Belirli sıcaklık ve sürelerde kürlenen hibrid tabakalı kompozit plakalarının titreşim davranışlarının incelenmesi

Year 2015, Volume: 6 Issue: 1, 61 - 72, 01.06.2015

Tamer Özben Harun Kılıç

Abstract

Bu çalışmada, simetrik katmanlı dikdörtgen ortotropik; cam/epoksi, karbon/epoksi ve 4 farklı elyaf yönleme
açısına sahip cam-karbon/epoksi hibrid kompozit plakaların titreşim davranışları düzlem gerilme durumuna
göre plakaların doğal frekansları hesaplanmıştır. Plakaların doğal frekansları Rayleigh–Ritz metodu
kullanılarak analitik olarak elde edilmiştir. Bunun yanı sıra aynı plakaların deneysel modal analiz ile
dinamik analizleri yapılmış ve deneysel yöntemle elde edilen sonuçlar ile analitik yöntemle belirlenen
sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Doğal frekanslara malzemeler açısından bakıldığında aynı
modlarda; karbon-epoksi plakaların cam-epoksi plakalara göre doğal frekansların 2 katına yakın derecede
yüksek olduğu görülür. Bunun temel sebebi cama göre daha rijit olan karbon elyafının daha yüksek bir
elastik matrisi oluşturması ve bunun da daha yüksek titreşim frekanslarını üretmesidir. Cam-karbonepoksi’den
oluşan hibrit plakalarda beklenildiği gibi karbon/epoksi ve cam/epoksi plak değerleri arasındaki
değerlerde titreşim davranışı göstermektedir. Kumaş yönleme açısının titreşim davranışına olan etkisini
incelemek amacıyla cam-karbon/epoksi’den oluşan hibrid kompozit plakalar, dokuma kumaş açıları 0o, 15o,
30o ve 45o olacak şekilde imal edilmiş ve titreşim davranışları incelenmiştir. Deney numunelerinde dokuma
kumaş kullanıldığından çok fazla bir fark olmamakla beraber kumaş açısı 0o’den 45o’ye doğru
değiştirildiğinde ilk 3 moda kadar; aynı modlardaki artış veya azalma trendinin 15o’lik açıda meydana
geldiği görülmüş ve 1. mod hariç tutulursa aynı modlarda en düşük doğal frekansın da aynı şekilde 15o’lik açıda oluştuğu görülmüştür.

Keywords

Tabakalı hibrid kompozitler, Doğal frekans, Deneysel modal analiz, Rayleigh– Ritz metou.

Research on vibration behavior of hybrid laminated composite plates which cured at certain temprature and time

Abstract

Laminated composite plates are used most of
industrial applications such as aviation, marine and
automobiles industries. The laminate composite
plates can be classified as anisotropic, isotropic,
orthotropic etc. in terms of fiber orientation and
plate mechanical behavior.
Due to several parameters affected the mechanical
behavior of laminated composited plates it is so
much significant to foreseen the probable behaviors
them. Especially vibration analysis has to be
observed in the laboratory before full scale
applications to save cost and time. There are many
technics to determine the plate natural frequencies
which are very important for understanding the
vibration behaviors under dynamic loads. In this
work natural frequencies were calculated by using
the classical thin plate theory.
Furthermore, to calculate the natural frequencies
algebraically is required the rectangular composite
plates’ used in the test [A], [D],[B] matrix elements.
In this study, symmetrical laminated rectangle
orthotropic that is being considered in plane
tension; glass/epoxy, carbon/epoxy and
carbon/epoxy hybrid composite plates with 4
different fiber directivity angle are investigated by
means of their vibration behavior and their natural
frequencies are studied with using Rayleigh–Ritz
method algebraically and after that these results are
compared with experimental modal analysis.
Each laminate which is cured at 120 oC consist of 8
plies whose thickness is 0.25 mm has been
performed vibration test by impact hammer testing
method. By means of computer software obtained
frequency response function is processed and
acquired natural frequency for each mode.
Investigations have concluded that the first six
modes are enough for engineering applications.
It is figured out that there is an average 5%
deviation between algebraic results and
experimental results. It is believed this deviation is
the result of experimental conditions, classical
lamination theory assumptions that is used to
determine material properties and nonhomogeneous
conditions of produced material.
It is concluded that the natural frequencies by
means of materials, for the same methods,
carbon/epoxy’s natural frequency is approximately
twice compared with glass-carbon/epoxy materials.
Main reason of this statement is carbon fiber which
is more rigid than glass produces a higher elastic
matrix and this creates higher vibration frequencies.
In order to see the effects of fiber support angles to
the vibration behaviors, hybrid composite plates
made of glass-carbon/epoxy are manufactured with
0o, 15o, 30o ve 45o degrees fabric fiber and their
vibration behaviors are investigated. Because of
using fiber as fabric material, there is not much
change occurred and the biggest change seen with
30o degree support angle.

Keywords

Hybrid laminated composites, Natural frequency, Experimental modal analysis, Rayleigh– Ritz method.