A numerical investigation of the effect of fiber orientation on the natural frequency of hybrid composite laminate.

Abstract

In this study, the effect of fiber orientations on the natural frequencies of the hybrid composite laminate (HCGFRE) that is consisted of sequential stacking of plain woven carbon fiber reinforced epoxy (CFRE) and plain woven glass fiber reinforced epoxy (GFRE) fibers was investigated. A finite element approach was carried out in order to determine the natural frequencies of hybrid composite laminate. Analyzes were performed using the LS-DYNA® software. In the finite element analysis, the natural frequencies corresponding to the first three modes were determined separately for each fiber orientation (00,300,450). Besides the modal analysis of hybrid composite laminates formed by sequential stacking of the same fiber orientations, the natural frequencies of hybrid composite laminates formed by stacking in different fiber orientations were also examined within the scope of the study. The same boundary conditions were applied for all fiber orientations since it is essential to study with a similar degree of freedom. In addition, the effect of the mesh sensitivity used in the finite element approach on the natural frequency is also considered. it is seen that both the change of fiber orientation and the stacking of composite plates with different fiber orientations directly affect the natural frequency values for all modes.

Keywords

• Natural frequency
• implicit analyses
• Euler vibration
• hybrid composite
• fiber orientation

Hibrit kompozit laminatın lif yöneliminin doğal frekans üzerinde etkisinin sayısal bir araştırması

Abstract

Bu çalışmada, düz dokuma karbon fiber takviyeli epoksi (CFRE) ve düz dokuma cam elyaf takviyeli epoksi (GFRE) fiberlerin ardışık istiflenmesinden oluşan hibrit kompozit laminatın (HCGFRE) doğal frekansları üzerine fiber oryantasyonlarının etkisi araştırılmıştır. Hibrit kompozit laminatın doğal frekanslarını belirlemek için sonlu elemanlar yaklaşımı gerçekleştirilmiştir. Analizler LS-DYNA® yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Sonlu elemanlar analizinde, ilk üç moda karşılık gelen doğal frekanslar, her bir fiber oryantasyonu (00,300,450) için ayrı ayrı belirlenmiştir. Aynı lif yönelimlerinin ardışık istiflenmesiyle oluşturulan hibrit kompozit laminatların modal analizinin yanı sıra, farklı lif yönelimlerin de istiflenerek oluşturulan hibrit kompozit laminatların doğal frekansları çalışma kapsamında incelenmiştir. Benzer bir serbestlik derecesi ile çalışmak esas olduğundan, tüm fiber yönelimleri için aynı sınır koşulları uygulanmıştır. Ayrıca sonlu elemanlar yaklaşımında kullanılan ağ duyarlılığının doğal frekans üzerindeki etkisi de göz önünde bulundurulmuştur. Hem fiber oryantasyonunun değişmesinin hem de farklı fiber oryantasyonlarına sahip kompozit plakaların istiflenmesinin tüm modlar için doğal frekans değerlerini doğrudan etkilediği görülmektedir.

Keywords

• Doğal frekans
• impicit analizler
• Euler titreşimi
• hibrit kompozit
• fiber oryantasyonu

References

1. Nikhil, K.M., Indrajeet, S.B., Utkarsh, C.D., Manoharan, R., “Modal analysis of hybrid laminated composite sandwich plate,” Materials Today: Proceedings.,.5, 12453-12466,2018.
2. Rangasamy,S., Loganathan,K., Natesan,A., “Experimental investigation and numerical analysis of the dynamic characteristics of a laminated hybrid composite bed,” Polymer Composites., DOI.10.1002/pc.23555,1-7,2015.
3. Rajkumar, D.R., Santhy, K., Padmanaban,K.P., “Influence of mechanical properties on modal analysis of natural fiber reinforced laminated composite trapezoidal plates,” Journal of Natural Fibers., DOI 10.1080/15440478.2020.1724230, 1-18,2020.
4. Bulut, M., Bozkurt, Ö.Y., Erkliğ,A., “Damping and vibration characteristics of asalt-aramid/epoxy hybrid composite laminates,” Journal of Polymer Engineering., DOI.10.1515/polyeng-2015-0168, 1-8,2015.
5. Rajeshkumar, G., Hariharan, V., “Free vibration analysis of hybrid-composite beams,” in IEEE-International Conference On Advances in Engineering, Science And Management (lCAESM -2012), Tamil Nadu, India., 30 March 2012.
6. Song, C., Fan, W., Dong, J., Zhao, Y., Lu, L., Mi, P., Xu, Y., Hou, L., Liu, T., “Modal analysis of 3D multi‑axial hybrid composite with experimental and numerical methods.” Applied Composite Materials DOI.10.1007/s10443-021-09962-3, 1-16,2021.
7. Erbayrak, E., Yuncuoglu, E.U., Kahraman,Y., Gumus, B.E., “An Experimental and Numerical Determination on Low‑Velocity”, Iranian journal of science and technology, transactions of mechanical engineering, 45,665-681, 2021.
8. Maker, B.N., Bensonof, D.J., “Modal methods for transient dynamic analysis in ls-dyna,” in 7th International LS-DYNA Users Conference, Detroit, June 2016.