Determination of Natural Frequencies of Laminated Hybrid Composite Profiles by Using Finite Element Method

Abstract

In this work, the natural frequencies of rectangular sectioned glass fiber reinforced composite (GFREC) profiles and of carbon fiber reinforced composite (CFREC) profiles are determined by using the finite element method (FEM) for various fiber angles. In the next stage, FEM analyses of rectangular sectioned hybrid composite profiles formed by stacking GFREC plates and CFREC plates at different angles and order are carried out. In this way, the effect of the hybridization on the natural frequency is investigated. In addition, the effect of cross section aspect ratio, boundary condition and radius on natural frequency of the hybrid composite profiles is investigated. As a result, in all modes, the natural frequencies of the CFREC profiles are found to be higher than that of GFREC profiles. The natural frequencies of hybrid composite profiles are smaller than that of CFREC profiles, higher than that of GFREC profiles.

Keywords

• Natural Frequency,Finite Element Method,Hybrid Composite,Composite Profile

Tabakalı Hibrit Kompozit Profillerin Doğal Frekanslarının Sonlu Elemanlar Metodu ile Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada ilk olarak, dikdörtgen kesitli cam fiber takviyeli kompozit (CFTK) profillerin ve karbon fiber takviyeli kompozit (KFTK) profillerin doğal frekansları çeşitli fiber açıları için sonlu elemanlar metodu (SEM) kullanılarak belirlenmiştir. Sonraki aşamada ise, CFTK tabakaların ve KFTK tabakaların birbiri üzerine farklı açı ve sırada istiflenmesiyle oluşturulmuş dikdörtgen kesitli hibrit kompozit profillerin SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu yolla hibritlemenin doğal frekans üzerine etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, yapılan analizlerle hibrit kompozit profillerde kesit en boy oranının, sınır koşulunun ve köşe radyüsünün de doğal frekansa etkisi araştırılmıştır. Analizler sonucunda, KFTK profillerin tüm modlardaki doğal frekanslarının CFTK profillerin doğal frekanslarından daha büyük olduğu görülmüştür. Hibrit kompozit profillerin doğal frekansları ise, KFTK profillerin doğal frekanslarından küçük, CFTK profillerin doğal frekansından ise büyüktür.

Keywords

• Doğal Frekans,Sonlu Elemanlar Metodu,Hibrit Kompozit,Kompozit Profil

References

1. [1] Mota, G.M., Sollero, P., Batista, E.L., Albuquerque, A.L. 2008. Modal Analysis Technique for Anisotropic Composite Laminates, ICCES, Cilt. 7, Sayı. 2, s. 95-100.
2. [2] Günyar, A., Öztürk, H., Sabuncu, M. 2012. Kompozit Eğri Çubukların Doğal Frekans ve Burkulma Yükü Analizi, DEÜ Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt. 14, Sayı. 42, s. 33-42.
3. [3] Kwon. Y.W., Plessas, S.D. 2014. Numerical Modal Analysis of Composite Structures Coupled with Water, Composite Structures, s. 325-335.
4. [4] Dongare, M.P., Deshmukh, S. 2012. Static and Modal Analysis of Composite Drive Shaft and Development of Regression Equations, International Journal of Engineering Research and Technology, Cilt. 1, Sayı. 10, s. 2-6.
5. [5] Pingulkar, P., Suresha, B. 2016. Free Vibration Analysis of Laminated Composite Plates Using Finite Element Method, Polymers and Polymer Composites, Cilt. 24, Sayı. 10, s. 529-538.
6. [6] Erkliğ, A., Bulut, M., Yeter, E. 2012. Effects of Cutouts on Natural Frequency of Laminated Composite Plates, Science and Engineering of Composite Materials, s. 179-185. DOI: 10.1515.
7. [7] Liew, K.M., Kitiporchai, S., Leung, A.Y.T., Lim, C.W. 2003. Analysis of The Free Vibration of Rectangular Plates with Central Cut-outs Using The Discrete Ritz Method, International Journal of Mechanical Sciences, s. 941-959. DOI: 10.1016/s.0020-7403(03)00109-7.
8. [8] Aydoğdu, M. 2006. Free Vibration Analysis of Angle-Play Laminated Beams with General Boundary Conditions, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Cilt. 25, Sayı. 15. s. 1571-1583. DOI: 10.1177/0731684406066752.

9. [9] Mishra, I., Sahu, S.K. 2014. Modal Analysis of Woven Fiber Composite Plates with Different Boundary Conditions, International Journal of Structural Stability and Dynamics, Cilt. 15, Sayı. 1, s. 1-17. DOI: 10.1142/s.0219455415400015.
10. [10] Sahu, S.K., Mohanty, J., Ray, B.C., Bhanja, I.P., Parhi, P.K. Modal Analysis of Delaminated Woven Fiber Composite Plates.
11. [11] Curtu, I., Stancıu, M.D., Ciofoaia, V. 2011. The Modal Analysis of Plates Made of Woven Composite Materials, Buletinul AGIR, Sayı. 1.
12. [12] Makine Mühendisliğinde Sonlu Elemanlar Yöntemi. http://www.yildiz.edu.tr/~cdemir/sonlu_elemanlar.pdf (Erişim Tarihi: 26.08.2017).
13. [13] ANSYS® Workbench 17.0, Engineering Data.