Değişken katılığa sahip katmanlı delikli kompozit plakların düşük hızlı darbe etkisi altında dinamik davranışının modellenmesi, analizi ve optimizasyonu
Design, analysis and optimization of dynamic behavior of variable stiffness laminated composite plate with hole under low velocity impact effect
Yazar: GÖRKEM KARASU
Danışman: PROF. DR. TUNCAY KARAÇAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Düşük hızlı darbe = Low velocity impact ; Kompozit levhalar = Composite plates ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates

Özet:
Güncel mühendislik uygulamalarındaki ürünlerin tasarım süreçlerinde kompozit malzemeler, üstün ve esnek mekanik özelliklerinden dolayı günümüzde sıkça kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle, yüksek mekanik özellik ve hafif tasarım istenilen uçak endüstrisinde kompozit malzemeler birçok yerde kullanılmaktadır. Son yıllarda, kompozit malzemelerin performanslarını arttırabilmek için eğrisel olarak serilen fiberler kullanılarak oluşturulan, değişken katılıklara sahip kompozit malzemeler çalışılmaya başlanmıştır. Değişken katılık sayesinde tasarımcılar, daha iyi mekanik özelliklere sahip ve ağırlık tasarrufu sağlayan kompozit malzemeler ile istenilen gereksinimleri karşılayabilmektedirler. Bu tez çalışmasında, düşük hızlı darbe etkilerinin, değişken katılığa sahip delikli kompozit plakalar üzerinde oluşturduğu dinamik davranış sonlu elemanlar modeli yöntemi ile incelenmiştir. Bu amaçla, elyafların konuma bağlı serim açısı bilgilerinin elde edilebilmesi için Python programlama dili kullanılarak kod geliştirilmiştir. Elde edilen serim bilgileri Ansys ACP modülü yardımı ile sonlu elemanlar modeline aktarılmıştır. Oluşturulmuş olan sonlu elemanlar modellerinin, literatürde var olan çalışmaların sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulamaları yapılmıştır. Plakaların modal karakteristiklerinin daha iyi anlaşılabilmesi için değişik delik çapı değerlerine sahip plakalar ile modal analizler yapılıp, sabit katılığa sahip plakaların modal karakteristikleri ile karşılaştırılmıştır. Daha sonrasında düşük hızlı darbe yükü altındaki değişik delik çaplarına sahip plakaların analiz modelleri oluşturulduktan sonra, iyileştirme çalışmaları yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, düşük hızlı darbe yükü altında, değişken katılığa sahip plakarın orta nokta yer değiştirme değerleri sabit katılıklı kompozitlere göre daha az olduğu görülürken delik çapı büyüdükçe yer değiştirmeninde arttığı görülmüştür.

Abstract:
Composite materials have started to be used frequently in the design processes of products in current engineering applications due to their superior and flexible mechanical properties. Especially, composite materials are used in many places in the aircraft industry, where high mechanical properties and light design are desired. In recent years, variable stiffness composite materials, which are formed using curvilinear fibers, have been studied to increase the performance of composite materials Variable stiffness allows designers to meet the desired requirements with composite materials with better mechanical properties and weight savings. In this thesis, the dynamic behavior of low-velocity impact effects on perforated variable stiffness composite plates has been investigated using the finite element model method. For this purpose, a code has been developed using the Python programming language to obtain the position-dependent laying angle information of the fibers. The resulting layout information was transferred to the finite element model with the help of the Ansys ACP module. The finite element models were validated by comparing them with the results of the studies available in the literature. In order to better understand the modal characteristics of the plates, modal analyses were performed with plates with different hole diameter values and compared with the modal characteristics of plates with constant stiffness. Afterward, analysis models of plates with different hole diameters under low-velocity impact load were created, and improvement studies were carried out. When the results were examined, it was observed that the midpoint displacement values of the plates with variable stiffness were lower than composites with constant stiffness, under low-velocity impact load, while the displacement increased as the hole diameter increased.