Kompozit Sandviç Gemi Plaklarının Tasarımı

Abstract

Gemi yapılarının bölgesel yapısal analizi çerçevesinden bakıldığında, gemi panelleri çeşitli yapısal takfiyeler ve bu yapısal takfiyeler tarafından desteklenen plaklardan meydana gelir. Dolayısıyla plakların analizi gemi yapı tasarımlarında önemli yer tutar. Gemi yapısal analizlerinde, plaklar genellikle yüzeye dik doğrultuda ve düzgün dağılmış basınç altında çalışan serbest mesnetli elemanlar olarak değerlendirilirler. Diğer yandan gemi formlarının çoğunlukla eğrisel geometrik yapıları nedeniyle plaklar nadir durumlarda düzgün bir dikdörtgen geometriye sahiptirler. Şekilleri ekseriyetle yamuğa yakındır. Bunun ötesinde plaklar, çoğu durumlarda, konveks yük tarafında olacak şekilde, belli bir bükümede sahiptirler. Teorik olarak düzgün bir dikdörtgen yapıya sahip olmayan ve/veya belli bir bükümü olan kompozit sandviç plakların analizi kapalı analitik yöntemlerle çok sınırlı durumlar haricinde yapılamaz. Bu noktada nümerik yaklaşım yöntemleri tercih edilir. Sonlu elemanlar analiz yöntemi bu tip problemlerin çözümünde en sık başvurulan yöntemdir. Ancak ihtiyaçlar göz önüne alındığında ticari sonlu elemanlar analiz yazılımları hem pahalı hemde kullanım açısından gemi panel çözümleri için zaman alıcı olabilirler. Bu çalışmanın amacı, Klasik Çok Katmanlı Plak Teorisi türevli kapalı çözüm metodlarının da belirli ölçüde dikdörtgen geometriden sapan veya belirli ölçüde bükümlü sandviç plakların analizinde kullanım alanı bulabileceğini göstermektir. Ancak bu yöntemle üretilen sonuçların hata içereceği unutulmamalıdır. Bu çalışma çerçevesinde geometrik sapma ile ilgili, düzgün dağılmış ve yüzeye dik etkiyen basınç altında çalışan serbest mesnetli kompozit sandviç plaklar için, yöntemin büyük hatalar üretmeye başladığı limit değerleri belirlenmiştir.

From the local strength analysis perspective in ship structures, ship panels consist of plates supported by beams, webs, bulkheads and other supporting structures. Therefore, structural analysis of plates constitutes a significant importance in ship panel analysis. In ship structural analysis, plates are usually assumed to be simply supported and loads are usually defined as out of plane pressures distributed evenly on the surface in question. On the other hand, because of the generally complex geometry of the hull shape of a ship, plates within panels are rarely perfect rectangles. However, in most cases, these plates are trapezoids. Moreover, in many cases, plates are also curved where the convexity is towards the force direction. Theoretically, structural analysis of non-rectangular and/ or curved composite sandwich plates cannot be carried out with closed form analytical methods in most of the circumstances. Nevertheless, numerical approximation methods can always be employed. FEA is the most commonly used method for the structural analysis of such problems. However, depending on the actual requirement, commercially available FEA tools can sometimes be expensive and utilizing them may be time consuming for the purpose of local strength analysis of shipborne panels. The purpose of this study is to demonstrate that Classical Laminated Plate Theory (CLPT) based closed form methods can also be considered as a viable alternative for the analysis of sandwich plates having geometries deviating, to a certain extent, from a perfect rectangular or a flat shape. Obviously, the solution is expected to include errors; thus, it can only be an approximation. Within the context of this study the limits of this deviation, above which closed form methods start producing irrelevant results for simply supported plates of composite sandwich construction operating under evenly distributed out of plane pressures, will be demonstrated.