İTÜ LİSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM) Dersin Adı Kompozit Malzemelerin Mekaniği Course Name Mechanics of Composite Materials Kodu (Code) MAK516 Bölüm / Program (Department/Program) Yarıyılı (Semester) Bahar (Spring) Kredisi (Local Credits) AKTS Kredisi (ECTS Credits) 3 7,5 Makina Mühendisliği / Katı Cisimlerin Mekaniği Mechanical Engineering / Solid Mechanics Ders Türü (Course Type) Yüksek Lisans (M.Sc.) Dersin Türü (Course Type) Seçmeli (Elective) Dersin Dili (Course Language) Türkçe (Turkish) Dersin İçeriği (Course Description) 30-60 kelime arası Dersin Amacı (Course Objectives) Maddeler halinde 2-5 adet Kompozit malzemelerin temel kavramları, Farklı malzemeler için Hooke yasası, Lif takviyeli kompozit tabakanın makromekanik analizi, Açılı tabakanın kırılma teorileri, Isı ve nem etkisi, Lif takviyeli tabakanın mikromekanik analizi, Katmanlı yapının gerilme-şekil değiştirme ilişkileri ve makromekanik analizi, Katmanlı yapıların tasarımı ve analizi, Katmanlı kompozit kirişlerin eğilmesi. Basic concepts of composite materials, Hooke s law for different types of materials, Macromechanical analysis of a lamina, Strength failure theories of an angle lamina, Hygrothermal effects, Micromechanical analysis of a lamina, Stress-strain relations and macromechanical analysis of laminates, Analysis and design of laminates, Bending of laminated beams. 1. Lif takviyeli kompozit malzemelerin temel kavram ve karakteristik özelliklerini tanıtmak, 2. Kompozit malzemelerin kullanım alanları ve üretim yöntemleri hakkında bilgilendirmek, 3. Kompozit tabakanın mikromekanik ve makromekanik karakteristiklerini tanıtmak, 4. Kazanılan bilgileri mühendislik uygulama ve tasarımlarında kullanabilme becerisi kazandırmak, 1. To familiarize students with the basic concepts and characteristics of fiber reinforced composite materials, 2. Demonstrate a fundamental understanding of the commonly used fabrication techniques and the applications for composite materials, 3. Give an ability to apply the knowledge of mechanics of composite materials on engineering applications and design problems. Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes) Maddeler halinde 4-9 adet 1. Kompozit malzemelerin tanımı, karakteristikleri ve davranışları hakkında bilgi sahibi olacaktır, 2. Kompozit malzemelerin kullanım alanları ve üretim yöntemleri hakkında bilgi sahibi olacaktır, 3. Kompozit malzemelerin gerilme şekil değiştirme bağıntıları hakkında bilgi sahibi olacaktır. 4. Kompozit malzemelerin bileşenlerinin özelliklerini kullanarak mühendislik sabitlerini hesaplayacaktır. 5. Açılı tabakanın rijitlik ve esneklik matrislerinin elemanlarını hesaplama yeteneği kazanacaktır. 6. Mekanik yük, ısı ve nem nedeniyle tabakadaki gerilme ve şekil değiştirme büyüklüklerini hesaplayacaktır. 7. Katmanlı tabakanın rijitlik matrisini ve mühendislik sabitlerini hesaplayacaktır. 8. İç kuvvet ve momentlerden katmanlı yapının orta düzleminde şekil değiştirme ve eğriliğini hesaplamak 9. Kompozit katmanlı yapılarda kalınlık boyunca gerilme ve şekil değişimini hesaplayacaktır, 10. Katmanlı yapıların tasarımını ve analizini yapacak, çıkan sonuçları yorumlayacaktır. 1. Demonstrate the definition, characteristics and behavior of fiber reinforced composite materials, 2. Demonstrate the commonly used fabrication techniques and the applications for composite materials, 3. Demonstrate the stress-strain relations of composite lamina, 4. Calculate the engineering constants from the constituents properties 5. Have an ability to calculate the components of compliance and the stiffness matrices for an angle lamina, 6. Calculate the lamina stress and strain components due to the mechanical and hygrothermal loading, 7. Calculate the stiffness matrix and in-plane engineering constants of a laminate, 8. Calculate the mid-plane strains and curvatures based on the force and moments resultants, 9. Calculate through-the-thickness stress and strain distributions, 10. Analyze and design laminated structures and properly interpret and discuss the solution outcome.
