Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış tabakalı sandviç kirişlerin serbest titreşim analizi

Abstract

In the present study, vibration behaviors of the layered sandwich beams made of Functionally Graded Materials (FGM) are investigated for various specimen types and values of their natural frequencies are found. Accordingly, the project consists of two main parts as production of beams made of FGM and experimental work. The beam specimens that consist of Aluminum (Al) and Silicon Carbide (SiC) material pairs are produced by powder metallurgy method, and volume fractions of the constituents of the beams are varied along the thickness direction. Therefore, beam specimens will consist of isotropic, homogeneous distributed layers, and volume fractions of metal and ceramic phases are different in each layer. The natural frequencies of the beams are obtained by using of vibration measuring device. Two different layered sandwich beam models which made of FGM are prepared for experiments. In the first model, the pure metal is located in the middle section of the beam and the FGM is located in the upper and lower sections of the beam. As for the second model, the FGM is located in the middle section of the beam and the pure metal is located in the upper and lower sections of the beam. As a result of this, the effects of changing the location of the layers, which constitutes the sandwich beams, on the natural frequency can be observed. Furthermore, volume fractions of the constituents of the FDM are varied in both models. Thus, the effect of varying volume fractions of the constituents on the natural frequency can also be understood. The results obtained from experiments, factors (variation of volume fractions and locations of constituents) that affect the natural frequency of Functionally Graded (FG) beams are found. Thus, FG beams that have desired natural frequencies will be able to design.

Bu çalışmada, Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemeden (FDM) yapılmış tabakalı sandviç kirişlerin değişik numune tipleri için serbest titreşim davranışları araştırılmış ve doğal frekans değerleri bulunmuştur. Buna göre proje, FDM’den yapılmış kiriş üretimi ve deneysel çalışma olarak iki ana kısımdan oluşmuştur. Alüminyum (Al) ve Silisyum Karbür (SiC) malzeme bileşenlerinden oluşan kiriş numuneler toz metalürjisi yöntemi ile üretilmiş ve kiriş bileşenlerinin hacimsel oranları kalınlık boyunca değiştirilmiştir. Buna göre kiriş numuneler, izotropik homojen dağılımlı tabakalardan oluşmuş ve her tabakadaki metal ve seramik fazının hacimsel oranları farklı olarak elde edilmiştir. Kirişlerin doğal frekansları ise titreşim ölçme cihazı ile ölçülmüştür. Deneyler için iki faklı FDM’den yapılmış tabakalı sandviç kiriş modeli hazırlanmıştır. Birinci modelde saf metal, kirişin orta kısmında ve FDM, kirişin alt ve üst bölgelerinde bulunmaktadır. İkinci modelde ise FDM, kirişin orta kısmında ve saf metal, kirişin alt ve üst bölgelerinde bulunmaktadır. Bunun neticesinde, sandviç kirişleri oluşturan tabakaların yerlerinin değiştirilmesinin serbest titreşime etkisi görülmüştür. Ayrıca her iki modeldeki FDM bileşenlerinin hacimsel oranları değiştirilmiştir. Böylece bileşenlerin hacimsel oranlarının değişiminin doğal frekansa etkisi de anlaşılmıştır. Yapılan deneyler neticesinde elde edilen sonuçlardan Fonksiyonel Derecelendirilmiş (FD) kirişlerin doğal frekansına etki eden faktörler (bileşenlerin hacim oranlarının ve yerlerinin değişimi) elde edilmiştir. Bu sayede istenilen doğal frekans değerine sahip FD kirişler tasarlanabilecektir.