Hibrit katmanlı kompozit plakların anlık basınç yükü altındaki dinamik davranışının deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of hybrid laminated composite plate?s dynamic behaviour subjected to blast load
Yazar: ALİ BAŞ
Danışman: PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Kompozit levhalar = Composite plates ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Bu tez çalışmasında, anlık basınç yüküne maruz katmanlı hibrit kompozit plakların dinamik davranışları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmaların gerçekleştirilmesi için bir deney donanımı tasarlanmış ve imal edilmiştir. Deney düzeneğinin tasarlanması için CATIA V5R16 programı kullanılmıştır. Donanım bir yüksek basınç tankından beslenen bir ucu kapalı, diğer ucu bir membran ile kapatılmış bir yüksek basınç tüpü ile test plaklarının bağlanacağı mesnetler ve bunların monte edildiği bir çerçeve sistemden oluşmaktadır. Deneysel çalışmalarda, basınç tüpü içerisinde elde edilen basınçlandırılmış hava, tüpün açık ucuna yerleştirilmiş membranın artan iç basıncın etkisiyle patlaması sonucu anlık basınç yükü tüpün karşısında ankastre olarak mesnetlenmiş kompozit plağa etki ettirilmiştir. Plağın ön yüzeyinde farklı konumlara yerleştirilen üç adet basınç duyargasıyla basıncın plak üzerinde zamanla nasıl değiştiği belirlenmeye çalışılmıştır. Aynı anda plağın ön ve arka orta noktalarındaki gerinim ölçerler vasıtasıyla da gerinimlerin zamanla değişimleri ölçülmüştür. Ölçümler İTÜ Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Kompozit Yapı Laboratuvarında (KYL) mevcut olan VXI 1629 veri toplama cihazı ile yapılmıştır. Veri toplama yazılımı olarak DAC Express kullanılmıştır. Sayısal analizlerde ANSYS 11.0 sonlu eleman analiz programı kullanılmıştır. Analizler için hibrit plağı oluşturan her bir kompozit malzemenin mekanik özellikleri gereklidir. Bu özellikler KYL'da mevcut olan MTS üniversal test makinesinde gerçekleştirilen çekme deneylerinden elde edilmiştir. Kompozit plaklar ANSYS yazılımının kütüphanesinde bulunan SHELL91 kabuk elemanı ile modellenmiştir. Deneylerde ölçülen basınç değerleri kullanılarak geçici (transient) analiz yapılmıştır. Elde edilen gerinim değerleri deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
This thesis deals with experimental and numerical investigation of hybrid laminated composite plate?s dynamic behavior subjected to blast load. The experiments and numerical analysis are performed for the three plates with different aspect ratios. In the experiments, the blast loads are generated using a shock tube. In this purpose, a test platform is designed by using CATIA software, and then it is manufactured. The test platform consists of a shock tube, a pressurized air tank, supports for composite plates and a frame structure. All the experiments are carried out at Composite Structure Laboratory (CYL) at Faculty of Aeronautics and Astronautics, Istanbul Technical University. The one end of tube is closed and the other end is open. The open end is closed by a thin membrane during the experiments. The membrane ruptures at a certaininternal pressure level and generate air blast load. During the experiment pressures on the plate are measured by using three miniature pressure transducers placed specific locations on the front surface of the plates. In addition, strains on the plate are measured by using strain gauges located at the centroids of the bottom and top surfaces of plate. VXI 1629 instrument is used for pressure and strain measurements and DAC Express software is used for the data acquisition. ANSYS 11.0 software is used in the numerical analysis. Mechanical properties of composite laminated plates are needed to carry out the numerical analysis. Therefore, tensile tests were performed at MTS universal test machine in the CYL to determine mechanical properties of the each composite ply. Then, finite element models of hybrid composite plates are created by using SHELL91 element of ANSYS 11.0 library. Transient analysis of the plates under blast load obtained experimentally is done to obtain strain-time histories. Finally, the experimental and numerical results are compared and it is found a good agreement.