuklar eksenel doğrultuda bası yönünde yüzde yirmi beşlik gerilmeyle yüksek deformasyona maruz bırakılmıştır. Yatay doğrultuda takviye edilen kauçukların sonlu elemanlar analizi deneysel yöntem ile karşılaştırılıp doğrulanmıştır. Kauçuk malzemelerin sonlu elemanlar analizinde gerekli olan hiperelastik malzeme modelinin belirlenebilmesi için tek eksenli çekme ve kayma testleri yapılmıştır. Test sonuçlarından elde edilen gerilme-şekil değiştirme verilerine göre belirlenen 3. dereceden Yeoh malzeme modelinin parametreleri, deneylerde kullanılan kauçuk için oldukça yakın sonuçlar vermiştir. ANSYS ortamında helis yapıda takviye edilen ve "reinforcement" olarak modellenen fiberlerin; helis adım uzunluğu, elastisite modülü ve çaplarının bası yükü altındaki kauçuk silindire etkileri karşılaştırılmıştır. Fiberlerin takviye edilme şekli ve yapısı ile bası yükü altındaki kauçuk numunenin davranışının kontrol edilebileceği sonlu elemanlar yöntemi ile tespit edilmiştir.

Abstract:
Despite having unique mechanical properties, rubbers are often used in industry in combination with fibre reinforcements due to their low strength. This study aimed to investigate the mechanical behaviour of circumferentially continuous fiber reinforced rubber cylinders under compression load, to determine the effect of fibers on these behaviors by using the finite element method and to verify the finite element results by experiments. In this study, 5 rubber cylinders reinforced by wrapping in horizontal direction and 48 rubber cylinders helically with fibers have different features and were subjected to large deformation with twenty-five percent axial strain and analyzed in the ANSYS Workbench. ANSYS results of rubber specimens reinforced horizontally were verified by experiments. Uniaxial tensile and shear tests were performed to determine the hyperelastic material model required for finite element analysis of rubber materials. The parameters of the 3rd order Yeoh material model determined according to the stress-strain data obtained from the test results gave very close results for the rubber used in the experiments. After experimental verification, helical reinforced rubbers were modeled in ANSYS environment and the effects of helix pitch length, fiber material and fibre diameters on the rubber behaviour were investigated. It was concluded that behaviour of rubber specimens under compression can be controlled using appropriate fibers with finite element analysis.