Kompozit malzemelerde gerilme dağılımlarının sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi

Abstract

Sanayileşme sürecini tamamlamış, gelişmiş ülkelerin endüstrilerinde kullandıkları kompozit malzemelerin uygulama alanları artık bilinmektedir. Kompozit malzemeler, yüksek mukavemet /ağırlık oranları nedeni ile havacılık ve diğer endüstri dallarında giderek yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Sonlu Elemanlar Metodu'nun çok değişik problemlere yaygın bir biçimde uygulandığı bilinmektedir. Sonlu Elemanlar Metodu'nun pratikte kullanılışı, matris cebri ve bilgisayar kullanımını temel almaktadır. Bu metodun anlaşılabilmesi ve uygulanabilmesi için matrisler ve matris işlemleri, elastisite teorisindeki temel kavramlar, enerji prensipleri ve bilgisayar için programlama tekniği bilinmelidir. Sonlu Elemanlar Metodu ile ilgilenenlerin bilgisayar için programlama tekniğini bildiği burada kabul edilmektedir. Bu çalışmada, kompozit malzemeden yapılmış bir sistem (parça) üzerine eksenel simetrik olarak delinen bir delik etrafın da oluşturulmuş yayılı yükten dolayı sistemin deformasyonu ve dolayısı ile oluşan gerilme yığılmaları Sonlu Elemanlar Metodu ile incelenmiştir. Sonlu eleman ve analitik çözüm sonuçları karşılaştırıldığında, sonlu eleman sonuçlarının kabul edilebilir bir yaklaşıklıkta olduğu belirlenmiştir. Sayısal olarak elde edilen gerilme değerleri, gerilme dağılımının değişimini göstermek için boyutsuz koordinatlarda grafikler halinde verilmiştir. Verilen formülasyonlar, geometri ve malzeme özellikleri bakımından eksenel simetrik herhangi bir probleme uygulanabildiği gibi, eksenel simetrik herhangi bir başka problemde de kullanılabilecektir. Deneysel işlemler bölümünde ise ticari ismi NE0XI1 RP 325 olan polyester reçinesi ve takviye malzemesi olarak da cam keçe kullanılarak çeşitli numuneler yapılmıştır. Sonlu eleman çözümünde sistemin y-z düzlemindeki kesiti ne olursa olsun ek bir zorluk ortaya çıkmamaktadır.

Nowadays, the application fields of Composite Mate rials which are used in industrialized countries having highly- developed technologies are well-known Composite Materials have been used ever- increasing in the aero-space and other industries due to their high strength/ weight ratio. The Finite Element Method is known to he applied widely to different types of problems. The practical use of finite element analysis is based on matrix algebra and the use of the digital computer. In order to understand and apply this method, matrix and matrices procedure, basic coneept in elasticity theory, energy prenciples and program ming tecnique for digital computer should be known. Re searchers who are interested in using Finite Element Method are supposed to know computer programming. In this study, on a system made from composite mate rials is made an axial- symmetric hole. System deformation due to distributed load and stress concentration is examined by finite element method. It is seen that the finite element results are very close to results of the analytical solution when they are compared with each other. The stresses obtained numerically are plotted graphi cally in dimensionless coordinates to show variation of stress distributions. Given formulas are readily applicable to any problem with axial- symmetric properties in respect to geometry and mate rial structure or to any axial- symmetric problem as well. In the chapter of experimental studies, by using polyester resin which its commercial name is HE0XI1 RP 325 and glass woven as reinforcing materials, different test specimens are prepared. The cross-section geometry of the system in the y-z plane does not cause any additional problem in the finite element solution.