BAL PETEĞİ DOLGUYA SAHİP SANDVİÇ YAPILARIN BÜKME YÜKÜ ALTINDAKİ DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Benzer belgeler
AKMA VE KIRILMA KRİTERLERİ

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

MECHANICS OF MATERIALS

MMU 420 FINAL PROJESİ

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

SANDVİÇ PANEL MEKANİK DAYANIMI

BÖLÜM-2 ÇELİK YAPILARDA BİRLEŞİM ARAÇLARI

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

Kırılma Hipotezleri. Makine Elemanları. Eşdeğer Gerilme ve Hasar (Kırılma ve Akma) Hipotezleri

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

PETEK YAPILI SANDVİÇ YAPILARDA KÖPÜK DOLGUNUN KRİTİK BURKULMA YÜKÜNE ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK TESPİTİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

MMU 420 FINAL PROJESİ. 2015/2016 Bahar Dönemi. Bir Yarı eliptik yüzey çatlağının Ansys Workbench ortamında modellenmesi

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

Başlıca ANALİZ TİPLERİ. ve Özellikleri

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

L KESİTLİ KİRİŞTE KAYMA MERKEZİNİN ANSYS İLE VE DENEYSEL YOLLA BULUNMASI

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 3 ÜÇ NOKTALI EĞİLME DENEYİ

Malzemelerin Deformasyonu

29- Eylül KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü ( 1. ve 2. Öğretim 2. Sınıf / B Şubesi) Mukavemet Dersi - 1.

BİR ASANSÖR KABİNİ SÜSPANSİYONU İÇİN DÜŞME ANALİZİ

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Prof.Dr.İrfan AY. Arş.Gör.T.Kerem DEMİRCİOĞLU. Öğr. Murat BOZKURT. Balıkesir

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

MUKAVEMET Öğr. Gör. Fatih KURTULUŞ

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

STATİK GERİLMELER a) Eksenel yükleme Şekil 4.1 Eksenel Yükleme b) Kesme Yüklemesi Şekil 4.2 Kesme Yüklemesi

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

GERİLME Cismin kesilmiş alanı üzerinde O


Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

Mukavemet (ME 210) Ders Detayları

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELER İÇİN MİKROMEKANİK ESASLI KIRIM KISTASI EMRE FIRLAR KAAN BİLGE MELİH PAPİLA 0º 90º 90º 0º

Saf Eğilme(Pure Bending)

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MATERIALS. Basit Eğilme. Third Edition. Ferdinand P. Beer E. Russell Johnston, Jr. John T. DeWolf. Lecture Notes: J. Walt Oler Texas Tech University

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

Yatak Katsayısı Yaklaşımı

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

p 2 p Üçgen levha eleman, düzlem şekil değiştirme durumu

BURSA TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ DOĞA BĠLĠMLERĠ, MĠMARLIK VE MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

Ara Sınav. Verilen Zaman: 2 saat (15:00-17:00) Kitap ve Notlar Kapalı. Maksimum Puan

Tanım: Boyuna doğrultuda eksenel basınç kuvveti taşıyan elemanlara Basınç Çubuğu denir.

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması

SÜRTÜNME ETKİLİ (KAYMA KONTROLLÜ) BİRLEŞİMLER:

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Bölüm-4 MALZEMELERDE ÇEKME-BASMA - KESME GERİLMELERİ VE YOUNG MODÜLÜ Malzemelerde Zorlanma ve Gerilme Şekilleri

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

HAVACILIKTA KULLANILAN KOMPOZİT YAPILARDA İKİLİ BURÇ UYGULAMASININ İNCELENMESİ

34. Dörtgen plak örnek çözümleri

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE ANALİZ (ANSYS)

2.2 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

Çekme testi ve gerilme-birim uzama diyagramı

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

HİDROSTATİK BASINCA MARUZ DIŞTAN TAKVİYELİ SİLİNDİRİK KABUKLARIN ASİMETRİK BURKULMASI

Makine Elemanları I Prof. Dr. İrfan Kaymaz. Temel bilgiler-flipped Classroom Mukavemet Esasları

Birleşimler. Birleşim Özellikleri. Birleşim Hesapları. Birleşim Raporları

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MADEN İŞLETME LABORATUVARI

Talaş oluşumu. Akış çizgileri plastik deformasyonun görsel kanıtıdır. İş parçası. İş parçası. İş parçası. Takım. Takım.

