KOMPOZİT TEKNE KARİNASININ SONLU ELEMANLAR METODUYLA YAPISAL DAYANIM ANALİZLERİNİN GERÇEKLEŞTİRLMESİ 1
Özet Mekanik dayanım, hafiflik, korozyon direnci ve kolay şekillendirilebilme özelliklerine sahip olan kompozit malzemeler savunma sanayii, havacılık, deniz ve kara taşıtlarında geniş uygulama alanları bulmuştur. Yapısal elemanlar olarak her geçen gün metal malzemelerin yerini almakta olan kompozit malzemelerin yapısal dayanım analizleri, yeni ürün tasarım ve geliştirme sürecinde doğrulama amaçlı yapılan mühendislik benzetimleri kapsamında önemli bir yer almaktadır. Bilgisayar ortamında gerçekleştirilen bu benzetimlerden elde edilen sonuçlar, aynı malzemeden imal edilen numuneler üzerinde yapılan testlerden alınan sonuçlarla kıyaslanarak benzetim modelleri güncellenmektedir. Bu çalışmada bir tekne karinasının kompozit malzeme kullanılarak imal edilmiş yapısal elemanları üzerinde sonlu elemanlar metodundan faydalanılarak gerçekleştirilen bir dayanım analizinden bahsedilmektedir. 2
Sanal Doğrulama İş Adımları Laminasyon gruplarında kullanılacak katmanların mekanik özellikleri belirlenir. Her bir laminasyon grubu, kullanılan katman sayısına, kalınlığına ve yatırma açısına uygun olarak oluşturulur. Analiz yapılacak yapının sonlu eleman modeli hazırlanır. Laminasyon planına uygun olarak sanal laminasyonlar sonlu elemanlar modeline tanımlanır. Yükleme koşulları ve Sınır şartlarına göre analizler yapılır. Hazırlanan numuneler üzerinde fiziksel testlerler yapılarak, sonlu elemanlar modeli doğrulanır/güncellenir. Analiz sonuçlarında dayanım açısından uygunsuzluk görülmesi durumunda iterasyonel çalışmalarla optimum laminasyon planı oluşturulur. 3
Malzeme Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi Laminasyon gruplarını oluşturan herbir katmanın mekanik özelliklerini elde etmeye yönelik numuneler hazırlanır. Numuneler hazırlanan laminelerin üzerinden Standartlara uygun olarak alınır. Hazırlanan numuneler üzerinde yapılan çekme ve eğme testleriyle malzeme mekanik özellikleri tespit edilir. 4
Kompozit Yapının Modellenmesi Sonlu elemanlar yöntemi ile mesh model oluşturulur. Her katman için testlerle elde edilmiş mekanik özellikler, laminasyon gruplarındaki katmanların dizilim açıları gözetilerek modele tanımlanır. 5
Kompozit Yapının Modellenmesi Oluşturulan laminasyon grupları, sonlu eleman modeline laminasyon planına uygun olarak tariflenir. Resimde her renk farklı bir laminasyon gurubunu temsil etmektedir. 6
Kompozit Yapının Sonlu Elemanlar Metoduyla Analizi Yükleme değerleri ve sınır şartları belirlenerek analizler yapılır. 7
Kompozit Yapının Sonlu Elemanlar Metoduyla Analizi Gerilme Sonuçları 8
9
Yerdeğiştirme Sonuçları
11
Sonlu Elemanlar Modelinin Fiziksel Testler ile Geliştirilmesi Yapılan analizlerin doğrulaması ve modelin geliştirilmesi için numuneler üzerinde fiziksel testler yapılır. Test sonuçlarına göre gerekliyse sonlu elemanlar modelinde güncellemeler yapılır. Doğrulanmış sonlu elemanlar modeli kullanılarak analizler tekrarlanır ve dayanım açısından uygun olmayan bölgeler için farklı laminasyon yapıları ile iterasyonel tasarım geliştirme çalışmaları yapılır. 12
Sonuç Sonlu elemanlar metodu kullanılarak yapılan bilgisayar destekli mühendislik benzetimleri kompozit yapıların dayanım özelliklerini belirleyen önemli bir araçtır. Prototip üretim aşamasına geçmeden önce imal edilecek olan yapının yükleme şartları altındaki davranışını sanal ortamda gözlemleyerek tasarım üzerinde gerekli iyileştirmelerin yapılması mümkün olmaktadır. Bu sayede tasarım ve geliştirme sürelerinde azalma, prototip ve test maliyetlerinde iyileştirmeler elde edilebilmektedir. 13
Teşekkür ederiz... www.hexagonstudio.com.tr 14