Darbe Yükü Etkisindeki Eğri Eksenli Kompozit Kirişin Nonlineer Dinamik Davranışının İncelenmesi

Abstract

Kirişler, mühendislik tasarımları içerisinde en basit ve en sık kullanılan yapı elemanlarıdır. Bu yüzden birçok mühendislik yapısının temel elemanları kirişlerden oluşmaktadır. Kiriş analizleri, insanlık tarihinin başlangıcından itibaren en önemli araştırma konularından biri haline gelmiştir. Kiriş için kısaca eğilmeye çalışan yapı elemanı denilebilir. Diğer bir ifadeyle kirişler; eksenlerine dik doğrultudaki yüklerin etkisi altında eğilmeye çalışırlar. Yani kiriş, üzerine gelen yükü taşıyarak mesnetlere naklederken eğilmeye zorlanır. Bu durumda kirişin orta kısmında, kiriş yüksekliğinin yarısından geçtiği kabul edilen tarafsız eksenin üst kısmı basmaya, alt kısmı ise çekmeye zorlanır. Kirişler düz veya eğri gibi farklı formlarda veya değişken kesitlerde olabilirler. Eğri eksenli kiriş olarak adlandırılan kompozit yapı elemanları, mühendislik alanında önemli bir yere sahiptir ve birçok endüstri alanında kullanılmaktadır. Günümüzde havacılık ve uzay sektöründe, transport tekniği elemanlarında, köprülerde ve birçok makine elemanlarında eğri eksenli kompozit kiriş özelliğine sahip yapılara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden pek çok araştırmacı bu yapılar üzerinde çalışmakta ve en doğru çözüm yöntemini aramaktadır. Çok çeşitli boyutlarda olabilen eğri eksenli kirişlerin bilhassa büyük gerilmelere, darbe yüklerine maruz olanlarının iyi etüt edilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması anlık basınç yükü etkisi altındaki katmanlı, kompozit, eğri eksenli bir kirişin dönel atalet etkilerini dikkate alarak lineer olmayan dinamik denklemlerinin türetilmesini ve farklı sınır koşullarında çözümünü içerir. Bu çalışmada virtüel iş prensibi kullanılarak eğri eksenli kompozit kirişlerin hareket denklemleri elde edilmiş ve farklı sınır şartları dikkate alınarak sonlu farklar metoduyla çözüm yapılmıştır. Ayrıca yapıya verilecek eğriliğin etkisini incelemek amacı ile aynı malzemeden yapılmış farklı eğrilik yarıçaplarına sahip kiriş yapılar için analizler tekrarlanmıştır. Böylece benzer yükleme durumları için bu yapıların dinamik cevapları karşılaştırılmıştır.

Beams are the simplest and very frequently used construction members in engineering structures. So plenty of engineering constructions can be built up as beam elements. Beam analysis, from the beginning of human history, has become one of the most important research topics. Beam can shortly be defined as a bending structural member. In other words, beams bend under the effect of loads perpendicular to their axis. Namely, a beam is forced to bend while carrying a load on it and transferring that load to supports. In such a case, upper part of neutral axis assumed to pass through halfway of the beam height is forced to push down, and lower part is forced to pull down. The beams may be different forms, such as straight or curved or they may be variable cross-sections. Composite structural members named as curved beam have an important place in engineering and are used in a number of industries. Nowadays, structures having curved composite beam features are needed in aviation and space sector, elements of transport technique, bridges and various machinery elements. Therefore, many researchers study on these structures and seeking better solution methods. Curved beams, especially the ones exposed to high stresses and impact loads, which can be at various sizes, should be studied properly. This thesis contains derivation of nonlinear dynamic equations for a layered and composite curved beam under blast pressure load, and solutions for the equations at different boundary conditions. In this study, equations of motion for composite curved beams are obtained using virtual work principle and solved with finite differences method for different boundary conditions. Moreover, analyses were repeated for multiple beam structures made of the same material with different radii of curvature. So that dynamic responses of these structures in similar loading circumstances were compared.