Katmanlı Kompozit Yapıların Topoloji Optimizasyonu

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: ERKAN YILMAZ

Danışman: Recep Güneş

Özet:

Mekanik tasarımlarda en uygun yapıya karar verilebilmesi için geometrik şeklin ve malzemenin belirlenmesi en öncelikli cevaplandırılması gereken sorulardandır. Bu soruların cevaplanabilmesi için mühendislikte temel iki yaklaşım benimsenmiştir. Bunlardan birincisi bir tasarım alanı ve malzeme belirleyip bunun üzerine gerekli analizlerin yapılmasıdır ki bu yöntem çok fazla zaman almaktadır ve buna karşılık en uygun tasarım elde edilemeyebilir. İkinci yaklaşım ise daha kısa sürede en uygun tasarımın elde edilebilmesini sağlayan yapısal optimizasyon yöntemleridir. Bu yöntemlerde iteratif bir yol izleyerek, sistemin çalışma koşullarına ve malzemeye göre en uygun tasarım alanını sunmaktadırlar. Yapısal optimizasyonlarda en yaygın olarak kullanılan yöntem topoloji optimizasyonudur. Bu tez çalışmasının amaçlarından birincisi farklı serim açılarına sahip karbon fiber takviyeli kompozit yapılar üzerine yapısal topoloji optimizasyonu uygulayarak, geometrilerin yük altındaki kuvvet-yer değiştirme ve enerji sönümleme kabiliyetlerinin deneysel olarak tespit edilmesidir. Çalışmanın diğer amacı, kompozit yapıların modal topoloji optimizasyon analizleri ile elde edilen geometrilerin titreşim ve sönüm karakteristiklerinin deneysel olarak belirlenmesidir.

Çalışmalarda takviye malzemesi karbon fiber, matris malzemesi reçine olan preprek kompozit lamine yapılar kullanılmıştır. Bu kompozit plakalar sonlu elemanlar yazılımı olan Ansys^® programında modellenmiştir. Modellemelerde kullanılan malzeme özellikleri deneysel çalışmalarla elde edilmiştir. İlk kısımda, farklı açılardaki lamine plakalardan oluşan modeller üzerine kütle kriterine göre Yapısal Topoloji Optimizasyonu yapılmış ve buradan elde edilen geometriler üzerine üç nokta eğme deneyleri yapılmıştır. İkinci kısımda, frekans ve kütle kriterlerine göre Modal Topoloji Optimizasyonu yapılmıştır ve buradan elde edilen geometriler üzerine deneyler yapılmıştır. Farklı tasarım parametrelerine sahip olarak elde edilen modeller talaşlı imalata uygun olacak şekilde düzenlenmişlerdir.

Farklı fiber açı yerleşimine sahip lamine yapılardan oluşan kompozit plakalar ısı kontrollü pres altında kalıp yardımıyla üretilmiştir. Bu plakalardan, optimizasyon sonucunda elde edilen geometriler talaşlı imalat yöntemleri ile üretilmiştir. Yapısal analiz sonucunda elde edilen numuneler üzerine üç nokta eğme testi yapılarak şekilde değiştirme enerjileri incelenmiştir. Modal analiz kapsamında elde edilen numunelerin doğal frekans ve sönümleme davranışları deneysel olarak incelenmiştir.