Ansys Ile-sandvic Kompozit Kirilma Mekanigi

30

3.3 Saysal Modelleme 3.3.1 Analiz Ynteminin Belirlenmesi

ekil 3.7 Ansys analiz yntemi

[Main Menu>Prefences>Structural] komutlarn takip ederek yapacamz analiz sadece gerilmelerle ilgili olduundan Structural actif hale getirilir ve Ok tklanarak pencere kapatlr. 3.3.2 Birim Atama Problem zmnde kullanacamz verileri kullancnn atamasn seerek kendi birimlerimiz ile ilem yapabiliriz. Bylece bulunan sonular girilen deerlerimizin birimlerine gre kacaktr. rnek: P (N) giriliyorsa seimler (mm), Kc N/mm3/2 olarak kacaktr. [Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Library > Select Units> User> Ok]

ekil 3.8 Ansys birim belirleme

31

3.3.3 Seilen Malzeme zelliklerinin Atanmas Problem tanmnda verilen verilere uygun olarak malzememizin atamas yaplr. Bu projede kullanacamz sandwich kompozit malzemeler iin Solid 82 nin seimi uygun olacaktr. [Main Menu> Preprocessor>Element Type> Add> Solid 8 node 82>Ok]

ekil 3.9 Eleman atama

Bu seimin ardndan Option tklanarak kalnlk ile gerilme analizi yaplacak bir malzeme olacan belirtiriz. (Plane sts w/thk) Bylece kalnlmz ihmal edilmeyecektir. [Main Menu> Preprocessor>Element Type> Options> Plane sts w/thk> Ok] Malzememizin lineer elastik izotropik zellik gsterdiini belirtelim. Sandwich kompozit modelimiz iin, kabuk ve ekirdek olmak zere 2 tip malzeme oluturmamz gerekmektedir. [Main Menu> Preprocessor> Metarial Props> Structural> Lineer> Elastic> Isotropic]

32

ekil 3.10 Malzeme davrann belirleme

Malzememizin tantmndan sonra bizden malzemenin analizi iin gerekli verileri isteyen kk bir pencere aacaktr. Malzememizin Elastise modln ve poison oran burada belirtilmelidir. 3.3.4 Numunenin Geometrisini Oluturma Geometrik model oluturmadaki en temel yntem noktalardan dorular, dorulardan alanlar oluturmaktr. K deerini belirlemek iin eksen takmn atlak dibine yerletireceiz. Aksi taktirde K hesabnda atlak dibinde lokal bir eksen tanmlamamz ve aktif hale getirmemiz gerekecek. Bu lokal eksenlerin ynleri uygun seilmedii taktirde ise zmlerde problemler kabilmektedir. Bu gibi problemlerle karlamamak iin global eksen takmmz atlak dibine yerletirmek byk bir kolaylk salar. X ekseninin atlak almas (atlaa dik) dorultusunda olmas gerekir. 3.3.5 Kilit Noktalarn Oluturulmas (Keypoints) Geometrik modelimizi karakterize eden noktalar (keypointleri) oluturalm. Burada dikkat etmemiz gereken unsur; atlak blgesinin, aralarnda boluk bulunmayan iki yzeyden meydana gelmesidir. Burada st ste iki izgi tanmlayacaz. Bir izgi stteki alana, dieri alttaki alana ait olacak. Bu sebeple atlak ucunda ayn koordinatlara sahip iki nokta tanmlayacaz. [Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Keypoints> On Active Cs ]

33

ekil 3.11 Anahtar noktalarn alma dzleminde belirmesi

ekil 3.12 Anahtar noktalarn listesi

3.3.6 izgilerin Oluturulmas (Lines) Bu admda dikkat etmemiz gereken unsur atlak blgesinde iki doru meydana getirmektir. Bizim modelimiz de bu dorular 1-2 ve 1-3 noktalarndan oluan dorulardr. [Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Lines> Straight Line ]

34

ekil 3.13 izgilerin oluturulmas

3.3.7 Alanlarn Oluturulmas (Areas) Alanlar olutururken dikkat etmemiz gereken unsur atlak blgesinde oluturduumuz iki dorunun birinin alttaki alana dierinin de stteki alana ait olacak ekilde ayarlanmasdr. [Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas > Arbitrary> By Lines]

35

ekil 3.14 Kat model numune

ekilde grld gibi modelimiz kabuk ve ekirdek malzemesi olmak zere 2 farkl malzemeden olumaktadr. 3.3.8 Oluturulan Alanlara Malzemelerin Atanmas Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Picked Areas seeneinden oluturulmu alanlara, kabuk ve ekirdek malzeme atamalar yaplr.

ekil 3.15 Malzemelerin atanmas

36

3.3.9 Elemanlara Ayrma (Meshing) Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Free seeneinin ardndan alan seilir ve mesh edilir.

