ELİPTİK DELİKLİ TERMOPLASTİK TABAKALI KOMPOZİT LEVHALARDA PLASTİK GERİLME ANALİZİ

Benzer belgeler
Düzlemine Dik Doğrultuda Yüklenmiş Tabakalı Kompozit Levhalarda Elasto-Plastik Gerilme Analizi

DÖRTGEN DELİKLİ KOMPOZİT LEVHALARDA ELASTO- PLASTİK GERİLME ANALİZİ

PLANE LOADED COMPOSITE LAMINATE PLATES RESIDUAL STRESS ANALYSIS

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

Düzlemsel Yüklü Tabakalı Kompozit Plakalarda Elasto-Plastik Gerilme Analizi

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

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

([30,-30] 2 ) FĐBER TAKVĐYELĐ TABAKALI TERMOPLASTĐK KOMPOZĐT LEVHALARDA DELĐK-KENAR ARASINDA OLUŞAN ELASTO-PLASTĐK GERĐLMELER GĐRĐŞ

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

UNİFORM SICAKLIK UYGULANMIŞ METAL MATRİSLİ KOMPOZİT DİSKİN ISIL GERİLME ANALİZİ

ÇEKİ DEMİRİNDE SONLU ELEMANLARLA ELASTO-PLASTİK GERİLME ANALİZİ

DAİRESEL DELİKLİ TABAKALI KOMPOZİT LEVHALARDA DENEYSEL VE SAYISAL HASAR ANALİZİ

Hibrit Kompozitlerde Kritik Burkulma Yüküne Oryantasyon Açısı Ve Farklı Delaminasyon Geometrisinin Etkisi

makale ([ ] 2 ) FİBER TAKVİYELİ TABAKALI TERMOPLASTIK KOHPOZİT LEVHALARDA DEÜK-KENAR ARASİNDA OLUŞAN ELASTO-PLASTİK GERİLMELER GİRİŞ

Geliş Tarihi/Received : , Kabul Tarihi/Accepted : tabaka dizilimi için ve en düşük hasar yükü ise N ile [60 0 ] 4

Karma Bağlantılı Kompozit Plaklarda Farklı Sıcaklıklar Etkisiyle Oluşan Gerilmelerin Analizi

Tabakalı Kompozit Plakların Sonlu Farklar Yöntemi ile Statik Analizi Static Analysis of Laminated Composite Plates by Finite Difference Method

Geliş Tarihi/Received : , Kabul Tarihi/Accepted : tabaka dizilimi için ve en düşük hasar yükü ise N ile [60 0 ] 4

Farklı Uniform Sıcaklıklar Altındaki Karma Bağlantı Yapılmış Kompozit ve Alüminyum Plakalardaki Gerilme Analizi

Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Teknoloji Fak. Enerji Sistemleri Mühendisliği Böl. Muğla b

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

Dairesel delikli kompozit levhalarda gerilme yığılmalarının incelenmesi

Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

ENİNE DİKİŞLİ KAYNAK BAĞLANTILARINDA GERİLME ANALİZİ

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

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

Paralel çift pimli ve yapıştırıcılı karma bağlantılı kompozit levhaların ısıl gerilme analizi

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

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

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ

ÖZGEÇMİŞ. Esen,Ö., Kompozit Yaprak Yayların Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Yorulma Analizinin Yapılması, Balıkesir Üniversitesi, 209

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Burma deneyinin çekme deneyi kadar geniş bir kullanım alanı yoktur ve çekme deneyi kadar standartlaştırılmamış bir deneydir. Uygulamada malzemelerin

Sıcaklık etkisindeki metal matrisli kompozit dönen diskteki ısıl gerilmelerin analizi

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

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

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

ORTASINDA ELİPS DELİK BULUNAN ANKASTRE KİRİŞİN TEK EKSENLİ YÜKLEMEDE GERİLME YIĞILMASI FAKTÖRÜNÜN ANALİZİ

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 8 Sayı: 1 s Ocak 2006 SOĞUK ÇEKİLMİŞ LEVHA MALZEMELERDE GERİLME ANALİZİ

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

Makale YÜK KANCASININ ELASTO-PLASTİK DAVRANİŞİ GIRIŞ. Nurettin ARSLAN, Mete Onur KAMAN, Nuray ARSLAN'

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

AKMA VE KIRILMA KRİTERLERİ

ÖZGEÇM. Mustafa Güle,en, Termoplastik kompozit malzeme üretimi, mekanik özelliklerin tespiti, Dumlup0nar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (2005).


KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

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

MMU 420 FINAL PROJESİ

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 4 Sayı: 2 sh Mayıs 2002

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

ÖZGEÇMİŞ Alkan, O., Basit ve Ankastre Mesnetli Termoplastik Kompozit Plakaların Elasto-Plastik Gerilme Analizi, Fırat Üniversitesi, 2002.

Pirinç(MS58) ve Çelik(ST37) Malzemelerinden Yapılmış Kirişlerin Deneysel, Teorik ve Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Çökme Analizinin Yapılması

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 14 Sayı: 42 sh EKİM 2012

Fiber Kesiti, Fiber Boyu Ve Malzeme Değişiminin Fiber Matris Arayüzeyindeki Lineer Elastik Gerilme Dağılımına Etkisi

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

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

Kağızman 10/03/1974. Mühendislik Fakültesi. Mühendislik Fakültesi

Doç. Dr. Buket OKUTAN BABA

BİR ASANSÖR KABİNİ SÜSPANSİYONU İÇİN DÜŞME ANALİZİ

TEKİL KUVVETLE YÜKLENMİŞ ÖRGÜLÜ ÇELİK FİBER TAKVİYELİ TERMOPLASTİK KOMPOZİT ANKASTRE KİRİŞLERDE ARTIK GERİLME ANALİZİ

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

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

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

DÜZLEM ELASTO-PLASTİK GERİLME ANALİZİ İÇİN BİR PAKET PROGRAM

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

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

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

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

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Dairesel Temellerde Taban Gerilmelerinin ve Kesit Zorlarının Hesabı

GERİLME ANALİZİ VE MOHR ÇEMBERİ MUKAVEMET

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Strain Gauge Deneyi Çalışma Notu

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Mohr Dairesi Düzlem Gerilme

Silindirik kompozit borularda çift eksenli yüklemenin burkulmaya etkisi

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

MECHANICS OF MATERIALS

Çekmeye Maruz Ara Parçalı Çift Takviyeli Yapıştırma Bağlantılarında Gerilme Analizi

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

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

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

METALİK MALZEMELERİN ÇEKME DENEYİ

İNM 415 GEOTEKNİK MÜHENDİSLİĞİNDE SAYISAL ÇÖZÜMLEMELER

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

MUKAVEMET-I DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ FİNAL ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI ARALIK-2018

GERİLME Cismin kesilmiş alanı üzerinde O

BAL PETEĞİ SANDVİÇ KOMPOZİT YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

MAKİNE ELEMANLARI 1 GENEL ÇALIŞMA SORULARI 1) Verilen kuvvet değerlerini yükleme türlerini yazınız.

Mukavemet-II PROF. DR. MURAT DEMİR AYDIN

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... v

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

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

Prof.Dr. BEYTULLAH TEMEL

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 14 Sayı: 42 sh EKİM 2012 TABAKALI EĞRİ ÇUBUKLARIN DİNAMİK KARARLILIK ANALİZİ

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

6.1. Yüksek Lisans Tezleri 6.2. Doktora Tezleri. 7. Yayınlar

BASINÇLI KAPLAR Endüstride kullanılan silindirik veya küresel kaplar genellikle kazan veya tank olarak görev yaparlar. Kap basınç altındayken

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

Transkript:

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 4, No 4, 667-674, 009 Vol 4, No 4, 667-674, 009 ELİPTİK DELİKLİ TERMOPLASTİK TABAKALI KOMPOZİT LEVHALARDA PLASTİK GERİLME ANALİZİ Gurbet ÖRÇEN *, Mustafa GÜR ** ve M. Yavuz SOLMAZ ** * Makina Mühendisliği Bölümü, Müh. Mim. Fak. Dicle Üniv. Diyarbakır ** Makina Müh. Bölümü, Müh. Fak.,Fırat Üniv. 3119 Elazığ gurbetorcen@dicle.edu.tr, mgur@firat.edu.tr, mysolmaz@firat.edu.tr (Geliş/Received:.07.008 ; Kabul/Accepted: 05.11.009) ÖZET Bu çalışmada, ortasında eliptik delik bulunan termoplastik (Polyvinyl Chloride) tabakalı kompozit levhalarda plastik bölgelerin yayılışı ve gerilme analizi yapılmıştır. Dokuma şeklinde çelik fiber takviyeli kompozit levhalar [θ 0 /-θ 0 ] simetrik olarak birleştirilmiş dört ortotropik tabakadan meydana gelmiştir. Levhalara düşey doğrultuda üniform yükleme yapılmıştır. Yükleme, seçilen her takviye açısı için levhanın akma noktasından başlayarak 0.0001 MPa lık artışlarla 5, 50, 75 ve 100 iterasyonda gerçekleşmiştir. Yükleme adımlarına ve farklı takviye açılarına göre, kompozit plakta meydana gelen plastik gerilmelerin değerleri sonlu elemanlar metoduyla elde edilmiştir. Kompozit plakta plastik bölgeler alt ve üst yüzeylerde meydana gelmiş, ara yüzeylerde oluşmamıştır. Ara tabakalardaki gerilme bileşenlerinin alt ve üst yüzeylerdekilerden daha düşük değerlerde olduğu görülmüştür. İterasyon sayısına bağlı olarak plastik gerilme bileşenlerinde artış gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Tabakalı kompozit malzemeler, termoplastikler, plastik gerilme analizi, sonlu elemanlar metodu. THE PLASTIC STRESS ANALYSIS AT THE LAMINATED THERMOPLASTIC COMPOSITE PLATES WITH ELLIPTIC HOLE ABSTRACT In this paper, it is carried out the spread of plastic zones and the stress analysis at the composite plates with laminated thermoplastic (Polyvinyl Chloride) subsisting an elliptic hole in the middle part. The composite plates with steel fiber reinforcement of woven-shaped consist of four orthotropic layers bonded symmetrically in the form of [θ 0 /-θ 0 ]. The plates are subjected to uniformly distributed vertical loads. Loading is realized by iterations number of 5, 50, 75 and 100 by increments 0.0001 MPa by starting from the yielding point of plate for the chosen each reinforcement angle. According to the load steps and the different reinforcement angles, the values of the plastic stresses occurring in the composite plates are obtained by Finite Element Method. The obtained results present that the plastic zones in the plate appear in the lower and upper surfaces but not in the intermediate surfaces. It is also observed that the stress components at the intermediate layers are less than that of the lower and upper surfaces and the plastic stress components increase depending on the iteration number. Keywords: Laminated composite materials, thermoplastics, plastic stress analysis, finite element method. 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Tabakalı kompozit malzemeler geniş kullanım alanları bulmuştur. Bu nedenle bu tür malzemelerin mekanik özelliklerinin tespiti ve gerilme analizlerinin yapılması konularına yönelik çalışmalar önem kazanmıştır. Bu konuda değişik araştırmacılar tarafından çok sayıda araştırma yapılmıştır. Karakuzu tarafından iki eksenli üniform yüklemede veya kesme etkisindeki dairesel delikli ortotrop kompozit levhalarda, dairesel delik kenarındaki gerilme dağılımı incelenmiştir [1]. Sayman ve arkadaşları tarafından yarı dairesel çentik bulunan çelik/alüminyum kompozitinden yapılmış levhaların üniform yayılı yükler altında elasto-plastik gerilme analizi yapılmıştır. Meydana gelen iç gerilmelerle, çentik civarındaki