Ders Kitabı (Textbook) Diğer Kaynaklar (Other References) Maddeler halinde en çok 5 adet Autar K. Kaw, 2006, Mechanics Of Composite Materials, Second Edition, CRC Press. Jones, R.M., 1975, Mechanics Of Composite Materials, Edward Brothers, 1998 Cristian Decolon, 2002, Analysis Of Composite Structures, Hermes Penton Ltd. Daniel Gay, Suong V. Hoa, Stephen V. Tsai, 2003, Composite Material Design And Applications, CRC Press. Laszlo P. Kollar, George S. Springer,2003, Mechanics of Composite Structures, Cambridge University Press. Ödevler ve Projeler (Homework & Projects) Öğrencilere dersi daha iyi anlamaları amacıyla ödevler verilecek, bu ödevlerin bir hafta sonra teslim edilmesi istenecektir. Ödev sorularından sınavlara hazırlanma esnasında faydalanabilirler. Homeworks will be assigned to enable better understanding of subjects. All homework problems are to be handed in a week after they are assigned. Homework problems may be used as a source for exams. Laboratuar Uygulamaları (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use) Yok. N/A Ödevlerin hazırlanmasında bilgisayar kullanımı teşvik edilmektedir. Students may use computer programs to solve their homework assignments. Diğer Uygulamalar (Other Activities) Yok. N/A Başarı Değerlendirme Sistemi Faaliyetler (Activities) Adedi* (Quantity) Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %) Yıl İçi Sınavları % 40 2 (Assessment Criteria) (Midterm Exams) (40 %) Kısa Sınavlar (Quizzes) Ödevler % 20 4 (Homework) (20 %) Projeler (Projects) Dönem Ödevi/Projesi (Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Final Sınavı % 40 1 (Final Exam) (40 %) *Yukarıda Belirtilen Sayılar Minimum Olup Yerine Getirilmesi Zorunludur.
DERS PLANI Hafta Konular Dersin Çıktıları 1 Kompozit malzemelerin genel kavramları, sınıflandırılması, kullanım alanları 1 2 Kompozit malzemelerin üretim yöntemleri 2 3 Farklı malzemelerin gerilme-şekil değiştirme ilişkileri 3 4 Tek yönlü lif takviyeli tabakanın gerilme-şekil değiştirme ilişkileri 3 5 Lif takviyeli açılı tabakanın gerilme-şekil değiştirme ilişkileri 3 6 Açılı tabakanın mukavemet teorileri, tabakaya ısı ve nemin etkileri 3, 5, 6 7 Tabakanın mikromekanik analizi, mukavemet yaklaşımı 4 8 Ampirik modeller, elastisite yaklaşımı 4 9 Tabakanın mukavemet değerleri, ısı ve nem genleşme katsayıları 4, 5, 6 10 Katmanlı yapıda gerilme şekil değiştirme bağıntıları 7 11 Düzlem içi ve eğilme modülleri, ısı ve nem etkileri 8, 7, 6 12 Katmanlı yapıların özel durumları, kırılma teorileri 8, 9 13 Katmanlı yapıların tasarımı 9, 10 14 Katmanlı kompozit kirişlerin eğilmesi 8, 9, 10 COURSE PLAN Weeks Topics Course Outcomes 1 Fundamentals of composite materials, classification, areas of application 1 2 Manufacturing processes of composite materials 2 3 Hooke s law for different types of materials 3 4 Hooke s law for a two-dimensional unidirectional lamina 3 5 Hooke s law for a two-dimensional angle lamina 3 6 Strength failure theories of an angle lamina, hygrothermal stresses and strains in a 3, 5, 6 lamina 7 Micromechanical analysis of a lamina, strength of materials approach 4 8 Semi-empirical models, elasticity approach 4 9 Ultimate strengths of a unidirectional lamina, coefficients of thermal and moisture 4, 5, 6 expansion 10 Stress-strain relations for a laminate 7 11 In-plane and flexural modulus of a laminate, hygrothermal effects in a laminate 8, 7, 6 12 Special cases of laminates, failure criterion for a laminate 8, 9 13 Design of a laminated composite 9, 10 14 Bending of laminated composite beams 8, 9, 10