ekil 3.16 Mesh ayar

Krlma mekaniinde, sonlu elemanlar modelinde atlak etrafndaki elemanlarn evre boyunca gen elemanlar (singular) olmas gerekir. Bunu iin atlak dibindeki 1 nolu KeyPoint te bu zellik aadaki gibi tanmlanr. [Main Menu> Preprocessor> Modeling> Meshing> Size Cntrls> Concenrats KPs]

37

ekil 3.17 atlak ucunun younlatrlmas

[Main Menu> Preprocessor> Modeling> Meshing> Mesh > Areas > Free > Pick All] Komutu ile Meshing ilemimizi sonlandryoruz. Younluun seilen nokta etrafnda olduuna dikkat edelim.

ekil 3.18 Mesh edilmi model

38

ekil 3.19 atlak ucu

3.3.10 Snr artlarnn Girilmesi Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes Seenei ile alan pencerede mesnet noktalarnn bulunduu izgiler seilir ve snr artlar uygulanr.

ekil 3.20 Snr artlarnn uygulanmas

39

3.3.11 Ykn Uygulanmas Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes seenei ile alan pencereye yk girilir.

ekil 3.21 Ykn uygulanmas

ekil 3.22 Snr artlar uygulanm model

40

3.3.12 zmn Balatlmas Main Menu > Solution > Solve > Current LS seenei ile zm balatlr.

ekil 3.23 zmn balatlmas

3.3.13 atlak Yzey Yolunun Tanmlanmas Main Menu > General Postproc > Path Operations > Define Path > By Nodes eeneinin ardndan simetri zelliinin kullanlmad modelde be adet dm noktas belirlenir. Seilen ilk dm noktas atlak ucunda olup, geri kalan dier drt dm noktasnn ikisi atlak kenarnn sol yzeyi zerinde, kalan ikisi de sa yzeyi zerinde seilir.

ekil 3.24 atlak yzey yolu tanmlanmas

41

ekil 3.25 atlak yzey yolu dm noktalar

3.3.14 Gerilme iddet Faktr Deerinin Bulunmas (KIC) Main Menu > General Postprocessor > Nodal Calcs > Stress Int. Factr seenei ile alan pencerede dzlem deformasyon durumu seilir ve gerilme iddet faktr deeri okunur.

ekil 3.26 Gerilme iddet faktr deerinin ansyste bulunmas

42

BLM DRT SAYISAL ANALZ SONULARI (ANSYS LE) 4.1 Deneysel ve Saysal Analiz Sonular 4.1.1 PVC Sandvi Malzemesi Deneysel Sonular Test edilecek sandwich PVC kpk ekirdek malzemesinin younluu 80 200 kg/m3 aralnda deimektedir. PVC kpk ekirdek malzemeleri iin kabuk malzemesi olarak E-Cam / Vinilester kullanlacaktr. 100 kg/m3 Carbon/Epoksi kabuk malzemesine sahip bir PVC ekirdek malzemeside arayzey krlma tokluu deerinin yzey malzemesinden bamsz olduunu gstermek iin modellenmitir.Tablo 4.1 Krlma iin uygulanan ykleme deerleri

Panel H80/G H100/G H100/C H130/G H200/G

Uygulanan Kuvvet, N 151.97 244.74 294.25 300.10 352.34

Tablo 4.2 PVC sandvi malzemenin deneysel krlma tokluu deerleri

Krlma Toklugu (Gc) Deneysel Sonular Sandvi Malzeme (ekirdek Younluu kg/m3) H80/G (80) H100/G (100) H100/C (100) H130/G (130) H200/G (200) Ortalama J/m2 367.33 557.53 565.42 877.70 1349.75

42

43

4.1.2 PVC Sandvi Malzemesi Saysal Analiz Sonular

4.1.2.1 H80 / G Sandvi Kompozit Malzemesi

ekil 4.1 H80 / G sandvi kompozitin ekil deitirmesi

Tablo 4.3 H80/G gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 23000. NUXY = 0.11000 AT TEMP = 0.0000 **** 2 7046 8879 8889 7057 7069

**** KI = 303.46 , KII = 52.758

, KIII = 0.0000

44



Tablo 4.4 H100/G gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 23000. NUXY = 0.11000 AT TEMP = 0.0000 **** 2 7046 8880 8890 7059 7069

**** KI = 359.24 , KII = 30.084

, KIII = 0.0000

45

4.1.2.3 H100 / C Sandvi Kompozit Malzemesi

ekil 4.3 H100 / C sandvi kompozitin ekil deitirmesi

Tablo 4.5 H100/C gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 47500. 2 7046 8880 8887 7054 7063

NUXY = 0.40000E-01 AT TEMP = 0.0000 , KIII = 0.0000 ****

**** KI = 524.63 , KII = 100.75

46



Tablo 4.6 H130 / G gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 23000. NUXY = 0.11000 AT TEMP = 0.0000 **** 2 7046 8876 8888 7060 7072