G. Örçen v.d. Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi gerilme yığılmaları azaltılarak levha mukavemetinin artırılması yoluna gidilmiştir. İncelemeler değişik yük ve yarıçaplar için yapılmış olup, meydana gelen plastik bölgelerin yayılışı ve iç gerilmelerin değişimi incelenmiştir[]. Gür ve arkadaşları tarafından, kompozit malzemeden imal edilmiş, ortasında dikdörtgen delik bulunan, üniform yayılı çekme yüklerine maruz düzlem levhada, delik etrafındaki iç gerilmelerin dağılımı ve plastik bölgelerin yayılışı, farklı fiber takviye açıları için incelenmiştir[3]. Hwang ve Sung tarafından, ortasında bir delik bulunan yaprak şeklindeki düzlem kompozit plaklarda çekme yükü etkisinde delik etrafında meydana gelen gerilme yığılma katsayıları bulunmuştur[4]. Zienkiewicz, Von Mises ve Coulomb akma kriterlerini kullanarak farklı mühendislik problemlerinde plastik bölgelerin yayılışını incelemişlerdir[5]. Arslan ve arkadaşları, ortasında kare delik bulunan çelik fiber takviyeli termoplastik kompozit levhalarda elastik-plastik gerilme analizini yapmışlardır. Plastik bölgelerin dağılımı ve artık gerilmeler değişik yük ve takviye açılarına göre incelenmiştir[6]. Sayman ve arkadaşı, ortasında delik bulunan alüminyum metal matrix kompozit tabakalı plakada elastik-plastik gerilme analizini incelemişlerdir. Simetrik ve antisimetrik dizilime sahip tabakalar, basit ve ankastre mesnet durumu için düşey doğrultuda yüklenerek, plastik bölge dağılımı ve artık gerilme bileşenleri elde edilmiştir[7]. Sayman ve arkadaşları tarafından, ortasında dairesel delik bulunan alüminyum metal matrix kompozit tabakalı plakalarda elasto-plastik gerilme analizi yapılmıştır. Farklı takviye açılarında simetrik ve antisimetrik dizilime sahip levhalarda plastik bölge dağılımını ve artık gerilme bileşenlerini incelemişlerdir[8]. Bu çalışmada ise, dört farklı dizilime sahip tabakalı kompozit levhalarda oryantasyon açısı ve iterasyon sayısındaki değişimin plastik gerilme dağılımında nasıl bir rol oynadığı tespit edilmeye çalışılmış ve elde edilen sonuçlar birbiri ile karşılaştırılarak sunulmuştur.. PLASTİK GERİLME ANALİZİ (PLASTIC STRESS ANALYSIS) Bu çalışmada kullanılan plaka, çelik fiber ile takviyelendirilmiş termoplastik (PVC) matriksli tabakalı kompozit malzemedir. Bu malzemeye ait mekanik özellikler Tablo 1 de verilmiştir. Malzemede yük etkisiyle meydana gelen plastik bölge için gerilmeşekil değiştirme bağıntısı Ramber- Osgood tarafından; e p p () E şeklinde elde edilir. Tablo 1. Fiber takviyeli termoplastik kompozit tabakanın akma noktaları ve ölçülmüş mekanik özellikleri [6]. (Yield points of fiber reinforced thermoplastic composite lamination and measured mechanical properties [6].) E 1 9550 (MPa) 9550 (MPa) E G 1 670 (MPa) ν 1 0.3 Eksenel akma değeri X 18.5 (MPa) Enine akma değeri Y 18.5 (MPa) Kesme akma değeri S 8.6 (MPa) Sertleşme parametresi K 99.5 (MPa) Gerilme sertleşmesi üssü n 0.676 Fiber hacim oranı V f 0.07 Matriks hacim oranı V m 0.93 Bu eşitliklerdeki sembollerden; K şekil değiştirme sertleşmesi parametresini, n şekil değiştirme sertleşmesi üssünü, 0 başlangıç akma gerilmesini, p plastik şekil değiştirme oranını, toplam şekil değiştirme oranını, e elastik şekil değiştirme oranını, E elastisite modülünü belirtmektedir. K ve n değerleri tek eksenli çekme deneyi sonucu elde edilen sonuçların logaritmaları alınarak çizilen grafikten tespit edilebilir (Şekil 1). K ifadesinin logaritması alınarak, n p log log k nlog p (3) eşitliği elde edilir. Bu eşitliğin y=ax+b şeklinde bir doğru denklemine eşdeğer olduğu görülmektedir. Buradan K ve n değerleri rahatlıkla tespit edilebilir. Çekme numunesi elastik bölgenin üstünde bir değere kadar yüklenir (Şekil ). toplam 1 x gerilmesi lineer olarak hesaplanır. f 1 gerilmesi aşağıdaki eşitlikteki gibi verilmektedir. Burada 01 başlangıç gerilmesidir. K (1) 0 n p ifadesi ile verilmiştir[10]. 1 eşitliğinden faydalanıp toplam şekil değiştirme için, Şekil 1. Gerilme-Şekil değiştirme logaritmik grafiği[11] (Logarithmic Graphics of Stress-Strain) 668 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009

Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi G. Örçen v.d. 0 = e (9) Başlangıç gerilmesine bağlı olarak kuvvet vektörü; T F B dv 0 0 (10) V eşitliğinden hesaplanır[9] Burada; Şekil. Lineer olmayan malzemeler için gerilmeşekil değiştirme diyagramı [, 3]. (Stress-Strain Diagram for nonlinear materials) (4) 01 x f 1 1 f 1 x 01 veya genel olarak, n 1 0n1 (5) şeklinde yazılır[, 3]. Bu çalışmada, anizotropik malzemeler için uygulanan Tsai-Hill akma kriterine göre elde edilen gerilme değerlerinden eşdeğer gerilmeler elde edilir. Eşdeğer gerilme düzlemsel gerilme hali için, x y e 1 1 ( 1 13 3) x (6) şeklinde verilir[10]. Burada 1, ve 1, 13, 3 malzemenin asal doğrultulardaki gerilme bileşenleridir. Başlangıç gerilmesi bir boyutlu durumda plastik bölge için (7) 0 f olur. Burada f diyagramından elde edilir. Başlangıç gerilmesi; T (8) 0 0x 0 y 0xy yazılabilir. Burada 0 x S başlangıç gerilmesi bileşenleri elastik olarak hesaplanan gerilmeyle orantılıdır. Denklem 6 ya göre ilgili eşdeğer gerilme değeri bir boyutlu durumda a eşittir. 0 F i F i F 0 (11) i K 1 F i (1) eşitliklerinden her bir iterasyon adımı için F i ve i ler hesaplanarak, hedeflenen iterasyon sayısına kadar çözüme devam edilip, toplam şekil değiştirmeler hesaplanır[11]. 3. TERMOPLASTİK KOMPOZİT PLAKA VE SINIR ŞARTLARI (THERMOPLASTIC COMPOSITE PLATE AND BORDER CONDITIONS) Bu çalışmada düşey yayılı yük etkisinde çalışan kare şeklinde ortasında eliptik delik bulunan tabakalı kompozit plaka kullanılmıştır[10]. Bu plakanın boyutları ve sınır şartları Şekil 3a da gösterilmiştir. Sayısal çözüm için plakanın ¼ ü alınmıştır (Şekil 3b). Matris malzemesi termoplastik (PVC (poliyvinilyl cloride)), fiber malzemesi olarak da paslanmaz çelik seçilmiştir. Takviye malzemesi dokuma şeklindedir. Plakayı oluşturan her bir tabaka.1 mm kalınlığında olup, farklı takviye açılarına sahiptir. Bu tabakalardan 4 er tanesi bir araya getirilerek tabakalı kompozit plakalar elde edilmiştir (Şekil 4). İnce tabakaların birleştirilmesiyle oluşan tabakalı kompozit plakalar gelişmiş bir yapı örneğidir. Bu yeni yapıyı oluşturan her bir plaka, uygulanan yükü asal doğrultularda taşıdığı için plakanın yük taşıma kapasitesi artmaktadır. Plakada akma meydana getirecek düşey yükler uygulanarak, değişik takviye açıları için plastik bölge dağılımı ve plastik gerilme değerleri elde edilmiştir. Tabakaların simetrik dizilimi Şekil 5 de görüldüğü gibidir. Bu çalışmada tabakalardaki her bir plakanın oryantasyon açıları; [0 0 ] 4, [30 0 /-30 0 ], [45 0 /-45 0 ] ve [60 0 /-60 0 ] olarak seçilmiştir. Çözümde 9 düğümlü izoparametrik sonlu eleman kullanılmıştır. Plakanın ¼ lük kısmı için 13 eleman ve 69 düğümlü bir mesh oluşturulmuştur(şekil 6). Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009 669

