Sıcaklık etkisi altındaki tabakalı kompozit plakların statik ve titreşim davranışlarının incelenmesi

Abstract

Kompozit malzemeler iki ya da daha fazla malzemelerin bir araya gelerek daha üstün bir malzeme elde etmek amacıyla oluşturulan malzemelerdir. Kompozit malzemeler içinde sıkça tercih edilen tabakalı (laminantlı) kompozitler birçok mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Tabakalı kompozit yapılarda oluşan olumsuz durumlardan biri olan tabaka birleşimlerindeki çatlaklar, özellikle yüksek sıcaklık etkisinde oldukça sık görülmekte ve yapının göçmesine neden olmaktadır. Bu yüzden yüksek sıcaklığa maruz yapılarda kullanılan kompozit tabakalı yapıların mekanik davranışlarının iyi analizi ve yorumlanması oldukça önem arz etmektedir. Bu çalışmada sıcaklık etkisi altındaki kenarlarında serbestçe mesnetlenmiş tabakalı kompozit plakların, sıcaklığa bağlı malzeme özelliği ile birlikte statik ve titreşim davranışları incelenmiştir. Tabaka malzeme özellikleri ortotropik ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Kayma etkilerinin dikkate alan birinci mertebeden kayma şekil değiştirme plak teorisi ile birlikte virtüel iş prensibinden yararlanılarak probleme ait yönetici denklemler elde edilmiştir. Elde edilen denklemler Navier yöntemi ile çözülmüştür. MATLAB programında algoritmalar yazılarak ve sayısal sonuçlar elde edilmiş, grafikleri çizdirilmiştir. Çalışmada, malzeme özelliklerinin sıcaklığa bağlı olması özelliği ile birlikte kompozit plağın farklı tabaka sayıları, tabaka dizilimleri, fiber yönlenme açıları, sıcaklık değerleri ve plağın geometrik özelliklerine göre, sıcaklık artışı ile birlikte statik ve titreşim sonuçları elde edilmiş ve yorumlanmıştır. Kompozit plağa ait yer değiştirmeler, gerilmeler, doğal frekanslar tablolar ve grafikler üzerinden sunulmuştur. Malzeme özelliklerinin sıcaklığa bağlı olma ve olmama durumları arasındaki farklar, statik ve titreşim sonuçları üzerinden etraflıca incelenmiş ve kıyaslanmıştır. Birinci mertebeden kayma şekil değiştirme plak teorisi ve bu teorinin özel durumu olan klasik plak teorisi arasındaki farklar ise sıcaklık etkisi ile birlikte yer değiştirmeler, gerilmeler ve doğal frekanslar yönünden elde edilmiş ve yorumlanmıştır. Literatürde konuya yakın çalışmaların özel sonuçları ile karşılaştırma çalışmaları yapılmıştır.

A composite material consists of two or more different materials in order to obtain a superior material. The laminated composites, which are frequently preferred in composite materials, are used in many engineering applications. In the high temperature effect, cracks in laminated composites frequently occur at the layer interfaces. Therefore, the understanding in the mechanical behavior of laminated composite structures in high temperature effect is very important. In this study, the static and vibration behavior of the simply supported laminated composite plates are investigated within the temperature-dependent material property. The material of laminas is considered as orthotropic and temperature-dependent. In order to obtain the governing equations of the problem, the first order shear deformation plate theory and virtual work principle are used. In solution of the governing equations, the Navier solution is used. By using MATLAB program, the numerical results and graphs are obtained. In this program, the effects of the layer numbers, stacking sequences, fiber orientation angles, different temperature values and geometric properties of the laminated plates on the static and vibration responses are investigated and discussed. The displacements, stresses and natural frequencies of laminated composite plates are presented in tables and graphs. The differences between the results of temperature-dependent and independent material properties are examined and compared. Also the difference between the first order shear plate theory and the classical plate theory is compared in the displacements, stresses and natural frequencies of the laminated composite plates. Some of the particular results of the present study are compared with the results of the published results in the literature.