Design of composite sandwich shipborne plates

Abstract

Gemi yapılarının bölgesel yapısal analizi çerçevesinden bakıldığında, gemi panelleriçeşitli yapısal takfiyeler ve bu yapısal takfiyeler tarafından desteklenen plaklardanmeydana gelir. Dolayısıyla plakların analizi gemi yapı tasarımlarında önemli yertutar.Gemi yapısal analizlerinde, plaklar genellikle yüzeye dik doğrultuda ve düzgündağılmış basınç altında çalışan serbest mesnetli elemanlar olarak değerlendirilirler.Diğer yandan gemi formlarının çoğunlukla eğrisel geometrik yapıları nedeniyleplaklar nadir durumlarda düzgün bir dikdörtgen geometriye sahiptirler. Şekilleriekseriyetle yamuğa yakındır. Bunun ötesinde plaklar, çoğu durumlarda, konveks yüktarafında olacak şekilde, belli bir bükümede sahiptirler.Teorik olarak düzgün bir dikdörtgen yapıya sahip olmayan ve/veya belli bir bükümüolan kompozit sandviç plakların analizi kapalı analitik yöntemlerle çok sınırlıdurumlar haricinde yapılamaz. Bu noktada nümerik yaklaşım yöntemleri tercih edilir.Sonlu elemanlar analiz yöntemi bu tip problemlerin çözümünde en sık başvurulanyöntemdir. Ancak ihtiyaçlar göz önüne alındığında ticari sonlu elemanlar analizyazılımları hem pahalı hemde kullanım açısından gemi panel çözümleri için zamanalıcı olabilirler.Bu çalışmanın amacı, Klasik Çok Katmanlı Plak Teorisi türevli kapalı çözümmetodlarının da belirli ölçüde dikdörtgen geometriden sapan veya belirli ölçüdebükümlü sandviç plakların analizinde kullanım alanı bulabileceğini göstermektir.Ancak bu yöntemle üretilen sonuçların hata içereceği unutulmamalıdır. Bu çalışmaçerçevesinde geometrik sapma ile ilgili, düzgün dağılmış ve yüzeye dik etkiyenbasınç altında çalışan serbest mesnetli kompozit sandviç plaklar için, yönteminbüyük hatalar üretmeye başladığı limit değerleri belirlenmiştir.

From the local strength analysis perspective in ship structures, ship panels consist ofplates supported by beams, webs, bulkheads and other supporting structures.Therefore, structural analysis of plates constitutes a significant importance in shippanel analysis.In ship structural analysis, plates are usually assumed to be simply supported andloads are usually defined as out of plane pressures distributed evenly on the surfacein question. On the other hand, because of the generally complex geometry of thehull shape of a ship, plates within panels are rarely perfect rectangles. However, inmost cases, these plates are trapezoids. Moreover, in many cases, plates are alsocurved where the convexity is towards the force direction.Theoretically, structural analysis of non-rectangular and/ or curved compositesandwich plates cannot be carried out with closed form analytical methods in most ofthe circumstances. Nevertheless, numerical approximation methods can always beemployed. FEA is the most commonly used method for the structural analysis ofsuch problems. However, depending on the actual requirement, commerciallyavailable FEA tools can sometimes be expensive and utilizing them may be timeconsuming for the purpose of local strength analysis of shipborne panels.The purpose of this study is to demonstrate that Classical Laminated Plate Theory(CLPT) based closed form methods can also be considered as a viable alternative forthe analysis of sandwich plates having geometries deviating, to a certain extent, froma perfect rectangular or a flat shape. Obviously, the solution is expected to includeerrors; thus, it can only be an approximation. Within the context of this study thelimits of this deviation, above which closed form methods start producing irrelevantresults for simply supported plates of composite sandwich construction operatingunder evenly distributed out of plane pressures, will be demonstrated.