Dersin Katı Cisimlerin Mekaniği Programıyla İlişkisi Programın mezuna kazandıracağı bilgi, beceri ve yetkinlikler (programa ait çıktılar) i ii iii iv v vi vii viii ix x xi xii Lisans düzeyi yeterliliklerine dayalı olarak, makina tasarımı alanında bilgilerini uzmanlık düzeyinde geliştirebilme ve derinleştirebilme(bilgi). Katı cisim mekaniğinin ilişkili olduğu disiplinler arası etkileşimi kavrayabilme, bu alanda edindiği uzmanlık düzeyindeki kuramsal ve uygulamalı bilgileri farklı disiplin alanlarından ve özellikle biyomühendislikten gelen bilgilerle bütünleştirerek kullanabilme, yorumlayabilme ve yeni bilgiler oluşturabilme (bilgi ve beceri). Makina tasarımında karşılaşılan sorunları araştırma yöntemlerini kullanarak çözümleyebilme, bu alandaki uygulamalarda karşılaşılan ve öngörülemeyen karmaşık sorunların çözümü için yeni stratejik yaklaşımlar geliştirebilme ve sorumluluk alarak çözüm üretebilme (beceri). Katı cisim mekaniğinde uzmanlık gerektiren bir çalışmayı bağımsız olarak yürütebilme (Bağımsız çalışabilme, öğrenme ve sorumluluk alabilme yetkinliği). Bu alandaki sorunların çözümlenmesinin gerektiği ortamlarda liderlik yapabilme ve edindiği uzmanlık düzeyindeki bilgi ve becerileri eleştirel bir yaklaşımla değerlendirebilme ve öğrenmesini yönlendirebilme (Bağımsız çalışabilme, öğrenme ve sorumluluk alabilme yetkinliği). Mekanik tasarımdaki güncel gelişmeleri ve kendi çalışmalarını, nicel ve nitel veriler ile destekleyerek, alanındaki ve alanı dışındaki gruplara, yazılı, sözlü ve görsel olarak sistemli biçimde aktarabilme, sosyal ilişkileri ve bu ilişkileri yönlendiren normları eleştirel bir bakış açısı ile inceleyebilme, geliştirebilme ve gerektiğinde değiştirmek üzere harekete geçebilme. (İletişim ve sosyal yetkinlik). Bir yabancı dili en az Avrupa Dil Portföyü B2 genel düzeyinde kullanarak sözlü ve yazılı iletişim kurabilmek (İletişim ve sosyal yetkinlik). Ticari yazılım kullanımı ve program yazılımı becerilerini kazanma (İletişim ve sosyal yetkinlik). Makina tasarımı ve biyomekanik konularında verilerin toplanması, yorumlanması, uygulanması ve duyurulması aşamalarında toplumsal, bilimsel, kültürel ve etik değerleri gözeterek denetleyebilme ve bu değerleri öğretebilme (Alana özgü yetkinlik). Katı cisimlerin mekaniği ile ilgili konularda strateji, politika ve uygulama planları geliştirebilme ve elde edilen sonuçları, kalite süreçleri çerçevesinde değerlendirebilme (Alana özgü yetkinlik). Katı cisimlerin mekaniği konusunda özümsedikleri bilgiyi, problem çözme ve/veya uygulama becerilerini, disiplinlerarası çalışmalarda ve özellikle biyomühendislik alanında kullanabilme (Alana özgü yetkinlik). Kendi çalışmalarını, alanındaki uluslararası platformlarda, yazılı, sözlü ve/veya görsel olarak aktarabilme (Alana özgü yetkinlik). Katkı Seviyesi 1 2 3 (1: Az, 2. Kısmi, 3. Tam)
Relationship Between Course and Solid Mechanics Curriculum Program outcomes Developing and intensifying knowledge in the area of mechine design, i based upon the competency in the undergraduate level (knowledge). Grasping the inter-disciplinary interaction related to solid mechanics related area, the ability to interprete and to form new types of knowledge by combining the knowledge from the expert-level theoretical and ii practical knowledge acquired in te area and the knowledge from various other disciplines, particularly from the bioengineering (knowledge and skill). Solving the problems faced in machine design area by making use of the research methods, the ability to develope new strategic approaches to iii solve the unforeseen and complex problems arising in the practical processes of one's area and coming up with solutions while taking responsibility. The ability to carry out a specialistic study related to solid mechanics area iv independently (competence to work independently and take responsibility). Fulfilling the leader role in the environments where solutions are sought for the problems related to the area and assessing the specialistic