Süreksizlik bölgesine sahip tabakalı kompozit kirişlerin titreşim analizi

Abstract

Bu çalışmada, süreksizlik bölgesine sahip (delaminasyon) 16 tabakalı kompozit kirişlerin doğal frekans değişimleri incelenmiştir. Çalışma analitik, nümerik ve deneysel olmak üzere üç kısımdan oluşmuştur. İlk kısım Bernoulli-Euler hipotezine dayanan delaminasyonlu ve delaminasyonsuz kompozit kirişlerin analitik çözümüdür. İkincisi sonlu elemanlar programı olan ANSYS ticari kodu kullanan nümerik çalışmadır. Son bölüm deneysel çalışmalardan oluşmuştur. Elde edilen değerlerin doğruluğunu anlamak için aynı koşullar altında sonuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Analitik sonuçta delaminasyonsuz kirişler için etkin elastisite modülü izotropik malzemelerin doğal frekans denklemlerinde elastisite modülünün yerine kullanılmıştır. Delaminasyonlu kirişler içinde etkin elastirite modülü kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için deney numuneleri üretilmiştir. Deneysel çalışmalarda delaminasyonlu ve delaminasyonsuz kompozit kirişler için delaminasyonun yeri (kenar yada orta), büyüklüğü, sayısı (tekli yada çoklu)’na bağlı olarak frekans değişimleri araştırılmıştır. Ayrıca delaminasyonlu kompozit kirişin takviye açısının değişimi ([30]16, [45]16, [60]16, [90]16 ve [0/90]8), değişik sınır şartlarının (bir ucu ankastre diğer ucu serbest, her iki ucu ankastre), nem ve sıcaklığın etkisi de incelenmiştir. Sonuç olarak, tabakalı kompozit kirişin sınır koşullarının, delaminasyon yerinin tabaka açısının değişimi ile doğal frekansların değiştiği, çevresel sıcaklığın ve delaminasyon sayısının artması ile kirişin doğal frekansının azaldığı görülmüştür. Nemin ise tabakalı kompozit kirişlerin doğal frekanslarına kayda değer bir etki yapmadığı tespit edilmiştir.

In this study, it was investigated natural frequency changes of the laminated composite beams consisted of 16 plies with delaminated region. Study was composed of three parts as analytical, numerical and experimental studies. The first one was analytical solutions of delaminated and non-delaminated composite beams based on Bernoulli-Euler hypotheses. The second one was a numerical study using commercial finite element software called ANSYS. And the last part was made of an experimental study. Also, to see the correctness of the values obtained, the solutions were compared with each others under the same conditions. In the analytical solution, effective elasticity moduli for non-delaminated beams were used instead of elasticity modulus in the natural frequency equation of the isotropic materials and effective elasticity moduli with delamination were also used for delaminated beams. Test specimens for experimental study were produced. In experimental study, changes in frequencies were investigated considering numbers (singe or multiple), sizes and locations (middle or edge) of delaminations for delaminated and non-delaminated composite beams. It was also investigated effects of the stacking sequence ([30°]16, [45°]16, [60°]16, [90°]16 ve [0°/90°]8), of various boundary conditions (cantilever-free, clamped-clamped), of humidity and temperature (environmental conditions) on the natural frequencies of the laminated composite beams. It can be stated that natural frequenting of composite beams change with changes in beams’ delamination number and environmental temperature. Beams’ natural frequency decreases while beams’ delamination number and environmental temperature increase. As for humidity, it was also observed that humidity effects natural frequency of laminated composite beams to a very small extent.