Darbe yükü etkisindeki sandviç plağın dinamik davranışının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Sandviç yapılar, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, yüksek enerji sönünmleme ve yüksek eğilme momenti gibi özelliklere sahiptir. Bu avantajları nedeniyle sandviç malzemelerin kullanımı, özellikle havacılık sanayinde yaygın olarak tercih edilmektedir. Hava araçlarının bakımı ve operasyonu sırasında yabancı cisimlerin çarpması sonucu oluşabilecek hasarlar yüksek maddi zararlara ve hatta ölümlere neden olabilirler. Bu yüzden sandviç yapıların darbe yükü altında davranışının incelenmesi önem teşkil eder.Bu çalışmada, yüzeyleri aramid elyaf çekirdek malzemesi balpeteği olan sandviç plakanın düşük hızlı darbe yükü etkisinde oluşan dinamik cevabı sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler ve analizler öncelikle malzeme özellikleri bilinen alüminyum plaka ile gerçekleştirilmiştir. Burada amaç, mekanik özellikleri bilinen izotropik malzeme ile yapılan analizlerin doğrulanmasıdır. Ayrıca elde edilen sonuçlar sandviç yapının sonuçları ile karşılaştırılmıştır.Deneylerde kullanılan sandviç plaka el yatırması tekniği ile üretilmiştir. Bu yöntemde elyaflar düz bir zemine konularak epoksi fırça yardımıyla her katmana aynı miktarda ve homojen olarak sürülmüştür. Plaka üretimi İTÜ-UUBF Kompozit Yapı Laboratuarı'nda yapılmıştır.Plaka tüm kenarlarında metal bir çerçeve ile civatalarla sabitlenmiş ve hareket etmeyecek şekilde düz bir zemin üzerine konulmuştur. Burada kullanılan metal çerçevenin plakaya göre çok daha rijit olmasına dikkat edilmiştir. Böylece darbe sırasında çerçevenin davranışının plakaya etkisi ihmal edilmiştir. Plakanın alt yüzey merkezine üç kanallı gerinim(strain) ölçer rozeti yapıştırılmış ve üst yüzey merkezine belirli yüksekliklerden serbest düşürülen çelik bilyenin çarpması sonucu oluşan birim uzama değerleri yüksek hızlı veri toplama sistemiyle dinamik olarak ölçülmüştür. Bu deney düzeneği ABAQUS yazılımıyla modellenmiş ve analizleri explicit(açık) çözücü kullanılarak Sonlu Elemanlar(SE) Metodu ile gerçekleştirilmiştir. Plaka kabuki elemanlarla modellenmiştir. Serbest düşürülen bilyenin elastik davranışı ihmal edilecek düzeyde olduğundan kaskatı(rigit) modellenmiştir. Elde edilen sonuçlar deney sonuçları ile uyumlu bulunmuştur. Ayrıca analizler farklı çarpma hızlarında gerçekleştirmiş ve bu durumun birim uzama ve yerdeğiştirme üzerindeki etkisi incelenmiştir.Ayrıca yapıya verilecek eğriliğin etkisini incelemek amacı ile aynı malzemeden yapılmış farklı eğrilik yarıçaplarına sahip sandviç kabuk yapılar için aynı analizler tekrarlanmıştır. Böylece aynı yükleme durumu için kabuk ve plakaların dinamik cevapları karşılaştırılmıştır.