SAP2000 de önceden saptanan momentler doğrultusunda betonarme plak donatısı hesapları şu makale doğrultusunda yapılmaktadır:

Birleşim Araçları Prof. Dr. Ayşe Daloğlu Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

TRAKTÖR GÜVENLİK KABİNİ STATİK YÜKLEME DENEYİ SONLU ELEMANLAR BENZETİMİ

Akreditasyon Sertifikası Eki. (Sayfa 1/4) Akreditasyon Kapsamı

ÇATI KONSTRÜKSİYONLARINDA GAZBETON UYGULAMALARI Doç.Dr.Oğuz Cem Çelik İTÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Statiği ve Betonarme Birimi

KİRİŞ YAPILARINDAKİ HAFİFLETME DELİĞİ ETRAFINDAKİ GÜÇLENDİRMENİN, BİRLEŞİK YÜKLER ALTINDAKİ KRİTİK BURKULMA GERİLMESİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Birleşimler. Birleşim Özellikleri. Birleşim Hesapları. Birleşim Raporları

1 MAKİNE ELEMANLARINDA TEMEL KAVRAMLAR VE BİRİM SİSTEMLERİ

2009 Kasım. MUKAVEMET DEĞERLERİ KONU İNDEKSİ M. Güven KUTAY

GÜÇLENDİRİLMİŞ BİR KOMPOZİT KİRİŞ TASARIMI

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9B - BURULMA DENEYİ

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Yapı ve Deprem Uygulama Araştırma Merkezi

ÇEKME DENEYİ. Şekil. a) Çekme Deneyi makinesi, b) Deney esnasında deney numunesinin aldığı şekiler

FL 3 DENEY 4 MALZEMELERDE ELASTĐSĐTE VE KAYMA ELASTĐSĐTE MODÜLLERĐNĐN EĞME VE BURULMA TESTLERĐ ĐLE BELĐRLENMESĐ 1. AMAÇ

BETONARME-I 3. Hafta. Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

STATİK AĞIRLIK MERKEZİ. 3.1 İki Boyutlu Cisimler 3.2 Düzlem Eğriler 3.3 Bileşik Cisimler. 3.4 Integrasyon ile ağırlık merkezi hesabı

İNM 415 GEOTEKNİK MÜHENDİSLİĞİNDE SAYISAL ÇÖZÜMLEMELER

Çelik Yapılar - INS /2016

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

Transkript:

VI. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 28-30 Eylül 2016, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli BAL PETEĞİ DOLGUYA SAHİP SANDVİÇ YAPILARIN BÜKME YÜKÜ ALTINDAKİ DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Ozan Yardımcı 1, Ercan Gürses 2 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara ÖZET Bu çalışmada 4-noktadan bükme testine maruz kalan sandviç bir kirişin sayısal benzetimi yapılmıştır. Sandviç yapının yüzey ve dolgu malzemesi alüminyum olup dolgu geometrisi düzgün altıgen bal peteğidir. Bal peteği dolgunun davranışının geometrik özelliklere göre değişiyor olmasından yola çıkılarak faklı hücre boyutlarına sahip olan iki sandviç kiriş için sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modellerin yapıda plastik gerinimlere neden olacak büyüklükteki yer değiştirmeler altında gösterdikleri davranışları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre bükme yüküne maruz kalan sandviç yapılarda en kritik hasar tipi hücre duvarlarına meydana gelen burkulma olarak belirlenmiş olup hücre boyutunun sandviç yapının performansı üzerinde ciddi farklılıklar yarattığı tespit edilmiştir. GİRİŞ Sandviç yapılar, iki ince plaka ve bu plakalar arasına yerleştirilmiş olan dolgudan oluşmaktadır (bkz. Şekil 1 ve Şekil 6). Dayanımdan ödün vermeden ağırlıktan kazanç sağlayan sandviç yapılar havacılıkta sıkılıkta tercih edilmektedir. Üst Yüzey Bal peteği dolgu Yapıştırıcı Katman Alt Yüzey Sandviç panel Şekil 1 Sandviç Panel [ http://www.stressebook.com/honeycomb-sandwich-panels, 2016] Sandviç yapıların davranışları ile geleneksel I kirişlerin davranışları arasında benzerlik kurulabilir. 1 Yük. Lisans Öğr., Havacılık ve Uzay Müh. Böl., E-posta: ozanyardimci@hotmail.com 2 Yrd. Doç. Dr., Havacılık ve Uzay Müh. Böl., E-posta: gurses@metu.edu.tr

