Silindirik kompozit kabların burkulma analizi

Abstract

Burkulma, plaklarda ve kabuklarda çoğu zaman karşılaşılabilecek problemlerden biridir. Özellikle uçak kanatları, tanklar, petrol boru hatları gibi elemanlar için burkulma önemli bir problem olarak karşımıza çıkabilir. Bu çalışmada, tabakalı kompozit malzemelerden imal edilmiş silindirik boruların burkulması incelenmiştir. Problemin çözümünde Sonlu Elemanlar Metodunu baz alan ANSYS paket programı kullanılmıştır. Problemin nümerik çözümü analitik çözümlerle teyit edilmiştir. Silindirik elemanın burkulma analizinde yükün (yanal dış basınç ve eksenel yük), çapraz tabakalandırmanın, takviye açılarının, tabaka sayısının, boru cidar kalınlığının, elastisite modülü oranlarının, çevresel bant yükü ve boru üzerinde açılan yivin kritik burkulma yükü üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Çalışmada, eksenel basıncın artmasının kritik burkulma yükünü düşürmesi, tabaka sayısının ve boru yüzeyindeki yivin kritik burkulma yükünü artırması bulunan önemli sonuçlardandır. Ayrıca cidar kalınlığının artmasıyla kritik burkulma yükünün de kalınlığın küpü ile doğru orantılı olarak artması çarpıcı bir sonuç olarak elde edilmiştir. Simetrik tabakalı borular için elde edilen kritik burkulma yük değerleri antisimetrik olanlara göre nispeten daha yüksektir. Elastisite modülü oranlarının değiştirilmesinin de kritik burkulma yükünü etkilediği görülmüştür. Silindirin yüzeyine etkiyen çevresel bant yükü genişliği azaldıkça kritik burkulma yükünün artış gösterdiği bulunan önemli sonuçlardandır. Bulunan sonuçlar ayrıntılı olarak grafikler ve tablolar ile gösterilmiştir.

Buckling is one of the problems for plates and shells one may encounter anytime. It may cause serious danger with the use of some components such as plane wings, tanks and pipe lines. In this study, buckling of the cylindrical pipes made by laminated composite materials is investigated. ANSYS which is based on the finite element method is used for the solution of the problem. This numerical solution is also verified by the analytical methods. For the buckling analysis of the cylindrical structure, effect of the parameters such as load (external pressure and axial load), cross-ply laminating, number of layers, pipe wall thickness, modulus ratio, lateral external band load and circular notches placed on the pipe on the critical buckling load has been investigated. In the study, decrease in the critical buckling load caused by an increase in the axial pressure and increase in the critical buckling load caused by the number of layers and circular notches placed on the pipe surface are the important results of the study. It is, also, striking that an increase in the pipe wall thickness causes an increase in the critical buckling load in a manner proportional to the cube of the wall thickness. Critical buckling load values obtained with symetric laminated plates are comparatively higher than that of the antisymmetric ones. Also, it is seen that the chancing the modulus ratios affects the critical buckling load. Increase behavior of the critical buckling load with the decrease of the width of lateral external band load is one of the important results of the study. Obtained results are detailed demonstrated in graphical and tabular forms.