AI Summary & Key Takeaways
AI InsightAccording to the results obtained, it has been observed that the fiber angle and crack depth can change the natural frequency values of CFRP composite beams generally between 10% and 20%, and the fiber angle is more effective in the change of natural frequencies compared to the crack depth.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Today, composite materials are preferred in many different areas such as aerospace, automotive, defense, and marine, due to the high strength and lightness provided by fiber and matrix materials, respectively. It is known that cracks that occur in structures made of composite materials affect the mechanical and vibration properties of the structure. In this study, whether there is a crack in a 50% carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite beam, and if it does, how the 1, 2, 3, 4 and, 5 mm deep crack affects the vibration behavior of the beam was investigated using the Ansys APDL finite element analysis program. CFRP composite beams with different crack depths and without cracks were modeled in the Ansys APDL program. Besides, the material properties of the composite materials determined by the mixing rule equations were assigned in finite element analyzes. CFRP composite beams with 200 mm length, 20 mm width total thickness of 3 mm which consisting of 6 layers with 0,5 mm thickness and same fiber angle was fixed from left end and the right end of the beam kept free. In addition, the fiber angles of the 6-layer CFRP composite beam were changed to 0⁰, 15⁰, 30⁰, 45⁰, 60⁰, 75⁰, and 90⁰, and the effects of the fiber angle on the natural frequency of the cracked and untracked beam were also examined. According to the results obtained, it has been observed that the fiber angle and crack depth can change the natural frequency values of CFRP composite beams generally between 10% and 20%, and the fiber angle is more effective in the change of natural frequencies compared to the crack depth.
Özet
Bu çalışmada, % 50 karbon fiber takviyeli polimer (KFTP) kompozit bir kirişte çatlak bulunup bulunmaması, bulunması durumunda ise 1, 2, 3, 4 ve 5 mm derinliğindeki çatlağın ilgili kirişin titreşim davranışlarını nasıl etkilediği Ansys APDL programı kullanılarak sonlu elemanlar analizi yöntemiyle incelenmiştir. Farklı çatlak derinliğine sahip ve çatlaksız KFTP kompozit kirişler Ansys APDL programında modellenmiş olup, malzeme özellikleri olarak da kompozit malzemelerin karışım kuralı eşitlikleri ile belirlenen malzeme özellikleri sonlu eleman analizlerinde atanmıştır. Ayrıca, 200 mm uzunluğunda, 20 mm genişliğinde ve aynı fiber açılarına sahip her biri 0,5 mm kalınlıkta 6 katmandan oluşan toplam kalınlığı 3 mm olan KFTP kompozit kirişler sol kenarından ankastre mesnetlenmiş, sağ kenarı ise serbest uç olarak bırakılmıştır. Ek olarak, 6 katmandan oluşan KFTP kompozit kirişin fiber açıları da 0⁰, 15⁰, 30⁰, 45⁰, 60⁰, 75⁰ ve 90⁰ olacak şekilde değiştirilerek, fiber açısının çatlaklı ve çatlaksız kirişin doğal frekansına olan etkileri de irdelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, fiber açısının ve çatlak derinliğinin KFTP kompozit kirişlerin doğal frekans değerlerini genel olarak % 10 ile % 20 aralığında değiştirebildiği, doğal frekansların değişiminde çatlak derinliğine nazaran fiber açısının daha etkili olduğu görülmüştür.