Şekil 2 Sandviç yapı ve I kiriş [Belkem et al., IATS, 2011] Şekil 2 de gösterilen I kiriş enine yüklendiğinde bir yüzey basma diğer yüzey ise çekme gerilmesi altında kalmakta ve kirişin gövdesi kesme gerilmesini taşımaktadır. Sandviç yapılarda ise kiriş gövdesinin yerini bal peteği dolgu alır. Yani, bal peteği dolgunun duvarları bükme yükü altındayken yapının Şekil 1 de gösterilen alt ve üst yüzeyine göre çok daha yüksek miktarda kesme kuvvetine maruz kalır. Bu da, sandviç yapılarda özellikle eksen dışı yüklemelerde, 4-noktadan bükme testinde olduğu gibi, bal peteği dolgunun duvarlarında burkulma, ezilme, ya da yırtılma gibi hasar tiplerine neden olabilir. Sandviç yapılarda dolgu malzemesi olarak birden fazla geometri kullanılabilir ancak bu çalışmada yalnızca düzgün altıgen yapıya sahip olan bal peteği dolgu incelenmiştir. Bal peteği sandviç yapıların geleneksel yapılara kıyasla farklı özellikler göstermesi bal peteği dolgunun tanımlanmasında kullanılan farklı bir terminolojinin doğmasına neden olmuştur. Bu terminolojiye ait bazı tanımlar şunlardır: Bal peteği dolgu yoğunluğu Birim hücre Şerit-plaka Serbest hücre duvarı L-yönü ya da şeritplaka yönü W-yönü T-yönü Birim metre küp dolgu malzemesinin ağırlığıdır. Bal peteği dolgunun bir ünitesidir. Genellikle altıgen şeklindeki yapıdır. (bkz. Şekil 3) Bal peteği yapıyı oluşturan malzemeden yapılmış olan düz plakadır. (bkz. Şekil 3) Etrafındaki hücreler ile çakışık duvarı bulunmayan hücre duvarlarıdır. (bkz. Şekil 3) Devamlılığı olan plakanın yönüdür. Genellikle, dikdörtgen şeklindeki bir sandviç yapının uzun kenardır. Bu yöndeki hücre duvarları çakışık duvarlardır. Yani şerit plaka yönündeki duvar kalınlıkları, serbest hücre duvarlarının duvar kalınlığının iki katına eşittir. (bkz. Şekil 4) Dolgu malzemesinin üretim aşamasındayken iki tarafından tutularak açıldığı yöndür. W-yönü şerit- plaka yönüne diktir. (bkz. Şekil 4) L ve W yönüne düzlem dışı olacak şekilde dik olan yöndür. (Sağ el kuralı ile bulunabilir.) (bkz. Şekil 4)

