Elyaf takviyeli boğumla kuvvetlendirilmiş kompozit boruların sonlu elemanlar yöntemi ile geometrik optimizasyonu
Geometric optimization of composite pipes with fiber reinforcing nodes with finite element method
Yazar: ÜNSAL GÖRÜCÜ
Danışman: PROF. DR. HOLM ALTENBACH ; PROF. DR. NİHAT AKKUŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Borular = Pipes ; Elyaf = Fibre ; Elyaf sarma yöntemi = Fiber glass winding method ; Güçlendirme = Strengthening ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Kompozitler = Composites

Özet:
Bu tezde kompozit boruların güçlendirme boğumları ile eğilme dayanımlarının geliştirilmesi üzerinde çalışıldı. Kompozit borular yüksek sertlik ve mukavemetleri yanında düşük ağırlıklarından dolayı yapısal parçaların tasarımı için çekicidirler ve dönen miller, robot kolları, diğer spor ve eğlence ürünleri gibi çeşitli mekanik parçalar yapımında kullanılırlar. Ancak kompozit boruların eğilme dayanımları ağır yükler altındayken kesitlerindeki değişmeden dolayı azalır. Nihat Akkuş ve Masanori Kawahara tarafından yapılan daha önceki bir araştırmada farklı helisel açılara ve boğumlar arası mesafeye sahip kompozit borular karbon fiberlerin epoksi reçine içinde emdirilerek elyaf sarma yöntemiyle oluşturulmuş ve test edilmiştir. Bu araştırmada aynı özelliklere sahip kompozit borular Sonlu Elemanlar yöntemi (Abaqus) ile analiz edilmiştir. Test edilen boruların geometrileri 21 (çap) x 0,6 (kalınlık) x 1000 (uzunluk) (mm)'dir. Güçlendirilmiş numuneler 20, 30, ve 45° sarma açılarına ve 60, 90, 180 mm boğumlar arası mesafeye sahiptir. Borunun eğilme davranışlarını incelemek üzere dört-nokta eğme testleri yapılmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçları deneylerle karşılastırılmış ve kullanılan modelin verimliliği görülmüştür. Sonuçlar güçlendirme boğumlarının ovalizasyonu azaltmada ve borunun eğilme dayanımını artırmada belirgin bir etkisi olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this thesis it has been worked on the improvement of the bending strength of composite pipes by reinforcing nodes. Composite pipes are attractive to the design of structural parts owing to their high stiffness and strength with less weight and are applied to various mechanical parts such as rotating shafts, robot arms and other sports and leisure goods. However, the bending strength of composite pipes are often reduced under heavy bending load owing to the change in sectional shape. In a previous study by Nihat Akkuş and Masanori Kawahara composite pipes have been fabricated by filament winding of carbon fibers impregnated with epoxy resin in different fiber angles and reinforcing spacings and have been tested. In this study same composite pipes have been analyzed by Finite Element Method (Abaqus). Geometry of tested pipes were 21 (diameter) x 0.6 (thickness) x 1000 (lenght) (mm). Reinforced specimens have winding angles of 20, 30, and 45° with reinforcement spacings of 60, 90, 180 mm. Four-point bending tests were conducted to examine the bending behaviors of the pipes. The results of the simulations are compared to the experiments and the discussion directed to the effectiveness of the model. Results revealed a distinct effect of the reinforcing nodes to reduce the sectional ovalization and increase bending strength of the pipe.