Dönen kompozit diskte titreşimlerin gerilme dağılımı üzerindeki etkisi

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Sabit açısal hızla dönen disk, sonlu elemanlar metodu, gerilme analizi, kompozit, mod şekli, doğal frekans, reseptans. Dönen diskler, birçok makina ve mekanizmanın ana bileşenlerinden biridir. Kompozit malzemeler, yüksek ` mukavemet/ağırlık` oranlan nedeniyle havacılık ve diğer endüstrilerde giderek yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, ekseni etrafında sabit bir açısal hızla dönen farklı doğrultularda takviye edilmiş ve çevresel delikler açılmış kompozit disk örneklerinin dört düğümlü dörtgen elemanlar kullanılarak statik ve dinamik çözümü sonlu elemanlar metodu ile ANSYS paket programı kullanılarak yapılmıştır. Disk yarıçapı, fiber takviye doğrultusu, çevresel deliklerin konum ve yarıçapları ve titreşimlerin gerilme dağılımı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ortasında delik bulunan diskin kartezyen doğrultularda (x, y doğrultulan) ve kutupsal doğrultularda (r, 0 doğrultulan) fiber takviyeli ortotropik kompozit malzeme yapısına sahip olma durumlannda çevresel deliklerin gerilme dağılımı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu değişik disk örneklerinin statik çözümünden elde edilen gerilme bileşenleri değerleri renkli konturlar halinde ve gerilme bileşenlerinin [aK, ay, or, ae, aeş] değişimleri boyutsuz koordinatlarda grafikler halinde verilmiştir. Modal analizden elde edilen doğal frekans değerleri ve bu frekanslara karşılık gelen gerilme dağılımının grafikleri çıkanlmıştır. Mod şekilleri ile vektörel yerdeğiştirmeler gösterilmiştir. Aynca dinamik davranışın belirlenmesinde zorlayıcı etkiler birim büyüklükte alınıp, harmonik çözüm yapılarak, zorlanmış titreşimlerin doğal frekanslan ile bunlara karşılık gelen nokta ve transfer reseptans eğrileri verilmiştir. xiii

THE EFFECT OF VIBRATION ON STRESS DISTRIBUTION IN ROTATING COMPOSITE DISK SUMMARY Key words: Rotating disk with constant angular velocity, finite element method, stress analysis, composite, mode shape, natural frequency, receptances. Rotating disks are main components of many machines and mechanisms. Composite materials have been used extensively in space and other industries because of their strength-to-weight ratio. In this study, static and dynamic analysis of rotating composite disks, which are reinforced in different directions and have excentric holes, are presented with finite element method. Effects of disk radii, reinforcing directions and excentric holes on vibrations have been investigated together with the effects of vibrations on stress distributions. Angular disks reinforced in cartesian coordinates x and y, and polar coordinates r and dare studied. Variations of stress components a*, oy, oy, oe and Ceqv for different disk samples and for static solutions are presented in non-dimensional coordinates and coloured contours. Natural frequencies from modal analysis, and stress distributions corresponding to these frequencies are given. Mode shapes and displacements are shown. While determining the dynamic behaviours of disks, loading effects are taken in unit magnitude and harmonic solutions are carried out, natural frequencies of forced vibrations and corresponding point and transfer receptances curves are given.