Hücre boyutu Serbest duvar Şerit- plaka duvarı: çift katmanlı Şekil 3 Bal Peteği Dolgu Birim Hücresi [Bitzer, 1997] Şekil 4 Bal Peteği Dolgu Yönleri [Bitzer, 1997] Bal peteği dolgu malzemesini terminolojik tanımlarında da bahsedildiği gibi birim hücre içerisine bazı duvarlar çift katmanlı iken bazıları tek katmanlıdır. Yani, bazı duvarların kalınlıkları diğerlerinin iki katıdır. Bu bal peteği yapının üretim yönetiminden kaynaklanmaktadır. Bu yöntemler genişletme ve buruşturma yöntemi olmak üzere ikiye ayrılır. Buruşturma yöntemi yüksek maliyeti nedeniyle pek tercih edilmez ancak yüksek yoğunluklu ve küçük hücreli dolguların üretimi için mecburen kullanılır. Bu çalışmada genişletme yöntemi ile elde edilmiş dolgu malzemesi incelenmiştir, bkz. Şekil 5. Bu yöntemin temel adımları kısaca şu şekilde özetlenebilir [Bitzer, 1997]: 1. İnce plakların üstü aşınmaya karşı dirençli malzeme ile kaplanır. 2. İnce plakaların üstüne çizgi şeklinde yapıştırıcı sürülür. 3. İnce plakalar üstü üste dizilerek yapıştırılır. 4. Yapıştırıcıların daha kuvvetli bir şekilde yüzeylere tutunması için plakalara ısı verilir ve yüksek basınç uygulanır. 5. Birbirine yapıştırma çizgilerinden yapışmış olan plaka yığını istenilen kalınlığa göre kesilir. 6. Plakalar W-yönünde çekilerek açılır. 7. Genişletme sırasında şerit-plaka duvarları ve serbest duvarların kesiştiği noktalarda kontrollü plastik hasar oluşmasına izin verilir ve bu sayede altıgen hücre geometrisi elde edilir.

İnce plaka rulosu Yapıştırıcı çizgileri Birbirine yapışmış ince plakalar yığını İstenilen kalınlığa göre kesilmiş plakalar yığını W-yönünde genişletilerek elde edilen bal peteği dolgu Şekil 5 Genişletme Üretim Yöntemi [Bitzer, 1997] Şekil 6 Fabrikasyon Ürünü Alüminyum Sandviç Paneller [http://www.admatis.com/eng/competencies_material_science_sandwich.html, 2016] Malzeme Özellikleri Sandviç yapının yüzey ve dolgu bölümlerinde kullanılan malzemeler ve birim hücrenin geometrik özellikleri Tablo 1 de ve Tablo 2 de görülebilir. Malzeme modeline ait gerinim - gerilme grafiği ise Şekil 7 de verilmiştir. Tablo 1 Model Malzemeleri [Hexweb Bal Peteği Dolgu Malzeme Özellikleri Kataloğu, 1999] Model 1 (M01) Model 2 (M02) Yüzey Malzemesi AL5052 AL5052 Dolgu Malzemesi AL5052 AL5052 Bal Peteği Dolgu Hücre Boyutu (mm-inç) *Hexw eb kataloğunda belirtilen duvar kalınlığından farklı bir kalınlık kullanılmıştır. Hücre duvar kalınlığı (mm) 9.525-3/8 0.145* 4.763-3/16 0.145*

Gerilim (MPa) YARDIMCI, GÜRSES Tablo 2 AL5052 Malzeme Özellikleri [http://asm.matweb.com/search/specificmaterial.asp?bassnum=ma5052h34, 2016] Doğrusal özellikler Akma özellikleri Yoğunluk AL5052 Young Modülü (MPa) 70300 Poisson Oranı 0.33 Akma Gerilmesi (MPa) Plastik Gerinim (%) 255 0 290 0.18 Fiziksel Yoğunluk (g/cm^3) 2.6 350 300 250 200 150 100 50 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Gerinim (%) Şekil 7 AL5052 Malzeme Modeli Gerinim Gerilme Eğrisi Şekil 7 de verilen grafiğe göre teorik olarak başlangıçta yapıya uygulanan yer değiştirme ile yapıda oluşan tepki kuvveti arasında doğrusal bir ilişki olması beklenmektedir. Ancak yapı üzerinde belli bölgelerde oluşan gerilme, kritik gerilme değeri olan 255 MPa a ulaştıktan sonra yapıda bölgesel olarak plastik akmanın başlaması ve davranışın doğrusallıktan uzaklaşması beklenmektir. Şekil 7 de gösterilen malzeme davranışı sünek olarak tanımlanabilir. Sünek malzemelerdeki deformasyonun başlıca sebebi ise kesme gerilmesidir [Beer et al., 2012]. Sünek malzeme kullanılan yapılarda yapı üzerinde oluşan tepki kuvveti belirli bir değerin üzerine çıktığında ise bölgesel istikrarsızlıklar başlayacak ve küçük yüklemeler bile yapıda oluşan deformasyonu önemli ölçüde artırabilecektir.

