Tabakalı biyokompozitlerin kırılma performanslarının stokastik yöntemler kullanarak optimize edilmesi

Abstract

Son yıllarda lif takviyeli, tabakalı kompozit malzemeler, dayanıklılık ve hafiflik gibi avantajlarından dolayı mühendislik uygulamalarında artarak kullanılmaktadır. Otomotiv endüstrisinde çevreci yaklaşımlar; tarımsal sürdürülebilir ve hafif malzemeler olan doğal liflerin cam liflerine alternatif takviye malzemesi olarak kullanılmasının büyük önem taşıdığını ifade etmektedirler. Doğal lifler arasında, düşük yoğunluk ve diğerlerine nazaran yüksek özgül mukavemet özellikleri ile keten lifleri en çok ilgi çeken liftir. Kompozit malzemelerde kullanılan doğal liflerin standart sentetik liflere nazaran dayanımları düşük olduğundan kırılma performanslarının artırılmaya ihtiyacı vardır. Bu tezde, iki eksenli düzlem içi bası yükleri altında ve dört taraftan basit mesnetli 64 tabakalı Keten/polipropilen biyokompozit ve 64 tabakalı Grafit/epoksi plakaların burkulma karşıtı davranışlarının optimum tasarımı Maksimum Gerilme, Tsai-Wu ve Hashin - Rotem kriteri esas alınarak stokastik yöntemlerden Nelder-Mead Algoritması ile araştırılmıştır. Tabakalar, simetrik ve balans olarak alınmıştır. Amaç fonksiyonu olarak kritik burkulma indeksi ve tasarım değişkenleri olarak fiber oryantasyonları alınmıştır. Çeşitli yükleme durumları ve plaka a/b boyut oranları için kritik burkulma indeksi maksimize edilmiştir. Elde edilen optimum tasarımlar Maksimum Gerilme, Tsai-Wu ve Hashin-Rotem kırılma kriterinden yararlanılarak tabaka tabaka kontrol edilmiştir. Sonuç olarak, tabakalı biyokompozitlerin burkulma ve kırılma dayanımı göz önüne alınarak optimum tasarımlarının plaka a/b boyut oranına, yük ve yük oranına bağlı olduğu bulunmuştur.

In decades years fiber-reinforced, layered composite materials have been acceleratingly used in engineering practises due to their advantages such as durability and weightlessness. Environmentalist approaches in the automotive industry is expressed that the use of natural fibers, which are agricultural sustainable and light materials, as an alternative reinforcing material to glass fibers is of utmost importance. In the natural fibers, flax fibers are the most attractive lifes with low density and high specific strength properties compared to others. Since the strength of natural fibers used in composite materials is lower than that of standard synthetic fibers, it is necessary to improve the fracture performances. In this study, optimum design of anti-buckling behaviors of 64 layered flax/ polypropylene biocomposite and 64 layered Graphite /epoxy plates that subject to biaxial compressive in-plane loads and simply suportted on four sides are examined take into the Maximum Stress, Tsai-Wu and Hashin-Rotem criteria, Nelder-Mead Algorithm The plates are symmetrical and balanced. Fiber orientations are taken as design variables and critical buckling index are taken as objective function. The critical buckling index for various loading situations and plate aspect ratios have been maximized. As a result, it is obtained that the optimum designs of laminated composites taking into buckling and ply failure strength subjected to load and loading ratio. Also it is related with plate aspect ratio.