ÜZERİNDE PENCERE KESİTLERİ BULUNAN POLİMER SİLİNDİRİK KOMPOZİT KABUKLARIN EĞİLME YÜKÜ ALTINDA BURKULMA ANALİZİ

Özet

Havacılık/uzay ve otomotiv sektöründe, karbon fiber takviyeli kompozit malzemelerin kullanımı son yıllarda hızla artmaktadır. Metallere göre daha yüksek özgül mukavemet ve katılığa sahiptirler, ayrıca daha hafif olmalarından dolayı da, kompozitler metallere göre havacılık ve uzay alanında daha çok tercih edilmeye başlanmıştır. Bu çalışmada, silindirik katmanlı kompozit bir yapıda, silindirin her iki yanına dikey eksene göre ±90°'lik pozisyonda simetrik olarak açılan dairesel pencerelerin bileşik yükleme altındaki burkulma ve hasar yüküne olan etkisi incelenmiştir. Silindirik kabuk üzerine açılan dairesel pencerelerin çapları değiştirilerek analizler gerçekleştirilmiş ve sonuçları tablolar ve grafikler halinde sunulmuştur. Silindirlerin burkulma ve hasar karakteristiklerinin tespit edilebilmesi amacıyla lineer burkulma analizi ve Riks metodu kullanarak lineer olmayan hasar analizleri yapılmıştır. Lineer olmayan analizler gerçekleştirilirken burkulma analizinden teorik olarak elde edilen kusurlar silindirik kabuğun kalınlığının %1, %2.5, %5 ve 10'u oranında analize dahil edilerek kusurların etkileri de incelenmiştir. Analizler gerçekleştirilirken ticari Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) programı olan ABAQUS kullanılmıştır. Silindirik kompozitlerdeki pencereler için tanımlanan her bir ölçü için lineer olmayan hasar analizleri yapılarak kusurların ve kesit ölçülerinin hasara olan etkileri incelenmiştir.

Abstract

Composite materials have many advantages when compared to metallic structures due to their better mechanical properties such as high specific stiffness and strength, high fatigue endurance and better impact properties. In addition, they offer higher corrosion and chemical resistance, better dimensional stability and design flexibility over metallic materials. Especially, in aerospace industry carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite is widely used because of its lightweight and high fatigue strength properties. The work presented in this study includes the effect of different size cutouts at both sides of the CFRP composite cylinder under pure bending. The results of a parametric study, concerning on the effects of a pair of cutouts symmetrically located at ±90° positions with respect to the vertical axis perpendicular to the bending axis, varying size of the cutouts and evaluating their effects on the buckling and maximum load levels of circular cylindrical shell were presented. The analysis methods that were used for the evaluation of the buckling and failure characteristics of shells include linear buckling analysis and nonlinear failure analysis using Riks method. During the nonlinear analysis, the imperfections coming from the buckling eigenvalue analysis were included at rates of 1%, 2.5%, 5% and 10% of the shell thickness to investigate the effect of imperfections. Analyses were performed using the commercial FEM solution ABAQUS. In that model, the stacking sequence was defined to be 24 layers of conventional fiber orientation angles.