Bal Peteği Yapının Düzlem Dışı Yükleme Altındaki Davranışı Bal peteği yapılar düzlem dışı yüklere düzlemdeki yüklere göre çok daha dayanıklıdır. Bükme yükü altındaki bir sandviç yapıda doğrusal elastik deformasyon ilk önce hücre duvarlarında eksenel ve kesme deformasyonu olarak başlar. Yapının özellikle basma yükü altında kalan bölgelerinde ise deformasyon, plastik burkulma ile başlar. Akma burulması bal peteği dolgunun duvarlarında Şekil 8 deki gibi kalıcı deformasyona neden olabilir. Şekil 8 Bal peteği yapıda oluşan akma menteşeleri [Abbadi,2009] YÖNTEM Geometrik Özellikler Sandviç panel iki farklı hücre boyutu için modellenmiştir. Dikdörtgen şeklindeki panelin boyutu sabit tutularak dolgu malzemesin hücre boyutu değiştirilmiştir. Her iki modelde de yüzeylerin kalınlığı aynı olup 0.58 mm dir. Birinci modelde 3/8 inç (9.525 mm) olan hücre boyutu ikinci modelde yarıya düşürülmüştür. Her iki modelde kullanılan bal peteği dolgu düzgün altıgen geometriye sahiptir. Dolgu malzemesinin derinliği yarım inç (12.7mm) olarak belirlenmiştir. Bal peteği dolgu malzemesi gerçek geometrik özelliklerine sadık kalınarak birebir modellenmiştir. Giriş bölümünde bahsedilen genişletme üretim yöntemi dikkate alınarak dolgu malzemesinin şerit-plaka yönündeki duvar kalınlığı W-yönündeki duvar kalınlığının iki katı olarak belirlenmiştir. Şerit-plaka duvar kalınlığı 0.290 mm, W-yönü duvar kalınlığı ise 0.145mm dir. Bal peteği dolgu ile yüzeyler arasındaki yapıştırıcı katman modelde dikkate alınmamış olup yapıştırıcı katmanın mükemmel çalıştığı varsayılmıştır. Geniş hücre boyutuna (3/8 inç) sahip sandviç panel Model 1, daha küçük hücre boyutuma sahip olan panel ise model 2 olarak adlandırılmıştır. Geniş hücre boyutuna sahip sandviç panele ait geometrik özellikler Şekil 9, Şekil 10, ve Şekil 11 de gösterilmiş olup Model 2 ye ait olanlar Şekil 12, Şekil 13 ve Şekil 14 te belirtilmiştir. Şekil 9 Geniş hücre boyutuna sahip model (Model 1 hücre boyutu: 3/8 inç)

15 birim hücre 5 birim hücre Şekil 10 Bal peteği dolgu (Model 1) 9.525mm (3/8 inç) Şekil 11 Bal peteği dolgu birim hücresi (Model 1) Şekil 12 Daha küçük hücre boyutuna sahip model (Model 2 hücre boyutu: 3/16 inç)

