FINITE ELEMENT METHOD ANALYSIS OF A THICK COMPOSITE BEAMS AND PLATES

Abstract

There are some difficulties during determination of the material properties of thick composites when they are analyzed by using the finite element method. The most difficult of those is to determine material constants of multi layered composite elements. One of suggested method for solving this problem is to use an average value for element material properties. The effects of two averaging methods on the results were investigated. A finite element analysis program was developed to analyze the fiber reinforced composite beams and plates for displacement comparisons of different element numbers. The results also were compared with the analytical solutions. Beside the arithmetic average method, a new method called weighted average was developed. By considering different loading conditions, one of the averaging methods was utilized. The difficulty in determining the material properties of 8 node multi layered brick element used the finite element analysis of thick composite structures was overcome by using two averaging methods. The results were compared with the ones obtained from the elements without any averaging and analytical solutions. Both methods gave matching results for certain types of loading conditions.

Keywords

• Composite materials, Finite element analysis

KALIN KOMPOZİT KİRİŞ VE LEVHALARIN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE ANALİZİ

Abstract

Kalın kompozit yapıların analizi sonlu elemanlar yardımıyla yapılırken, kullanılan sonlu elemanların malzeme özelliklerinin belirlenmesinde çeşitli zorluklar vardır. Özellikle birden fazla kompozit tabaka içeren sonlu elemanların malzeme sabitlerinin belirlenmesi, oldukça karmaşık ve zordur. Bu zorluk, her elemanın malzeme sabitleri için bir ortalama değer alınarak giderilmeye çalışılır. Bu çalışmada, yükleme durumuna göre eleman malzeme özelliklerinin belirlenmesinde iki farklı ortalama değer hesaplama yöntemi geliştirilmiş ve bunların sonuçlara etkileri incelenmiştir. Sonlu elemanlar analizi bir bilgisayar programı yardımıyla farklı fiber doğrultularında takviye edilmiş bir kiriş ve bir levhada, farklı eleman sayıları alınarak şekil değiştirmeleri hesaplanmış ve analitik sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Aritmetik ve ağırlıklı ortalama yöntemleri adı verilen iki ortalama değer alma yöntemi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu yöntemin uygulanmasında, eleman malzeme özellikleri belirlenirken, yükleme durumu göz önünde bulundurularak ortalama değer alma yöntemlerinden biri uygulanmıştır. Bu metod aracılığıyla, birden fazla kompozit tabakalı elemanlar içeren sonlu eleman analizlerinde, 8 düğümlü brik elemanların kullanılmasında karşılaşılan eleman malzeme özelliklerinin belirlenmesi zorluğu ortadan kaldırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, analitik çözümler ve ortalama değer almadan yapılan hesaplamalarla karşılaştırılmıştır. Her iki yöntemle yapılan hesaplamalarda, farklı yükleme durumları için elde edilen sonuçlar analitik çözümlerle uyum göstermiştir.

Keywords

• Kompozit malzemeler, Sonlu elemanlar