Thermal stress analysis of metal matrix composite disc applıed uniform temperature

Year 2013, Volume: 3 Issue: 2, 1 - 17, 01.12.2013

F. Şen B. H. Akyüz

Abstract

The aim of this study was done thermal stress analysis of metal matrix compositedisc under uniform temperature effect. The material of composite disc wasaluminum matrix and it was reinforced by steel fibers. The finite element method(FEM) was chosen for analysis. For this reason, ANSYS finite element code wasused for both modeling and analyses. The composite disc was created as threedimensional as a dissimilarity from earlier studies. Various structural boundaryconditions and uniform temperatures as 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240 ve 270 °Cwere performed on created three dimensional composite disc models. Themagnitudes of thermal stresses and thermal strains caused from uniformtemperature effect were calculated and its distributions were obtained on threedimensional composite disc. The obtained stress and strain results based on applieddifferent values of uniform temperatures were compared with each other.According to obtained results, the magnitudes and distributions of thermal stressesand strains were changed by changing values of uniform temperatures

Keywords

Three dimensional composite disc, Thermal stress analysis, FEM, ANSYS

Uniform sıcaklık uygulanmış metal matrisli kompozit diskin ısıl gerilme analizi

Abstract

Bu çalışmanın amacı, uniform sıcaklık etkisindeki metal matrisli kompozit diskinısıl gerilme analizinin yapılmasıdır. Analiz edilen kompozit diskin malzemesi,alüminyum matrise sahiptir ve çelik fiberlerle takviye edilmiştir. Analiz için sonluelemanlar metodu (FEM) tercih edilmiştir. Bu nedenle, modelleme ve analizler içinANSYS sonlu elemanlar yazılımı kullanılmıştır. Önceki çalışmalardan farklıolarak, kompozit disk üç boyutlu olarak modellenmiştir. Elde edilen üç boyutlukompozit disk modeli üzerine çeşitli yapısal sınır şartları ve sırasıyla 60, 90, 120,150, 180, 210, 240 ve 270 °C uniform sıcaklıklar uygulanmıştır. Uniform sıcaklıketkisiyle, üç boyutlu kompozit disk üzerinde oluşan ısıl gerilmelerin ve ısıl şekildeğiştirmelerin değerleri ve disk üzerindeki dağılımları elde edilmiştir. Uygulananfarklı değerlerdeki uniform sıcaklıklar nedeniyle elde edilen gerilme ve şekildeğiştirme sonuçları, birbiriyle karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, ısılgerilmelerin ve ısıl şekil değiştirmelerin değerleri ve dağılımlarının, uygulananuniform sıcaklık değişimine bağlı olarak değişim gösterdiği tespit edilmiştir

Keywords

Üç boyutlu kompozit disk, Isıl gerilme analizi, FEM, ANSYS

References

• Şahin, Y.,Kompozit Malzemelere Giriş, (2006), Ankara, Seçkin Yayıncılık.
• Tong, L.,Mouritz, A.P. and Bannister, M. 3D Fibre Reinforced Polymer Composites, (2002), Elsevier, UK.
• Ataberk, N., Uyaner, M., Avcı, A., Koçak, S., (2004), Elasto-plastic Stress Analysis of Aluminum Metal-Matrix Composite Plate Under In-Plane Loading, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 23, p. 563-570,
• Jones, R.M., Mechanics of Composite Materials, (1999), Taylor& Francis Inc.
• Kaynak, İ., Şen, F., (2005), Thermal stress analysis of composite disc under uniform temperature effect using FEM, 15.Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Trabzon, Bildiriler Kitabı Cilt 2, p. 912-916.
• Sen, F., (2006), An investigation of thermal elasto-plastic stress analysis of laminated thermoplastic composites with a circular hole under uniform temperature loading, Science and Engineering of Composite Materials,13, p.213-224,
• Sen, F., (2006), The estimation of elasto-plastic thermal and residual stresses in a thermoplastic composite disc under uniform temperature effect, Journal of Reinforced Plastics and Composites. 25, p.1485-1498.
• Sen, F., (2007), Elastic-plastic thermal stresses in a composite disc with multiple holes, Advanced Composite Letters,16, p.95-103. [9]
• Sen, F., Aldas, K., (2009), Elastic-Plastic Thermal Stress Analysis in a Thermoplastic Composite Disc Applied Linear Temperature Loads via FEM, Advances in Engineering Software, 40, p.813-819.
• Sen, F., Pekbey, Y., Sayman, O. (2007), Elastic-plastic stress analysis of a thermoplastic composite disc under parabolic temperature distribution. Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 14, p.282-288.
• Çallıoğlu, H. Topçu, M. Tarakçılar A.R., (2006), Elastic-plastic stress analysis of an orthotropic rotating disc, International Journal of Mechanical Sciences, 48, p.985-990.
• Çallıoğlu H., (2007), Thermal stress analysis of curvilinearly orthotropic rotating discs, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 20, p.357- 369.
• Altan, G. Topçu, M., (2010), Thermo-elastic stress of a metal-matrix composite disc under linearly-increasing temperature loading by analytical and FEM analysis, Advances in Engineering Software, 41, p.604-610.
• ANSYS, Swanson Analysis System Inc., Houston, PA, USA.
• Akyüz, B.H., (2012), Dönen ve sıcaklık etkisindeki metal matrisli kompozit bir diskteki ısıl gerilmelerin analizi, Yüksek Lisans Tezi, Aksaray Üniversitesi.
• Moaveni, S. (2003), Finite element analysis: Theory and Application with ANSYS, 2nd edition, New Jersey, USA, Pearson Education. Inc.