30 birim hücre 10 birim hücre Şekil 13 Bal peteği dolgu (Model 2) 4.763mm (3/16 inç) Şekil 14 Bal peteği dolgu birim hücresi (Model 2) Sonlu Eleman Modelleri Sandviç panelin sonlu eleman modeli ABAQUS programı kullanarak oluşturulmuştur. Oluşturulan modele Şekil 15 teki gibi dört noktadan bükme testi yük ve sınır koşulları uygulanmıştır. Modelin üst yüzeyine 16.5 mm genişliğindeki iki ayrı bölgede z-yönünde -1.5 mm yer değiştirme uygulanmıştır. Sınır koşulu olarak ise modelin alt yüzeyinin iki ucu 13.75 mm genişliğinde bir alandan U3 yönünde tutulmuştur. Model üzerine uygulana yük ve sınır koşulları Şekil 16 da gösterilmiştir. Şekil 15 4-noktadan bükme test düzeneği

Sınır koşulu uygulanan yüzeyler U3=0 (en dış sıradaki düğümler U1 ve U2 yönünde de tutulmuştur) Yer değiştirme verilen yüzeyler U3= - 1.5mm Şekil 16 Yük ve sınır koşulları Sandviç panelin sonlu eleman modeli Şekil 17 de gösterilmiştir. Sonlu eleman modelinin büyük bir bölümü S4R tipi kabuk elemanlardan oluşmaktadır. Çözüm ağı kalitesinin artırılması için S3 tipi kabuk elemanlar da kullanılmıştır. S4R tipi elemanların kullanımı sayısal benzetimi yapılan panelin kalınlığının, genişlik ve uzunluğundan daha küçük olduğu durumlarda doğru sonuçlar verir. S4R tipi elemanlar 4 adet düğüm noktasına sahip dörtgenler şeklinde olup indirgenmiş integrasyon ve yüksek gerinim formülasyonuna sahiptir. İndirgenmiş integrasyonda, S4R elemanları katılık matrisini oluştururken indirgenmiş integrasyon formülünü kullanır ancak kütle ve dağıtılmış yük matrisleri olağan integrasyon formülü ile hesaplanır; bu sayede hesaplama hızı ve sonuçların doğruluğu artırılmış olur. [Abaqus Kullanıcı El Kitabı, 2016]. Modellerin çözüm ağlarına ilişkin bilgiler Tablo 3 te verilmiştir. Şekil 17 Sonlu eleman modeli (Model 1)

Toplam Tepki Kuveti (N) YARDIMCI, GÜRSES Tablo 3 Model 1 ve Model 2'ye İlişkin Çözüm Ağı Özellikleri Model 1 (M01) Toplam düğüm noktası sayısı: 37762 Toplam eleman sayısı: 40076 S4R tipinde 39414 adet doğrusal dörtgen kabuk eleman S3 tipinde 662 adet doğrusal üçgen kabuk eleman Model 2 (M02) Toplam düğüm noktası sayısı: 175016 Toplam eleman sayısı: 187097 S4R tipinde 185429 adet doğrusal dörtgen kabuk eleman S3 tipinde 1668 adet doğrusal üçgen kabuk eleman Modelin üst yüzeyine uygulanan 1.5 mm büyüklüğündeki yer değiştirme dolgu malzemesinin duvarlarına akma deformasyonuna neden olup modeli doğrusal bölgeden çıkaracak nitelikte seçilmiştir. Çalışmanın hedefi kesme yüküne maruz kalan farklı hücre boyutlarındaki bal peteği dolguya sahip sandviç yapıların performanslarının karşılaştırılmasıdır. Bunun için sınır koşulu uygulanan düğüm noktalarındaki toplam tepki kuvveti değerleri dikkate alınmıştır. Ancak, sandviç panelin üzerine uygulanan deformasyon sonucu sayısal benzetimin doğrusal bölgeden çıkıp doğrusal olmayan bölgeye geçmesi sayısal yakınsama problemini doğurmuştur. Bunun için sonlu eleman modeli aynı koşullar altında farklı eleman kenar uzunluklarına sahip olan çözüm ağları ile denenmiş sonunda sayısal yakınsama sağlayan model sonuçların elde edilmesinde kullanılmıştır. Çözüm ağı sayısal yakınsama çalışmasının sonuçları Şekil 18 de verilmiştir. Bu grafiğe göre element kenar uzunluğu (EKU) 0.850 mm olan model sayısal betimleme sonuçlarının elde edilmesine kullanılacaktır. 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Üst Yüzeye Uygulanan Deformasyon (mm) EKU=0.500mm EKU=0.850mm EKU=1.6mm Şekil 18 Çözüm ağı sayısal yakınsama çalışması