G. Örçen v.d. Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi (a) (b) Şekil 3.(a) Kare şeklinde ortasında eliptik delik bulunan tam plakanın boyutları ve sınır şartları (b) Plakanın ¼ lük kısmı ve sınır şartları. (Figure 3.(a) Dimensions of square shaped whole plate with an elliptic hole and border conditions) (b)parts of ¼ of composite lamination and border conditions) Şekil 4. Kompozit plakanın kalınlığı ve yükün uygulanışı (Composite plate s thickness and application of the load) 4. SAYISAL SONUÇLAR (NUMERICAL RESULTS) Şekil 5. Kompozit tabakaların simetrik dizilimi (simetrik [0 0 / 0 ] ) (Symmetrical stacking sequence of composite plate (symmetric [0 0 / 0 ] )) [0 0 ] 4, [30 0 /-30 0 ], [45 0 /-45 0 ] ve [60 0 /-60 0 ] takviye açılarına sahip simetrik dizilimli, ortasında eliptik delik bulunan kare plakanın basit mesnetli hali için düşey yayılı yük etkisinde plastik gerilme analizi gerçekleştirilmiştir. Yüklemeler ilk akmayı başlatan yük değerinden (Tablo ) itibaren 0.0001 lik artışlar yapılarak 5, 50, 75 ve 100 iterasyon için gerçekleştirilmiştir. Tablo. Akmayı başlatan yük değerleri (Load values, initiating yielding) Simetrik Tabaka dizilimi Akmayı başlatan yük değerleri (MPa) [0 0 ] 4 [30 0 /- 30 0 ] [45 0 /- 45 0 ] [60 0 /- 60 0 ] 0.0495 0.0679 0.051 0.0777 4.1. Plastik Bölgelerin İncelenmesi (Investigations of plastic zone) Kompozit plakanın akma gerilmesi 18.5 MPa dır. Bu gerilme değerinin üzerinde meydana gelen noktaların birleştirilmesi sonucu elde edilen plastik bölgeler, artan yüklemeye bağlı olarak her bir takviye açısında, 5 ve 100 iterasyonda oluşan plastik bölgelerin dağılımları Şekil 7,8,9,10 ve 11 de görülmektedir. [45 0 /-45 0 ] ve [60 0 /-60 0 ] dizilimleri için meydana gelen plastik bölgelerin artan yükleme ve iterasyon Şekil 6. Plakanın sonlu eleman ağı (Finite element mesh of the plate) sayısına bağlı olarak dağılımları Şekil 9 ve 10 da görülmektedir. Şekillerden de görüldüğü gibi [0 0 ] 4 dizilimine sahip tabakada plastik bölgenin çok erken başladığı ve bunu sırasıyla [30 0 /-30 0 ], [45 0 /-45 0 ] ve [60 0 /60 0 ] dizilimine sahip tabakalar izlemektedir. [0 0 ] 4 dizilimine sahip bu tabakalarda plastik bölge dağılımı, diğer dizilime sahip oryantasyon açılarına göre, eliptik deliğin x ekseni yönündeki uç kısmının tam bitişinde (B noktasında) başlayıp yukarıya doğru dağılım göstermektedir. Ara tabakalarda ise plastik gerilmeler oluşmamıştır. 670 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009

Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi G. Örçen v.d.. a) [0 0 ] 4, 5 iterasyon b) [0 0 ] 4, 100 iterasyon Şekil 7. Basit mesnetli [0 0 ] 4 dizilimine sahip simetrik olarak istiflenmiş kompozit tabakadaki plastik bölge dağılımı(üst tabaka) (Plastic zone distribution in the simply supported composite consisting of the layers bonded symmetrically in the form of [0 0 ] 4 (upper lamination)) a).[30 0 /-30 0 ], 5 iterasyon b) [30 0 /-30 0 ], 100 iterasyon Şekil 8. Basit mesnetli [30 0 /-30 0 ] simetrik dizilimli kompozit tabakadaki plastik bölge dağılımı (üst tabaka) (Plastic zone distribution in the simply supported composite consisting of the layers bonded symmetrically in the form of [30 0 /30 0 ] (upper lamination)) a) [45 0 /-45 0 ], 5 iterasyon b) [45 0 /-45 0 ], 100 iterasyon Şekil 9. Basit mesnetli [45 0 /-45 0 ] simetrik dizilimli kompozit tabakadaki plastik bölge dağılımı(üst tabaka) (Plastic zone distribution in the simply supported composite consisting of the layers bonded symmetrically in the form of [45 0 /45 0 ] (upper lamination.)) 4.. Oryantasyon Açısı ve İterasyon Sayısına Göre Elde Edilen Plastik Gerilme Bileşenlerinin Değişimi (The change of plastic stress components obtained according t,o orientation angle and iteration number) Oryantasyon açısı ve 5, 50, 75 ve 100 iterasyonlardaki plastik gerilme bileşenlerinin değişimi Şekil 1, 13, 14 ve 15 de gösterilmiştir. Şekillerde görülen değerlerden, 5 ve 100 iterasyon için maksimum plastik gerilme bileşenlerinin değerleri arasındaki karşılaştırmalar aşağıda sıralanmıştır. Şekil 1 de 5 iterasyonda σ x değeri 17.095 MPa, σ y değeri 0.66 MPa ve τ xy değeri -1.558 MPa iken 100 iterasyonda bu gerilme değerleri sırasıyla 19.603 MPa, 0.90 MPa ve -1.710 MPa dır. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009 671

