E-CAMI/EPOKSİ TABAKALI KOMPOZİTLERDE DÜŞÜK HIZLI DARBE DAVRANIŞININ SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE İNCELENMESİ

Öz

Bu çalışmada düşük hızlı darbeye maruz E-camı/epoksi kompozit levhaların dinamik cevabı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Darbe uygulanacak kompozit levha 140×140 mm ebatlarında, 16 tabakalı ve [0°,-45°,+45°,0°,90°,+45°,-45°,0°]s oryantasyon dizilişine sahip ve kalınlığı 3 mm olacak şekilde modellenmiştir. Vurucu kütlesi 17 kg’dır. Darbe ucu 24 mm çapında ve yarı küresel uçlu bir geometriye sahiptir. Darbe testleri 2 m/s, 2.5 m/s, 3 m/s, 3.5 m/s, 4 m/s’lik çarpma hızlarında yapılmıştır. Kullanılan kompozit levha dört tarafı ankastre olarak ve üzerine uygulanan darbe levhanın merkezine gelecek şekilde uygulanmıştır. Yapılan sonlu elemanlar analizi sonucunda; hız-zaman, ivme-zaman, kuvvet-zaman, yer değiştirme-zaman ve kinetik enerji-zaman değişimleri grafikler halinde verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Düşük hızlı darbe, tabakalı kompozit, sonlu elemanlar yöntemi

AN INVESTIGATION OF LOW VELOCITY IMPACT BEHAVIOR OF E-GLASS/EPOXY LAMINATED COMPOSITES USING FINITE ELEMENT METHOD

Abstract

In this study, the dynamic response of composite laminated plates, subjected to low-velocity impact, was investigated by using finite elements method. The composite model was 16 plies with a stacking sequence of [0°,-45°,+45°,0°,90°,+45°,-45°,0°]s and 140 mm x 140 mm x 3 mm in dimension. The total mass with the impactor was 17 kg. The specimen was clamped at all edges and impacted by an impactor with a 16 mm diameter hemispherical head. The analyses were performed at 2 m/s, 2.5 m/s, 3 m/s, 3.5 m/s and 4 m/s velocities. The results of velocity-time, acceleration-time, force-time, displacement-time and kinetic energy-time were given in graphics.

Keywords

• Low velocity impact, laminated composite, finite element method

Kaynakça

1. KARA, M., ‘‘Düşük Hızlı Darbeye Maruz Tabakalı Kompozitlerin Dinamik Cevabı’’, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2006.
2. RAMKUMAR, R.L., and CHEN, P.C., ‘‘Low Velocity Impact Response of Laminated Plates’’, AIAA Journal, 21, 1448-1452, 1982.
3. ABATAN, A., HU, H., and OLOWOKERE, D., ‘‘Impact Resistance Modeling of Hybrid Laminated Composites’’, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 11, 249-260, 1998.
4. GONG, S.W., and LAM, K.Y., ‘‘Transient Response of Stiffened Composite Plates Subjected to Low Velocity Impact’’, Composites, Part B, 30, 473-484, 1999.
5. LEE, Y.S., KANG, K.H., and PARK, O., ‘‘Response of Hybrid Laminated Composite Plates under Low Velocity Impact’’, Computers & Structures, 65, 965-974, 1997.
6. KIM, J.K. and KANG, K.W., ‘‘An Analysis of Impact Force in Plain-weave Glass-epoxy Composite Plates Subjected to Transverse Impact’’, Composite Science and Technology, 61, 135-143, 2001.
7. GOO, N.S. and KIM, S.J., ‘‘Dynamic Contact Analysis of Laminated Composite Plates under Low Velocity Impact’’, AIAA Journal, 35, 1518-1521, 1997.
8. WHITTINGHAM, B., MARSHALL, I.H., MITREVSKI, T., and JONES, R., ‘‘The Response of Composite Structures with Pre-Stress Subject to Low Velocity Impact Damage’’, Composite Structures, 66, 685-698, 2004.