UYGULAMALAR Yapılan sayısal betimlemeler sonucunda elde edilen sonuçlar Model 1 ve Model 2 için görseller şeklinde verilmiştir. Hücre boyutu büyük olan Model 1 e ait Mises Gerilmesi grafiği Şekil 19 da, dolgu malzemesi üzerinde oluşan eşdeğer plastik gerinim Şekil 20 de, sandviç panelde oluşan z-yönündeki deformasyonun xz-düzlemindeki görüntüsü Şekil 21 de verilmiştir Şekil 19 Mises Gerilmesi (Model 1) Şekil 20 Bal peteği dolgu üzerinde oluşan eşdeğer plastik gerinim (Model 1)

Şekil 21 Z-yönündeki deformasyon (Model 1) Daha küçük hücre boyutuna sahip olan Model 2 içinse Mises Gerilmesi Şekil 22 de, dolgu malzemesi üzerinde oluşan eşdeğer plastik gerinim Şekil 23 te, sandviç panelde oluşan z- yönündeki deformasyonun xz-düzlemindeki görüntüsü Şekil 24 te verilmiştir Şekil 22 Mises gerilmesi (Model 2)

Şekil 23 Bal peteği dolgu üzerinde oluşan eşdeğer plastik gerinim (Model 2) Şekil 24 Z-yönündeki deformasyon (Model 2)

Toplam tepki kuvveti (N) YARDIMCI, GÜRSES SONUÇ Uygulamalardan elde edilen sonuçlara göre Şekil 25 teki grafik çizdirilmiştir. Bu grafiğe göre daha küçük hücre boyutuna sahip olan Model 2, Model 1 e göre doğrusal bölgeden daha yüksek gerinim değerlerinde çıkmaktadır. Ancak her iki model üzerinde de plastik gerinim yaklaşık olarak aynı miktarda yer değiştirmeye maruz kaldıklarında ilk defa oluşmaktadır. Ayrıca daha küçük hücre boyutuna sahip olan Model 2 yaklaşık olarak 30,000 N değerindeki toplam tepki kuvveti değerinde doğrusal bölgeden ayrılırken birinci model yaklaşık 17,000 N değerinde doğrusal bölgeden çıkmaktadır. Buradan küçük hücre boyutuna sahip olan dolgu malzemesinin büyük hücre boyutuna sahip olan dolgu malzemesine göre aynı koşullar altında yaklaşık %77 daha fazla kuvvet taşıyabildiği sonucuna ulaşılabilir. 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 Üst yüzeye uygulanan yer değiştirme (mm) Model 1 (Hücre boyutu = 3/8 inç) Model 2 (Hücre boyutu = 3/16 inç) Şekil 25 Uygulanan Yer Değiştirme - Desteklerde Oluşan Tepki Kuvveti Grafiği Sandviç panel hasar cinsi bakımından incelendiğinde ise sonuçlar 4-noktadan bükme testinde sıklıkla görülen dolgu duvarlarının burkulması hasar tipini doğrular niteliktedir. Kesme tipi yüke maruz kalan bu tür yapılarda hücre duvarındaki burkulma en kritik hasar tipi olarak öne çıkmaktadır. Pek çok kaynak ise dolgu malzemesi kaynaklı hasarların sandviç yapılarda en sık görülen hasar tipi olduğunu öne sürmektedir. [Allen, 1969; Hall ve Robson, 1984; Zenkert ve Vikström, 1992; Zenkert, 1995]. Bunlara ek olarak, Daniel, Gdoutos, Wang ve Abot tarafından 2002 yılında yazdıkları makalede, yüzey kalınlığının dolgu derinliğine oranı küçük olan sandviç kirişlerde (bu çalışmada olduğu gibi) kesme yükünün neredeyse tamamının dolgu tarafından taşındığını ve yüksek kesme yükü altındaki sandviç kirişlerde hücre duvarı burkulmasının görüldüğünü belirtmişlerdir. Şekil 20 ve Şekil 23 te plastik gerinimlerin oluştuğu bölge, yük ve sınır koşullarının uygulandığı bölgeler arasında kalmaktadır. Yapı mukavemet açısından düşünüldüğünde bu bölge maksimum kesme yükünün oluştuğu bölgedir ve akma gerinimi bu bölgede yüzeye kıyasla çok daha belirgin bir şekilde dolgu üzerinde oluşmuştur. Şekil 21 ve Şekil 24 incelendiğinde görsel olarak burkulmanın yine bu bölgeye denk geldiğine ulaşılabilir. Bu çalışmada kullanılan modelin sayısal betimlemesi sadece elastik malzeme girdisi kullanılarak plastik akmaya izin verilmeden tekrarlanmıştır. Elde edilen sonuçlarda maksimum tepki kuvvetleri elastoplastik analizlere göre ciddi miktarda artış göstermiş ve model 1 için 19.500 N, model 2 için 62.300 N mertebesinde çıkmıştır. Bu kıyaslama beklendiği gibi burkulmanın etkisiyle yapıda önemli miktarda plastik akmanın gerçekleştiğini göstermektedir.

