Analysis of Angle of Twist of Axially Layered Functionally Graded Circular Hollow Shafts

Eksenel Yönde Tabakalı Fonksiyonel Derecelendirilmiş Dairesel İçi Boş Şaftların Burulma Açısı Analizi

Abstract

In this study, the angle of twist of axially layered functionally gradedcircular hollow shafts subjected to a twisting torque at the free end was analyzedunder clamped-free boundary conditions using finite element software ANSYS. Thehollow shafts were made using three layers including various mixtures of ceramicand metal materials. Layer locations on the shafts were performed using L9orthogonal array based on Taguchi Method. The layer combination with optimumlevels was obtained using analysis of the signal-to-noise (S/N) ratio. Significantlayers and their percent effects on the angles of twist were analyzed using analysisof variance (ANOVA). According to results obtained, the increase of the ceramicmaterial in layers leads to the decrease of the angle of twist of the beams. The mostmeaningful layers on response were obtained as first layer with 52.83 % effectratio, second layer with 29.41% effect ratio, and third layer with 17.76 % effectratio.

Özet

Bu çalışmada, serbest uçundan burulma torkuna maruz kalmış eksenel yönde tabakalı fonksiyonel derecelendirilmiş dairesel içi boş şaftların tutuluserbest sınır şartı altında sonlu elemanlar yazılımı ANSYS kullanarak burulma açısı analiz edilmiştir. Dairesel içi boş şaftlar seramik ve metal malzemelerin değişik karışımlarını içeren üç tabaka kullanarak yapıldı. Şaftlar üzerinde tabaka konumları Taguchi metoduna bağlı L9 ortogonal dizi kullanılarak gerçekleştirildi. Optimum seviyeli tabaka kombinasyonu sinyal-gürültü oran analizi kullanılarak elde edildi. Burulma açısı üzerinde önemli tabakalar ve onların yüzde etkileri varyans analizi (ANOVA) kullanılarak analiz edildi. Elde edilen sonuçlara göre, tabakalardaki seramik malzeme artışı kirişlerin burulma açısı azalmasını sağlamıştır. Yanıtlar üzerinde en anlamlı tabakalar % 52.83 etki oranı ile birinci tabaka, % 29.41 etki oranı ile ikinci tabaka ve % 17.76 etki oranı ile üçüncü tabaka olarak elde edilmiştir.