Çeşitli Sınır Koşullarına Sahip Tabakalı Kompozit Plakaların Sonlu Elemanlar Metodu Kullanılarak Kritik Burkulma Yükü Açısından İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada geniş açıklığa sahip (stadyum, hava limanı terminali, avm, spor salonu, vb.) alanları örtmede hafif, aynı zamanda burkulma dayanımı yüksek plak ve kabuk eleman ihtiyacına yönelik kullanılabilecek tabakalı plakların burkulma analizleri ANSYS® sonlu eleman paket programı yardımı ile incelenmektedir. Analizlerde plak eleman kenar formu, boşluk tipi ve tabakalanma açı varyasyonlarına bağlı parametreler kullanılmıştır. İlk olarak plak özellikleri, burkulma tanımı ve hesap metotları sunulmuştur. An-izotropik elastisite teorisi, tabakalı kompozit plak mekaniği ve sonlu elemanlar metoduna dair teorik bilgilerin derlenmesinin ardından tabakalı kompozit plakların sonlu elemanlar metodu ifadelerinin elde edilişi verilmiştir. Sonlu elemanlar yönteminin yaklaşık bir çözüm metodu olması sebebiyle çalışmamıza paralel literatürdeki bazı çalışmalara ait sonuçlarla kıyaslama analizleri yapılmıştır. Bu çerçevede çeşitli form, boşluk ve tabakalanma koşullarına sahip tabakalı kompozit plakların sonlu elemanlar yöntemi ile 294 ayrı lineer burkulma analizi yapılmış ve elde edilen sonuçlar ışığında belirlenen parametrelerin etkileri yorumlanmıştır. Çalışmanın literatüre katkısı, boşluk ve tabakalanma koşullarının yanında yay formundaki eğrisel serbest kenar etkisinin incelenmiş olmasıdır. Elde edilen sonuçlar neticesinde tabakalanma açısının belirgin şekilde kritik burkulma yükü üzerinde etkisinin olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, çalışmanın daha ileri taşınmasında yapışma kusurları (delaminasyon) mevcudiyeti ve non-lineer analiz ile kusurların ilerleyişinin incelenmesi durumlarının ele alınabileceği görüşüne ulaşılmaktadır.

In this study, laminated composite plates with lightweight and high buckling strength qualifications, could be used for the purpose of roofing the structures with large spans (stadium, airport terminal, mall, coliseum, etc.), were investigated with respect to critical buckling load by using finite-element software ANSYS®. In the analyses, variations of free edge forms of plate element, cutout types and lamination configurations were used as parameters. Firstly, general characteristic and behavior of plates, theory of stability and its calculation methods were presented. After giving basic information about theory of anisotropic elasticity, mechanics of laminated composite plates and finite-element method, obtaining of finite-element expressions of laminated composite plates were given. Because finite-element method is an approximate calculation method, some literature researches, that are similar to our study, were analyzed again for result validity comparison. Within this scope, 294 different critical buckling load analyses of laminated composite plates with various forms, cutouts and lamination conditions were performed by using finite-element method. Effects of those parameters were evaluated by the obtained results. Contribution to the literature of the current study is investigation of effects of curvilinear free-edge forms besides cutouts and lamination conditions. According to the obtained results, the fact that lamination condition has the most significant influence on the critical buckling load values is understood. For future work, existence of delamination might be considered and progression of the defect could be investigated by using non-linear analysis.