Bunlara ek olarak iki model arasında ağırlık bakımında bir karşılaştırma da yapılabilir. Büyük hücreli dolguya sayıp Model 1 in ağırlığı 26.7 gram, Model 2 nin ağırlığı ise 34.4 gram olarak ölçülmüştür. Buna göre küçük hücre boyutuna sahip Model 2, Model 1 e göre yaklaşık %29 daha ağır olurken yaklaşık %77 daha fazla toplam kuvvete dayanabilmektedir. Bu çalışmanın devamında yapılan sonlu eleman modeli geliştirilerek özellikle hücre duvarları üzerinde oluşan hasarlar üzerinde daha detaylı çalışmalar yapılabilir ve daha fazla değişken dikkate alınarak sandviç yapılar üzerinde oluşması muhtemel diğer hasar tiplerinin de modellenmesi sağlanabilir. REFERANSLAR 1. Abbadi A., Koutsawa Y., Carmasol A., Belouettar S., Azari S. (2009), Experimental and Numerical Characterization of Honeycomb Sandwich Composite Panels, Elsevier 2. Allen, H.G. (1969). Analysis and Design of Structural Sandwich Panels, Pergamon, London. 3. Beer F., Johnston E., Dewolf J., Mazurek D. (2012), Mechanics of Materials, McGraw Hill, NY 4. Bekem A., Ercan H., Doğu M., Ünal A (2011)., Uçak Sanayiinde Kullanılan Kompozitlerin Mekanik Davranışlarının İncelenmesi, 6th International Advanced Technologies Symposium, Elazığ, Türkiye 5. Bitzer T. (1997), Honeycomb Technology, Springer-Science+Business Media B.V, Dublin, CA 6. Daniel I.M., Gdoutos E.E., Wang K.-A., Abot J.L. (2002), Failure Modes of Composite Sandwich Beam, International Journal of Damage Mechanics,11(4): 309-334 7. Hall, D.J. ve Robson, B.L. (1984). Composites, 15: 266 276. 8. Hexweb Bal Peteği Dolgu Malzeme Özelliktreri Kataloğu, 1999 9. Zenkert, D. ve Vikström, M. (1992). J. Comp. Res. Tech., 14: 95 103. 10. http://www.admatis.com/eng/competencies_material_science_sandwich.html, 2016 11. http://asm.matweb.com/search/specificmaterial.asp?bassnum=ma5052h34, 2016 12. http://www.stressebook.com/honeycomb-sandwich-panels, 2016