G. Örçen v.d. Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi a) [60 0 /-60 0 ], 5 iterasyon b) [60 0 /-60 0 ], 100 iterasyon Şekil 10. Basit mesnetli [60 0 /-60 0 ] simetrik dizilimli kompozit tabakadaki plastik bölge dağılımı (üst tabaka) (Plastic zone distribution in the simply supported composite consisting of the layers bonded symmetrically in the form of [60 0 /60 0 ] (upper lamination.)) a) 5 iterasyon b) 50 iterasyon c) 75 iterasyon d) 100 iterasyon Şekil 11. Tüm takviye açıları için 5, 50, 75 ve 100 iterasyonda plastik bölge dağılımları (Plastic zone distributions in the 5, 50, 75 and 100 iterations for the whole reinforced angle.) Şekil 13 de, 5 iterasyonda σ x değeri 13.09 MPa, σ y değeri 18.38 MPa ve τ xy değeri -6.747 MPa iken 100 iterasyonda bu gerilme değerleri sırasıyla 14.373 MPa, 19.746 MPa ve -7.479 MPa dır. Şekil 14 de, 5 iterasyonda σ x değeri 13.916 MPa, σ y değeri 17.419 MPa ve τ xy değeri -9.353 MPa iken 100 iterasyonda bu gerilme değerleri sırasıyla 14.880 MPa, 18.767 MPa ve.01 MPa dır. Şekil 15 te 5 iterasyonda σ x değeri 16.738 MPa, σ y değeri 18.44 MPa ve τ xy değeri -7.750 MPa iken, 100 iterasyonda bu gerilme değerleri sırasıyla 17.618 MPa, 19.899 MPa ve -8.488 MPa dır. Farklı oryantasyonlar için elde edilen gerilme değerlerinin, iterasyon sayısına bağlı olarak arttığı tespit edilmiştir. 5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME (CONCLUSIONS AND EVALUATION) Bu çalışmada, simetrik [0 0 ] 4, [30 0 /-30 0 ], [45 0 /-45 0 ] ve [60 0 /-60 0 ] dizilimli, ortasında eliptik delik bulunan 67 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009

Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi G. Örçen v.d. Şekil 1. Plastik gerilme bileşenlerinin değişimi (üst tabaka) (Change diagram of plastic stress components (upper lamination)) Şekil 14. Plastik gerilme bileşenlerinin değişimi(üst tabaka) (Change diagram of plastic stress components (upper lamination) Şekil 13. Plastik gerilme bileşenlerinin değişimi (üst tabaka) (Change diagram of plastic stress components (upper lamination)) kare plakanın üniform statik yük altında 5, 50, 75 ve 100 iterasyonlarda ortaya çıkan plastik gerilme bileşenleri ve plastik bölge dağılımları elde edilmiştir ve sonuçlar aşağıda sıralanmıştır. Düşey yük etkisinde [0 0 ] 4, [30 0 /-30 0 ], [45 0 /-45 0 ] ve [60 0 /-60 0 ] şeklindeki simetrik dizilimli plakalarda, farklı akma değerleri elde edilmiştir. En yüksek akma değerleri sırasıyla [60 0 /-60 0 ], [30 0 /-30 0 ], [0 0 ] 4, [45 0 /- 45 0 ] 4 dizilimlerinde meydana gelmiştir. Maksimum plastik gerilme bileşenleri üst ve alt yüzeylerde eliptik delik etrafında meydana gelmiştir. Plastik bölgeler alt ve üst yüzeylerde oluşmuş, ara yüzeylerde oluşmamıştır. Plastik bölge dağılımının, ¼ eliptik deliğin x ekseni üzerindeki uç kısmından başlayıp, deliğin çevresi boyunca ilerlediği görülmüştür. Simetrik olarak dizilmiş tabakalarda, dört farklı açı diziliminde de gerilme değerlerinin (1.-8.,.-7., 3.-6., 4.-5. tabakalarda) mutlak değerce aynı olduğu görülmüştür. 100 iterasyonda plastik gerilme bileşenlerinden σ x değeri [0 0 ] 4 diziliminde maksimum, [30 0 /30 0 ] diziliminde minimum seviyededir. σ y değeri [0 0 ] 4 diziliminde maksimum, [45 0 /-45 0 ] diziliminde minimum seviyededir. τ xy değeri ise [45 0 /- 45 0 ] diziliminde maksimum, [0 0 ] 4 diziliminde minimum seviyededir. Bütün dizilimlerde tabakalardaki τ yz ve τ xz değerlerinin eşit büyüklükte Şekil 15. Plastik gerilme bileşenlerinin değişimi (üst tabaka) (Change diagram of plastic stress components (upper lamination)) olduğu tespit edilmiştir. Genel olarak iterasyon sayısına bağlı olarak plastik bölge dağılımlarında ve dolayısıyla gerilme bileşenlerinde artışların olduğu gözlenmiştir. KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Karakuzu, R. ve Sayman, O., Elasto-plastic Finite Element Analysis of Orthotropic Rotating Discs With Holes, Computers&Structures, 51, 695-703, 1991.. Sayman, O., Karakuzu, R., Orhan, A., Yarı Dairesel Çentikli Kompozit Levhaların Elasto- Plastik Zorlamalar Altında Mukavemetinin Artırılması, 5. Ulusal Makine Tasarım ve İmalat Kongresi, 16-18 Eylül 199, ODTÜ, Ankara 3. Gür, M.,Kaman, M., O., Ortasında Dikdörtgen Delik Bulunan Düzlem Kompozit Levhada Elasto-Plastik Gerilme Analizi, F.Ü. Fen ve Müh.Bilimleri Dergisi, 13,, 5-36, 001, Elazığ. 4. W.C. Hwang and C. T. Sun, Computer and Structures, 31, 1, 55-6, 1989. 5. O. C. Zienkiewicz, S.Valliapan and I. P. King, Int. Journal for Numerical Methods in Eng., 1, 75-100, 1969. 6. Arslan, N., Çelik, M., Arslan, N., Prediction of the Elastic-Plastic Behavior of Thermoplastic Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009 673

G. Örçen v.d. Eliptik Delikli Termoplastik Tabakalı Kompozit Levhalarda Plastik Gerilme Analizi Composite Laminated Plates ([0 0 /θ 0 ] ) With Square Hole, Composite Structures, 55, 37-49, 00. 7. Sayman, O., Aksoy, S., Elastic-Plastic Stress Analysis of Simply Supported and Clamped Aluminum Metal-Matrix Laminated Plates With a Hole, Composite Structures, 53, 355-64, 001. 8. Sayman, O., Akbulut, H., Meriç, C., Elasto- Plastic Stress Analysis of Aluminum Metal Matrix Composite Laminated Plates Under In- Plane Loading, Computers&Structures, 75, 55-63, 000. 9. Stasa, L.F., Applied F.E.Analysis for Engineer, Printed in USA,1985. 10. Gibson, FR. Principles of Composite Material Mechanics, Newyork, McGraw-Hill, 1994. 11. Örçen, G. Çelik Takviyeli Termoplastik Kompozit Levhalarda Elastik ve Elasto-Plastik Gerilme Analizi, Yüksek Lis. Tezi, Elazığ, 005. 674 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 4, No 4, 009