9. BELINGARDI, G., and VADORI, R., ‘‘Influence of Laminate Thickness in Low Velocity Impact Behavior of Composite Material Plate’’, Composite Structures, 61, 27-38, 2003.
10. 0] MITREVSKI, T., MARSHALL, I.H., THOMSON, R., JONES, R. and WHITTINGHAM, B., ‘‘The Effect of Impactor Shape on the Impact Response of Composite Laminates’’, Composite Structures, 67, 139-148, 2004.
11. 1] HOSSEINZADEH, R., SHOKRIEH, M.M. and LESSARD, L., ‘‘Damage Behavior of Fiber Reinforced Composite Plates Subjected to Drop Weight Impacts’’, Composite Science and Technology, 66, 61-68, 2006.
12. 2] SUGUN, B.S., and RAO, R.M.V.G.K., ‘‘Low Velocity Impact of Glass, Carbon and Kevlar Composites Using Repeated Drop Tests’’, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol.23, No.15, 1583-1599, 2004.
13. 3] MILI, F., and NECIP, B., ‘‘Impact Behavior of Cross-Ply Laminated Composite Plates under Low Velocities’’, Composite Structures, 51, 237-224, 2001.
14. 4] ASLAN, Z., KARAKUZU, R. and OKUTAN, B., ‘‘The Response of Laminated Composite Plates under Low-Velocity Impact Loading’’, Composite Structures, 59, 119-127, 2003.
15. 5] ASLAN, Z. and KARAKUZU, R., ‘‘Transient Dynamic Analysis of Laminated Composite Plate Subjected to Low-Velocity Impact’’, Mathematical & Computational Applications, Vol. 7, No.1, 73-82, 2002.
16. 6] BAUCOM, J.N., and ZIKRY, M.A., ‘‘Low Velocity Impact Damage Progression in Woven E-glass Composite Systems’’, Composites, 36, 658-664, 2005.
17. 7] BELINGARDI, G., and VADORI, R., ‘‘Low Velocity Impact Tests of Laminate Glass-Fiber-Epoxy Matrix Composite Material Plates’’, International Journal of Impact Engineering, 27, 213-229, 2002.
18. 8] UYANER, M., KARA, M., ve ATABERK, N., ‘‘E-camı/epoksi Tabakalı Kompozitlerin Düşük Hızlı Darbe Davranışına Numune Boyutlarının Etkisi’’, 8. Uluslar Arası Kırılma Konferansı Bildiriler Kitabı, İstanbul, 2007.
19. 9] ŞENEL, M., ÜNAL, R., MUMYAKMAZ, B., ve KARAKOÇ, F., ‘‘Ön gerilmeli Kompozit Plakların Düşük Hızlı Darbe Yükü Etkisi Altında Davranışlarının İncelenmesi’’, TÜBİTAK, Proje No: 105M195, Kütahya, 2009.
20. 0] GÜVENSOY, S., ‘‘Filaman Sarım Kompozit Boruların Düşük Hızlı Darbe Davranışının Simülasyonu’’, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2010.
21. 1] ŞENEL, M., and KURŞUN, A., ‘‘Investigation of the Effect of Low-Velocity Impact on Composite Plates with Preloading’’, Experimental Techniques, (baskıda).
22. 2] SHOKRIEH, M.M., and FAKHAR, M.N., ‘‘Experimental, Analytical and Numerical Studies of Composite Sandwich Panels under Low-Velocity İmpact Loadings’’, Mechanics of Composite Materials, Vol.47, No:6, 643-658, 2012.
23. 3] MOAVENI, S., Finite Element Analysis, Theory and Applications with ANSYS, Bill Stenquist, Prentice Hall Inc., New Jersey, 1999.
24. 4] CHAPRA, S.C., and CANALE, RP., Yazılım ve Programlama Uygulamalarıyla Mühendisler için Sayısal Yöntemler, Çeviri Editörleri Heperkan, H., Kesgin, U., Literatür Yayıncılık, İstanbul, 919-923, 2003.
25. 5] ANSYS Release 8.1 Documentation Preview, ‘‘Chapter 2. Elements’’, SAS IP. Inc., USA, Copyright ©, 2004.
26. 6] ANSYS (R) Release 13.0, ANSYS, Inc. Yardım dosyaları.
27. 7] ATAS, C., and SAYMAN, O., ‘‘An Overall View on İmpact Response of Woven Fabric Composite Plates’’, Composite Structures, 82: 336-345, 2007.
28. 8] KARAKUZU, R., İÇTEN, B.M., AKTAŞ, M., TOPARLI, M., ATAŞ, C., ve ARMAN, Y., ‘‘Kompozit Plakalarda Sıcaklığın Darbe Davranışına Etkisi’’, TÜBİTAK, Proje No; 104M426, İzmir, 6-8, 23-26, 2007.
29. 9] WANG, H., and VUKHANH, T., ‘‘Damage Extension in Carbon Fiber/PEEK Cross Ply Laminates under Low-Velocity Impact’’, Journal of Composite Materials, 28, 684-704, 1994.