Pim Bağlantılı Kompozitlerin Zamana Bağlı Termo-Mekanik Analizi
İlyas Bozkurt Mete Onur Kaman Nevin Çelik
AbstractKompozit malzemelerin kullanımları günümüzde havacılık ve uzay alanlarında hızla artmaktadır. Özellikle hava taşıtlarındaki kullanımları gövde ve kanat bölgesinde yaygınlaşmaktadır. Uçakların bulunduğu konumdan yüksek irtifalara kısa süredeki çıkışlarla veya tam tersine yaptıkları ani inişlerle yapı üzerinde ani sıcaklık değişimleri oluşur. Bu durum ise yapı üzerindeki gerilmeleri etkileyecektir. Kompozit malzemelerin birleştirilmesinde cıvata pim vd. sökülebilir bağlantı tipleri sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tip bağlantılarda mukavemet açısından en önemli dezavantaj gerilme yığılmalarına sebep olan deliklerdir. Bu noktadan hareketle, çalışmada pim bağlantısı yapılmış karbon-fiber takviyeli epoksi kompozit levhalarda ani sıcaklık değişimine bağlı olarak oluşan gerilme dağılımı sonlu elemanlar metodu kullanılarak incelenmiştir. Çalışmada: i) kompozit sıcaklığının 0 Co, ortam sıcaklığının ise 50 Co olduğu kabul edilerek levhanın 300 s içerisinde soğutulması, ii) kompozitin sıcaklığının 50 Co, ortam sıcaklığının ise 0 Co olduğu kabul edilerek levhanın 300 s içerisinde ısıtılması, şeklinde iki farklı durum incelenmiştir. Zamana bağlı yapılan termal analiz sonucunda elde edilen sıcaklık dağılımı, mekanik analizde yük olarak kullanılmıştır. Mekanik analizde levhaya fazladan bir mekanik yük uygulanmamış, delik etrafına pim etkisini verebilmek amacıyla radyal sınır şartı kullanılmıştır [1]. Levhanın diğer serbest kenarı ise sabit mesnetlenmiştir [1]. Analizler ANSYS sonlu eleman paket programında üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Anizotropik malzeme yapısı nedeniyle, kompozit malzemelerin sahip olduğu mekanik özellikler yükleme doğrultusuna göre değişiklik gösterir. Ayrıca bu duruma ek olarak mekanik özelliklerin sıcaklığa bağlı değişim özellikleri de çözümde ayrıca dikkate alınmıştır [2-4]. Kompozit levhanın ani ısıtılması veya soğutulması sonucu elde edilen zamana bağlı sıcaklık ve gerilme dağılımı değişimi sonuçları grafikler halinde sunulmuştur. 300 s sonunda iki farklı termal durum için levhada elde edilen normal gerilme dağılımı Şekil 1’de gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre termal yükler direkt olarak malzeme hasarını tetikleyecek büyüklükte olmasa dahi, mekanik yüke bağlı olarak gerilme sonuçlarını değiştirebilecek bir etkiye sahip olduğu görülmüştür.