Paralel çift pimli ve yapıştırıcılı karma bağlantılı kompozit levhaların ısıl gerilme analizi

Öz

Bu çalışmada, karma bağlantılı kompozit levhaların ısıl gerilme analizi gerçekleştirilmiştir. Karma bağlantı iki paralel pim ve yapıştırıcı tabakasının kombinasyonu ile oluşturulmuştur. Karma bağlantıda epoksi yapıştırıcı kullanıldığı varsayılmıştır. Bağlantısı gerçekleştirilen kompozit plakaların malzemesi, alüminyum matrise sahiptir ve matris malzemesi çelik fiberlerle takviye edilmiştir. Modelleme ve analizler için ANSYS sonlu elemanlar programı tercih edilmiştir. Dolayısıyla, çözüm için sonlu elemanlar metodu (FEM) kullanılmıştır. Sonlu elemanlar metodu son zamanlarda çeşitli alanlardaki birçok mühendislik probleminin çözümünde kullanılan önemli bir analiz yöntemidir. Karma bağlantı önceki benzer çalışmalardan farklı olarak, üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Üç boyutlu karma bağlantı modeli üzerine probleme ve geometriye uygun çeşitli yapısal sınır şartları ve çeşitli değerlerde uniform sıcaklıklar (60, 70, 80, 90 ve 100 °C) uygulanmıştır. Karma bağlantıya uygulanan uniform sıcaklıklar nedeniyle, kompozit plakalar ve yapıştırıcı tabakası üzerinde meydana gelen ısıl gerilmeler elde edilmiştir. Isıl gerilmelerin dağılımları da tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, ısıl gerilmelerin değerleri ve dağılımlarının, uygulanan uniform sıcaklık miktarının değişimine bağlı olarak değişim gösterdiği anlaşılmıştır. En düşük ısıl gerilmeler uygulanan en düşük uniform sıcaklık olan 60 °C için hesaplanırken, en yüksek ısıl gerilmeler uygulanan en yüksek uniform sıcaklık olan 100 °C için hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Kompozit levha, Isıl gerilme analizi, Karma bağlantı, FEM, ANSYS.

Thermal Stress Analysis of Composite Plates Bonded Hybrid Joints via Adhesive and Two Parallel Pins

Abstract

In this study a thermal stress analysis of composite plates bonded hybrid joint was achieved. Since, the use of composite plates is increasing recently. Composite plates provide low weight and desired strength in many applications such as cars aircrafts, marine crafts. Hybrid joint was created with combination of two parallel pins and adhesive layer. These two methods have different advantages to compare with each other. Meanwhile, adhesive layer was assumed as a kind of epoxy glue. Composite materials have aluminum metal matrix reinforced by steel fibers. These types of composite materials are used in aircraft structures because of low weight advantage especially. ANSYS program was used for both modeling and analyses of hybrid joint. Therefore, the finite element method (FEM) was used for solution. This method is preferred for analyses of many engineering problems in last decades. For this reason some FEM codes were developed by different firms with different names such as ANSYS. It is also famous FEM code in the world for both industry applications and scientific studies. Hybrid joint was created as three dimensional as a important difference to compare with previous studies. It is known that previous studies were analyzed as two dimensional generally. Since modeling and solving of any problem as three dimensional is very difficult to compare with two dimensional problems. Structural boundary conditions were applied on three dimensional hybrid joint model for example one side of joint was fixed, pinned condition was applied inner surface of two parallel holes. Then, uniform temperatures (60, 70, 80, 90, 100 °C) were performed on three dimensional hybrid joint. Magnitudes of thermal stresses based uniform temperatures were calculated and its distributions were obtained on both composite plates and adhesive layer for each applied uniform temperature loading. The obtained results were compared with each other according to different loading conditions. The obtained results indicate that values and distributions of thermal stresses were changed by changing magnitudes of uniform temperatures. Briefly, values of thermal stresses are increased by increasing of applied uniform temperatures. Therefore the highest values of thermal stresses were calculated for 100 °C uniform temperature loading, whereas the lowest thermal stresses were calculated when 60 °C.

Keywords

• Composite plate, Thermal stress analysis, Hybrid joint, FEM, ANSYS.