Lamine kompozit ve sandviç plakaların şekil ve gerilme algılaması için yeni bir  dört-düğüm noktalı ters-plaka elemanı
A novel four-node inverse-plate element for shape and stress sensing of laminated composite and sandwich plates
Yazar: Kefal, Adnan
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 35 No. 4, 2019
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Yapısal Sağlık İzleme,Ters Sonlu Elemanlar Yöntemi (iFEM),Rafine Zikzak Teorisi (RZT),Kompozit ve Sandviç Yapılar,Şekil ve Gerilme Algılaması ; Structural Health Monitoring,Inverse Finite Element Method (iFEM),Refined Zigzag Theory (RZT),Composite and Sandwich Structures,Shape and Stress Sensing

Kompozitmalzemeler, çeşitli mühendislik yapılarının birincil yük taşıyıcıbileşenlerinin imalat sürecinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, kompozitlerinyapısal bütünlüğünün, yapının hizmet ömrü boyunca meydana gelen hasarlardandolayı azalması muhtemeldir. Duruma dayalı bakım programlaması için kompozityapılara gerçek zamanlı şekil ve gerilme algılaması gerçekleştirebilen biryapısal sağlık izleme sistemi entegre edilebilir. Bu çalışmada, Rafine ZikzakTeorisinin (RZT) temel olarak kullanıldığı ters sonlu elemanlar yöntemine(iFEM) dayanan yeni bir dört düğümlü ters plaka elemanı önerilmiştir. BuradakiiFEM-RZT formülasyonu, membran, eğilme, enine kayma ve zikzak kesitgerinimlerini içeren RZT'nin bütün gerinim ölçüleri kümesini kullanan ağırlıklıen küçük kareler fonksiyonunu en aza indirgemektedir. Mevcut elemanın temelfaydası, herhangi bir yükleme bilgisi gerektirmemesi ve şekil algılaması içinyalnızca yerleşik sensörlerden alınan gerinim ölçer ölçümlerini kullanmasıdır.Diğer bir avantajı, aynı zamanda genel bir lamine kompozit ve sandviç yapısınıfının tam alan ve üç boyutlu yer değiştirmelerini ve gerilmelerini tahmin etmekiçinde uygulanabilir olmasıdır. Mevcut elemanın potansiyel yeteneklerinigöstermek için, farklı laminasyon tiplerine sahip olan bir lamine kompozitplaka üzerinde çeşitli vaka çalışmaları yapılmıştır. İFEM-RZT sonuçları ve sonderece hassas sonlu elemanlar çözümleri arasındaki karşılaştırmaya göre, mevcutyaklaşımın üstün doğruluğu ortaya konmuştur.

Compositematerials are widely utilized in manufacturing process of primary load bearingcomponents of various engineering structures. However, the structural integrityof composites are likely to diminish due to damage accumulation over theservice life of the structure. A structural health monitoring (SHM) system thatcan perform real-time shape and stress sensing can be integrated to compositestructures for condition-based maintenance scheduling. In this study, a newfour-node inverse-plate element, is proposed based on the inverse finiteelement method (iFEM) in which the Refined Zigzag Theory (RZT) is used as a basis.Herein the iFEM-RZT formulation minimizes a weighted least-squares functionalthat uses the complete set of strain measures of RZT, that include themembrane, bending, transverse shear and zigzag section strains. The mainbenefit of the present element is that it does not require any loadinginformation and uses only strain gauge measurements taken from the on-boardsensors to perform shape sensing. Another advantage is that it is alsoapplicable to predict full field and three-dimensional displacements andstresses of a general class of laminated composite and sandwich structures. Todemonstrate the potential capabilities of the present element, various casestudies were performed on a laminated composite plate having different types oflaminations. According to the comparison between iFEM-RZT results and highlyaccurate finite element solutions, the superior accuracy of the presentapproach was revealed.