Dalgalı bal peteklerin basma, eğme ve çarpma durumlarındaki mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of mechanical behaviors of wavy honeycombs in compression, bending and impact
Yazar: ALPARSLAN SOLAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BERNA BOLAT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bal = Honey ; Mekanik davranış = Mechanical behavior ; Petek = Honeycomb ; Python = Python ; Sandviç = Sandwich ; Sinüs dalgası = Sine wave

Özet:
Bal petekleri dayanım/ağırlık oranının önemli olduğu mühendislik sistemlerinin vazgeçilmez unsurlarıdır. Bal petekleri rüzgar türbin kanatlarında, yelkenli gemiler ile kara-hava araçlarında yaygın olarak kullanılırlar. Bu çalışmanın temel amacı dalgalı bal peteklerin üstün mekanik özelliklerini ortaya koymaktır. Sıkıştırma, eğilme ve çarpma simülasyonları için modellerin doğrulanmasında literatürdeki deneysel test sonuçları ve teorik yaklaşımlar esas alınmıştır.

Bal peteklerin ilk tepe kırma kuvveti (IPCF) ve enerji absorbe etme (EA) değerleri karar ağacı algoritması ile tahmin edilmiştir. Literatürdeki deneysel sonuçlar kullanılarak altıgen peteklerin sonlu eleman modelleri Ls-Dyna'da doğrulanmıştır. Veri setindeki tasarım parametreleri (girdiler) ve performans değerleri (çıktılar), Python kullanılarak karar ağacı algoritmasını eğitmek ve doğrulamak için kullanıldı. Ls-Dyna ve algoritma sonuçları arasında %0.17 ile %14.65 arasında değişen oranlarda fark vardır.

Dalga parametrelerinin sandviç yapının eğilme davranışı üzerindeki etkisi Ls-Dyna'da incelendi. Deney ve Ls-Dyna'daki tepe kuvveti arasında %3.05 fark vardır. Kuvvet-deformasyon grafikleri uyumludur. Ayrıca teorik yaklaşımlar kullanılarak eğilme sırasındaki en yüksek dayanım ve yapıdaki sehim belirlenmiştir. Peteğin düz hücre duvarları sinüs dalgası şeklinde modellendi. IPCF ve SEA değerleri %7 ile %110 arasında artmıştır.

Dikey hücum kenarında kuş çarpmasına karşı mekanik dayanımı artırmak için sinüs dalga formuna sahip bir bal peteği önerilmiştir. Sonlu eleman modelinin doğrulanması için, kuş modeli kare bir plakaya çarptığında çap, hız, basınç ve parçacıkların saçılmasındaki değişim deneysel verilerle karşılaştırıldı. İkinci aşamada kompozit sandviç malzemeden yapılmış dikey kanat üzerine çarpma yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre deformasyonda %9.79, kaburgaların yaklaşımında %28.58 ve reaksiyon kuvvetleri toplamında %5.02'ye varan iyileşmeler görüldü.

Abstract:
Honeycombs are indispensable structures of engineering systems where the strength/weight ratio is essential. They are widely used in wind turbine blades, sailing ships, and land-air vehicles. The primary purpose of this study is to reveal the superior mechanical properties of wavy honeycombs. Experimental test results in the literature and theoretical approaches were used to validate the models for compression, bending, and impact simulations.

The decision tree algorithm estimated honeycombs' initial peak-breaking force (IPCF) and energy absorption (EA) values. The experimental results in the literature validated the finite element models of hexagonal honeycombs in Ls-Dyna. The dataset's design parameters (inputs) and performance values (outputs) were used to train and validate the decision tree algorithm using Python. There is a difference of %0.17 to %14.65 between the results of Ls-Dyna and the algorithm.

The effect of wave parameters on the bending behavior of the sandwich structure is investigated in Ls-Dyna. There is a %3.05 difference between the peak strength in the experimental and Ls-Dyna. The force-deformation plots are congruent. In addition, the maximum force and the amount of collapse during bending were determined using theoretical approaches. The flat cell walls of the honeycomb are modeled as sine waves. IPCF and SEA values increased between %7 and %110.

A honeycomb with a sine waveform is proposed to increase impact resistance against bird strike at the vertical leading edge. In order to validate the Ls-Dyna model, particles' diameter, velocity, pressure, and scattering variation were compared with experimental data when the bird model hit a square plate. In the second stage, an impact was made on the vertical wing made of composite sandwich material. According to the analysis results, improvements of %9.79 in deformation, %28.58 in the approach of the ribs, and up to %5.02 in total reaction forces were observed.