v knowledge and skill gained through the study with a critical view and directing one's own learning process (competence to work independently, learning competence and take responsibility). Systematically transferring the current developments in the area of mechanical system design and one's own work to other groups in and out of the area; in written, oral and visual forms, ability to see and develope vi social relationships and the norms directing these relationships with a critical look and the ability to take action to change these when necessary (Communication and Social Competency). Proficiency in a foreign language-at least European Language Portfolio B2 vii Level-and establishing written and oral communication with that language (Communication and Social Competency). Using the computer software together with the information and viii communication technologies efficiently and according to the needs of the area (Communication and Social Competency). Paying regard to social, scientific, cultural and ethical values during the collecting, interpreting, practicing and announcing processes of the area ix related data and the ability to teach these values to others (Area Specific Competency). Developing strategy, policy and application plans concerning the subjects related to the solid mechanics area and the ability to evaluate the end x results of these plans within the frame of quality processes (Area Specific Competency). Using the knowledge and the skills for problem solving and/or application xi (which are processed within the solid mechanics area) in inter-disciplinary studies, particularly in bioengineering area (Area Specific Competency). In the programs with thesis, the ability to present one's own work within xii the international environments orally, visually and in written forms (Area Specific Competency). (1: Little, 2. Partial, 3. Full) Level of Contribution 1 2 3 Düzenleyen (Prepared by) Doç. Dr. Ekrem TÜFEKÇİ Tarih (Date) 20.06.2011 İmza (Signature)
DERS YÜKÜ HESAPLAMA FORMU Dersin Kodu MAK 516 Dersin Adı Kompozit Malzemelerin Mekaniği Dersin Dili Türkçe Dersin Kredisi 3 Dersin ECTS Kredisi 7,5 Hafta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 TOPLAM Saat Kazanılan Beceri (Çıktılar) I I,II III III III V IV IV VI I VI I Haftalık Ders 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 42 Laboratuar Uygulama Dersle ilgili Sınıf dışı Etkinlikler 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4 4 80 Sınavlar ve Sınava Hazırlık 3 3 3 3 3 3 8 3 3 3 3 3 8 3 8 8 68 Toplam Saat 12 12 12 12 12 12 17 12 12 12 12 12 17 12 8,5 8 190 Ders Değerlendirme Sistemi % 20 Ödev (4 Adet) % 40 Yıl İçi Sınavı (2 Adet) % 40 Yıl Sonu Sınavı Ders Çıktıları 11. Kompozit malzemelerin tanımı, karakteristikleri ve davranışları hakkında bilgi sahibi olacaktır, 12. Kompozit malzemelerin kullanım alanları ve üretim yöntemleri hakkında bilgi sahibi olacaktır, 13. Kompozit malzemelerin gerilme şekil değiştirme bağıntıları hakkında bilgi sahibi olacaktır. 14. Kompozit malzemelerin bileşenlerinin özelliklerini kullanarak mühendislik sabitlerini hesaplayacaktır. 15. Açılı tabakanın rijitlik ve esneklik matrislerinin elemanlarını hesaplama yeteneği kazanacaktır. 16. Mekanik yük, ısı ve nem nedeniyle tabakadaki gerilme ve şekil değiştirme büyüklüklerini hesaplayacaktır. 17. Katmanlı tabakanın rijitlik matrisini ve mühendislik sabitlerini hesaplayacaktır. 18. İç kuvvet ve momentlerden katmanlı yapının orta düzleminde şekil değiştirme ve eğriliğini hesaplamak 19. Kompozit katmanlı yapılarda kalınlık boyunca gerilme ve şekil değişimini hesaplayacaktır 20. Katmanlı yapıların tasarımını ve analizini yapacak, çıkan sonuçları yorumlayacaktır. Tarih 18.05.2011 Formu Hazırlayan Formu Onaylayan Doç. Dr. Ekrem TÜFEKCİ