Kompozit Malzemelerde Elyaf Burkulmasının Sayısal Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada kompozit malzemelerdeki elyafların burkulması incelenmiştir. Yapılan benzer konudaki literatür araştırmasının ardından, tek taraftan sabitlenmiş elyaflara uygulanan yükün sonucunda oluşan burkulma analizi, ANSYS programı yardımıyla araştırılmıştır. Öncelikle bor-elyaf için 3 boyutlu ve tek boyutlu modeller oluşturulmuş, bu modellere uygulanan kuvvetler sayesinde burkulma için gerekli olan kritik yükler elde edilmiştir. Bu kritik yükler ayrıca teorik hesaplamalarla elde edilen verilerle karşılaştırılmış ve yapılan çalışmanın doğruluğu ve hata payı incelenmiştir. Daha sonra yine üç boyutlu olarak cam elyaf ve karbon elyafların ANSYS programı yardımıyla analizleri yapılmış ve aynı şekilde teorik olarak elde edilen veriler karşılaştırılmıştır. Cam elyaf, karbon elyaf ve bor elyaf için serbest titreşim analizleri yapılmış, elde edilen sebest titreşim frekansları karşılaştırılmıştır. Elyafın tek başına incelenmesinin ardından, bor-elyaf bir matris içine konularak elyafın matrisle beraber bir yüke maruz kaldığı durumlardaki burkulması incelenmiştir. Bu analizde elyaf ve matrisin düğüm noktaları birbirleriyle birleştirilmiş ve matris yük uygulanan yüzeyi hariç tüm yüzeylerinden sabitlenmiş ve sadece alt yüzeyi sabitlenmiş olarak iki farklı çözüm yapılmıştır. Daha sonra matris içerisine dört adet bor elyaf konularak dörtlü elyaf-matris sistemi analizi yapılmıştır. Ardından matris yerine yay sistemi yerleştirilerek elyafın yaylar yardımıyla bir elyaf-matris sistemi gibi hareket edip etmediği araştırılmış ve sabitlenerek analiz yapılarak sonuçlar incelenmiştir.

This study is conducted on buckling of fibers in composite materials. After the similar literature research, buckling analysis of fibers, which are constrained at one end, are done with the help of ANSYS program. First, one dimensional and three dimensional models are created for boron fibers and the critical buckling loads are determined. These critical loads are also calculated theoretically and comparisons are made. Later on, three dimensional carbon fiber and glass fiber analyses are made with ANSYS program. Theoretical critical buckling loads are calculated similarly. Free vibration analyses for glass fiber, carbon fiber and boron fiber are done and compared. After analyzing fiber on its own, a boron fiber is put in a matrix and the critical loads are analyzed. In this analysis, two different solutions are made, firstly, all the surface areas except the one which the load is applied are constrained and secondly, only one area at the bottom is constrained. In another analysis, four boron fibers are put in a matrix and the solution is done with ANSYS program. Later, instead of using a matrix, springs are used in order to examine if the fiber-spring system acts like a fiber-matrix system and the results are compared.