**** KI = 452.17 , KII = 26.332

, KIII = 0.0000

47



Tablo 4.7 H200 / G gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 23000. NUXY = 0.11000 AT TEMP = 0.0000 **** 2 7046 8877 8885 7058 7068

**** KI = 561.48 , KII = 9.9094

, KIII = 0.0000

48

4.1.3 Balsa Sandvi Malzemesi Deneysel Sonular Test edilecek sandwich Balsa ekirdek younluu 90 ve 155 kg/m3 lk iki farkl younluk kullanlacaktr. Balsa ekirdek malzemeleri kabuk malzemesi olarak ECam / Vinilester kullanlacaktr.Tablo 4.8 Krlma iin uygulanan ykleme deerleri

Panel LD7 (D57) PB (D100)

Uygulanan Kuvvet, N 151.97 352.34

Tablo 4.9 Balsa sandvi malzemenin deneysel krlma tokluu deerleri

Krlma Toklugu (Gc) Deneysel Sonular Sandvi Malzeme (ekirdek Younluu kg/m ) LD7 (D57) PB (D100)3

Ortalama J/m2 693.15 1008.07

49

4.1.4 Balsa Sandvi Malzemesi Saysal Analiz Sonular 4.1.4.1 D57 / G Sandvi Kompozit Malzemesi

ekil 4.6 D57 / G sandvi kompozitin ekil deitirmesi

Tablo 4.10 D57 / G gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 23000. NUXY = 0.11000 AT TEMP = 0.0000 **** 2 7046 8877 8885 7058 7068

**** KI = 404.51 , KII = 9.9094

, KIII = 0.0000

50

4.1.4.2 D100 / G Sandvi Kompozit Malzemesi

ekil 4.7 D100 / G sandvi kompozitin ekil deitirmesi

Tablo 4.11 D100 / G gerilme iddeti faktr sonular **** CALCULATE MIXED-MODE STRESS INTENSITY FACTORS **** ASSUME PLANE STRAIN CONDITIONS ASSUME A FULL-CRACK MODEL (USE 5 NODES) EXTRAPOLATION PATH IS DEFINED BY NODES: WITH NODE 7046 AS THE CRACK-TIP NODE USE MATERIAL PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER EX = 23000. NUXY = 0.11000 AT TEMP = 0.0000 **** 2 7046 8877 8885 7058 7068

**** KI = 491.24 , KII = 9.9094

, KIII = 0.0000

51

4.2 Saysal Analiz Sonularna Gre (Gc) Krlma tokluunun Hesaplanmas

Tablo 4.12 Gerilme iddeti faktr deerleri

Gerilme iddeti Faktr (KIC) Sandvi Malzeme H80/G H100/G H100/C H130/G H200/G LD7 (D57) PB (D100) N/mm3/2 303,46 359,24 524,63 452,17 561,48 404,51 491.24

Analiz sonucunda bulunan gerilme iddeti faktrleri Denklem (19) kullanlarak, aa kan ekil deitirme enerjisi oran (Krlma tokluu deeri GC) bulunur.Tablo 4.13 Krlma tokluu deerleri

Krlma Toklugu (Gc) Deerlerinin Saysal Analiz Sonular Sandvi Malzeme H80/G H100/G H100/C H130/G H200/G LD7 (D57) PB (D100) GC (J/m2) 400,38 561,10 579,44 888,94 1370,69 711,42 1049,20

52

BLM BE SONULARIN DEERLENDRLMES Bu tez kapsamnda, Shivakumar tarafndan deneysel metotla krlma tokluu deerleri elde edilen farkl younluklardaki farkl ekirdek malzemesine sahip sandvi kompozit malzemelerin nmerik olarak ansys ile simlasyonu yaplmtr. Modelleme deneyde de kullanlan gelitirilmi Mode I CSB testi kullanlarak yaplmtr. Tablo 5.1.de farkl younluklardaki Balsa ve PVC sandvi kompozit malzemelere ait ANSYS yazlm ile belirlenen krlma tokluu deerleri verilmi ve bu deerler deneysel metotla belirlenen deerlerle karlatrlm, doruluk oranlar sonularn hemen altnda verilmitir. Tablo 5.1.den elde edilen verilerle ANSYS yazlmnn gvenilirlii ve krlma mekanii analizleri iin uygunluu aka grlse de mesh younluunun sonular etkiledii gerei de gz ard edilmemelidir. ANSYS yazlm kullanlarak yaplan krlma mekanii analizleri, deneysel metotla elde edilen sonularla desteklenmelidir. Tablo 5.1.den de grld gibi krlma tokluu deeri ekirdek malzeme younluuna baldr. PVC kpk malzemenin arayzey krlma tokluu deeri, yalnz ekirdek malzeme krlma tokluu deerinden belirgin bir ekilde yksektir. Tablodan grld gibi krlma tokluu deeri yzey malzemesinden bamsz fakat ekirdek malzemesinin younluuyla doru orantldr.

52

Documents

Ansys Ile-sandvic Kompozit Kirilma Mekanigi