Tabakalı termoplastik kompozit kirişlerde termal gerilmelerin sonlu elemanlar metoduyla analizi

Abstract

Son yıllarda kompozit malzemelerin yüksek mukavemet performansı ve yüksek sıcaklık dayanımından dolayı başta uçak sanayi olmak üzere dünya sanayisinde kullanımı ve önemi hızla artmıştır. Buna paralel olarak metal matrisli kompozit levha, plak ve kirişlerin deformasyonu sonucunda oluşan gerilmelerin en iyi şekilde hesaplanması çok önemlidir. Kompozit kirişler çeşitli makine ve yapı elemanlarında sıcaklık etkisi altında kalmaktadır. Sıcaklık etkisinde kalan termoplastik kompozitler, oluşan gerilmeler sonucu erken deformasyona veya plastik akmaya maruz kalabilirler. Bundan dolayı kompozitlerin termal gerilme analizleri çok önemlidir. Bu çalışmada sonlu elemanlar metodu kullanılarak bilgisayar yardımıyla (ANSYS), elastik gerilme analizi (0°/90°)2 çapraz takviyeli ve (30°/300)2,(450/45°)2, (60°/ 60°) 2 simetrik açılı takviyeli metal matrisli tabakalı kompozit levhalar için termal elastik gerilme analizi yapılmıştır. Simetrik tabakalı levhalar, levhaların bütün kenarları x ve y yönünde sabit olarak basit mesnetli olarak mesnetlenmiş ohıp, kalınlık boyunca termal yüklere maruz bırakılmıştır. Ansys programı yardımıyla, sınır şartları uygulandıktan sonra termal elastik gerilme-şekil değiştirme ilişkileri bulunmuştur. Çözümde sıcaklık üst düzeyde T0, alt yüzeyde sıfır olacak şekilde uygulanmıştır. Ayrıca sıcaklık üst yüzeyde T0, alt yüzeyde - T0 olarak alınmıştır. Bu termal yüklere maruz simetrik tabakalı levhalar için kalınlık boyunca oluşan elastik Von-misses gerilmeleri hesaplanmıştır. Hesaplanan gerilmeler ve şekil değiştirme ilişkileri şekil ve grafikler halinde gösterilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Termoplastik Kompozit, Elastik Gerilme Analizi, Tabakalı Kiriş, Termal Gerilme Analizi

VI Metal-matrix composites have been used in world industry, especially in plane industry, because of their high specific stiffness and high temperature performance. Therefore, metal- matrix composite's (panel, plate and beam) deformation must be calculated perfect. Composite beams are applied by thermal loads. Thermal loads can cause premature failure or plastic yielding in structures. Because of this, the thermal stress analysis is very important. In this study, the thermal elastic stress analysis is carried out on symmetric cross-ply (0°/90°)2 and symmetric angle-ply (300/300)2,(450/45°)2, (60°/ 60° )2 metal-matrix composite laminated beams. Laminated composite beams are simply supported and subjected to constant temperature change through the thickness. By using Ansys program, the solution is performed for satisfying elastic stress-strain relations and boundary conditions. In solution, temperature is T0 at the upper surface and zero at the lower surface. In addition, it is TQ at the upper surface and -T0 at the lower surface. Elastic von misses stresses are obtained for symmetrical laminated beams under thermal loads along the thickness of the beam. Elastic stresses, stress-strain relations are presented in diagram and figures. KEY WORDS: Thermoplastic Composite, Elastic Stress Analysis, Laminated Beam, Thermal Stress Analysis.