Kademeli ve düz kiriş yapılarının termal etki altındaki titreşim davranışının incelenmesi

Abstract

Kiriş yapılarının başta havacılık olmak üzere otomotiv ve inşaat sektöründe oldukça yaygın bir kullanım alanı vardır. Genel olarak, boyuna ve enine dik yükleri destekleyen kiriş yapılarının uzunluğu kesit ölçülerine göre oldukça büyüktür. Kirişler, eksenine dik olan yükleri taşır ve bu nedenle yükler uzunluğa dik doğrultudadır. Kullanım alanı oldukça geniş olan kiriş yapılarının analizinde çeşitli metotlar ve teoriler bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında Euler-Bernoulli ve Timoshenko kiriş teorileri incelenmiş, kirişlerin titreşim davranışının incelenmesi amacıyla titreşim denklemleri elde edilmiştir. Bir dizi diferansiyel denklemden oluşan titreşim denklemlerinin çözümü için oldukça yaygın ve pratik çözüm yöntemi olan Diferansiyel Dönüşüm Metodu (DDM) kullanılmış, sonuçlar analitik çözüm ile kıyaslanmıştır. Diferansiyel Dönüşüm Metodu için MATLAB kodu oluşturulmuş, çözümler geliştirilen kod yardımıyla elde edilmiştir. Bu teorilerin haricinde günümüzde kullanımı yaygınlaşan Sonlu Elemanlar Yöntemi(SEY) ile de sonuçlar elde edilmiş ve analitik sonuçlar ile karşılaştırma yapılmıştır. Sonlu Elemanlar Yöntemi'nde ABAQUS paket programı kullanılmış, kiriş modellemeleri bu yazılım ile yapılmıştır.Uçak yapıları yüksek mukavemete ve yorulma dayanıma sahip oldukça hafif yapılardan oluşmaktadır. Bu bağlamda tez çalışmasında incelenmek üzere kiriş yapı malzemeleri olarak çeşitli metalik ve kompozit malzemeler belirlenmiştir. Kompozit malzemelerin elastik karakteristikleri belirlenmesi için kompozit teorisi kullanılarak laminaların mikromekanik ve makromekanik analizi yapılmıştır.Sıcaklıkla ilgili fenomenlerin yapılar üzerindeki etkisi oldukça geniş bir çalışma alanına sahiptir. Sıcaklıktaki değişiklik, kirişin titreşim davranışında büyük bir değişikliğe sebep olabilir. Bu tür yapıların dinamik davranışları yapının termal genleşmesine ve malzeme özelliklerine bağlı olarak sıcaklık etkisiyle değişmektedir.Bu tez çalışmasında sıcaklık değişiminin kirişlerin davranışına etkisini incelemek amacıyla elde edilen titreşim denklemine sıcaklık terimi eklenmiş ve çözümler yinelenmiştir. Belirlenen beş farklı sıcaklık değişimi için sonuçlar karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Kesiti, uzunluğu boyunca değişken olan kirişlere kademeli kirişler denmektedir. Uçaklarda kullanılan kanat yapılarını ele aldığımızda, uçak gövdesinden uzaklaşıldıkça kanat kesiti küçülmekte dolayısı ile kesit değişmektedir. Bu yapılar da çalışma kapsamına dahil edilmiş, düz kirişlere ek olarak kademeli kirişler de incelenmiştir. İncelenmek amacıyla uzunluğu boyunca farklı oranlarda kesiti ve malzemesi değişen çeşitli kirişler oluşturulmuş, titreşim denklemleri elde edilmiştir. Düz kirişler, ankastre mesnet-serbest uç, ankastre mesnet-ankastre mesnet, ankastre mesnet-kayar mesnet ve sabit mesnet-kayar mesnet olmak üzere dört farklı sınır şartında incelenirken kademeli kirişler ise ankastre mesnet-ankastre mesnet sınır şartında incelenmiştir. Sonuç bölümü oldukça detaylı oluşturulmuştur. Her bir malzeme ve kesit için beş farklı sıcaklık değişimi için sonuçlar Euler-Bernoulli, Timoshenko kiriş teorisi ve SEY çözümü yapılarak tablolar ile verilmiştir. Sıcaklık etkisinin kirişin titreşim davranışına etkisinin ve farklı sınır şartlarının incelenmesi ile diğer çalışmalar için temel oluşturması amaçlanmıştır.