Helikopter rotor palalarında kullanılan polimer matrisli kompozit malzemelerin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi

Abstract

Gelismis helikopter rotor paları genellikle kompozit malzemelerden üretilmektedirler veyapılarında çesitli hasarlara neden olabilecek yüksek derecede dinamik ve kararsızaerodinamik çevresel yüklerde çalısmaktadırlar. Bu yükleme sartlarına tekrarlı olarak maruzkalınması kompozit rotor pala yüzey kaplamalarında delaminasyon, çatlak vb. hasarlara nedenolabilir. Bu tezin amacı, farklı kompozit rotor pala malzemelerinin, sonlu elemanlar yöntemiile modellenmesi ve döner kanat yüzey kaplamalarında yaygın olarak kullanılan [(±45/0/90)2]yönlenmesinde dokunmus karbon elyaf ve [(±45)8] yönlenmesinde dokunmus cam elyaftakviyeli epoksi matrisli kompozit levhaların çekme ve egme yükleri altındaki davranıslarınınincelenmesidir. Bununla birlikte delaminasyon kusuru içeren malzemelerin davranıslarımodellenerek kusursuz malzemeler ile karsılastırılmıstır. Bu simülasyonlar yapılırken ASTMstandartları esas alınmıs ve buradaki geçerli deney fikstürleri ve numune boyutlarıkullanılarak simülasyondaki sınır sartları belirlenmistir. Yapılan simülasyonlarda 2B kabuk ve3B katı eleman tipleri karsılastırılmıs ve çok katmanlı katı eleman tipinin kullanılmasınındaha uygun oldugu gösterilmistir. Yapılan simülasyonlar neticesinde deneysel çalısmadanelde edilen sonuçlara yakın degerler elde edilmis ve modelin çalıstıgı gösterilmistir. Aynıservis kosulları altında karbon elyaf takviyeli malzemenin cam elyaf takviyeli malzemeyegöre daha yüksek elastiklik modülü degerleri elde edilmistir. Cam elyafa kıyasla çok dahagevrek yapıdaki karbon elyaf kompozit delaminasyon hasarına karsı duyarlılıgı sonluelemanlar yöntemi ile basarılı olarak modellenmistir.Anahtar Kelimeler: Kompozit malzemeler, Sonlu elemanlar analizi,Delaminasyon

Advanced helicopter rotor blades are generally made of composite materials and run underdynamic and instable loading conditions that may cause various damages within thestructures. Delamination, fracture and other defects may occur as a result of these workingconditions as well as manufacturing errors. The objective of this study is to model variouscomposite materials used for helicopter rotor blades using finite element method. Uniaxialtension and three and four point bending of carbon fiber reinforced epoxy with an stackingsequence of [(±45/0/90)2]; and glass fiber reinforced epoxy with an stacking sequence of[(±45)8], which are commonly used in rotor blade airfoils, are simulated. In addition, effectsof delamination are simulated and compared with non-delaminated samples. As testingconditions, ASTM standards are predicated and boundary conditions are determined by meansof fixture and sample geometries defined in these standards. As a result of comparisonbetween 2D shell and 3D solid elements, it is found to be more appropriate to use multilayeredsolid elements. Carbon fiber reinforced materials display higher elasticity modulusthan glass fiber reinforced materials under the same working conditions. Delaminationsensitivity of carbon fibers, which are more brittle than glass fibers, is simulated successfully.Keywords: Composite materials, Finite element analysis, Delamination