Kompozit bir yatay kuyruğun statik mukavemetinin incelenmesi ve optimizasyonu

Abstract

Tez çalışması kompozit yatay kuyruğun; statik yükler altında, tek yönlü dizilmiş takviyelerden oluşan (unidirectional) IM7/8552 malzemesi ve örgülü kumaş takviyelerden oluşan (woven fabric) SPG 196-P malzemesi için ayrı ayrı analiz ve optimizasyonunu içermektedir. Çalışma kapsamında Hyperworks,DIGIMAT ve MSC Nastran/Patran programları kullanılmıştır. Kompozit yapıların statik analizinde çentiksiz hasar mukavemeti ile darbe sonrası mukavemet değerlerinden hangisinin kullanılacağı, analiz edilen yapıya göre değişmektedir. Genel yaklaşım olarak hasarı ölümcül olmayan ikincil yapılarda çentiksiz hasar mukavemeti ile analiz yeterli görülürken,hasarı ölümcül olan yapılarda çentikli hasar mukavemeti ile analiz yapılır. Yatay kuyruk belli hızların üzerinde hasarı ölümcül olan bir yapıdır. Bundan dolayı bu tez çalışmasında kompozit bir yatay kuyruğun analizinde darbe sonrası mukavemet değerleri kullanılmıştır. Farklı tabaka dizilimleri için darbe sonrası mukavemet değerleri, çentiksiz hasar mukavemet değerlerine belirli faktörler uygulanarak bulunmuştur. Tez kapsamında öncelikle kompozit hasar modları üzerinde durulmuştur. Yüzey kırışması (facesheet wrinkling), yüzey içi burkulma (dimpling), nüve kesilmesi (core shear), nüve kırılması (core crush), çentiksiz hasar kriterleri ve darbe sonrası mukavemet denklemi ele alınmıştır. Çentiksiz hasar kriterleri başlığı altında; Hill, Hoffman ve Tsai-Wu hasar kriterleri incelenmiştir. Darbe sonrası dayanım kriteri katmanlı kompozit yapının katman sayısı ve katman doğrultularına göre değişen değerlere sahip olduğundan, bu kriterin incelenmesinde literatürdeki analitik tahmin yaklaşımları araştırılmış ve bu araştırma sonucunda darbe sonrası dayanım değerinin elde edilmesi için kullanılacak denklem verilmiştir. Daha sonra kompozit tasarım kriterleri dikkate alınarak yatay kuyrukta kullanılabilecek 105 adet potansiyel katman dizilimi elde edilmiştir. Elde edilen bu dizilimler için darbe sonrası mukavemet değerlerinin bulunabilmesi için öncelikle çentiksiz hasar mukavemet değerleri DIGIMAT yazılımının VA modulü kullanılarak elde edilmiştir. Daha sonra belli seviyedeki bir enerji altında her dizilimde oluşan hasar alanı değerleri bulunmuştur. Bu sayede darbe sonrası mukavemet değerinin bulunmasına dair denklem tüm katman dizilimleri için uygulanabilir hale gelmiştir. Darbe sonrası mukavemet değerleri elde edildikten sonra optimizasyon aşamasına geçilmiştir. Başlangıçta 24 katmanlı tabaka ile modellenen tüm bölgelerden elde edilen kritik kuvvet ve moment değerleri klasik tabaka teorisine girdi olarak verilerek her bölge için optimize katman dizilimleri elde edilmiştir. Elde edilen bu dizilimler ile yeni sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Klasik tabaka teorisinden elde edilen emniyet payı (margin of safety) değerleri ile sonlu elemanlar modelinden elde edilen emniyet payı değerleri birbirlerine yakınsadıklarında ilgili bölge için optimizasyon işlemi neticeye ulaşmış olur. Tek yönlü dizilmiş takviyelerden oluşan (unidirectional) IM7/8552 malzemesi ve örgülü kumaş takviyelerden oluşan(woven fabric) SPG 196-P malzemesi için ayrı ayrı optimizasyon yapılmıştır. Tek yönlü dizilmiş takviyelerden oluşan (unidirectional) IM7/8552 malzemesi ile daha hafif bir yapı elde edilmiştir.