M91/IM10 tek yönlü prepreg plakanın yüksek burkulma mukavemetine sahip olacak şekilde genetik algoritma yöntemi ile açı dizilimi optimizasyonu

Yıl 2023, Cilt: 12 Sayı: 4, 1517 - 1522, 15.10.2023

İzzet Kaya Serhat Yılmaz

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1327137

Öz

Bu makalede, havacılık alanında kullanılan malzemeler ile karşılaştırıldığı zaman dayanımı oldukça yüksek olan M91/IM10 tek yönlü prepreg malzemesinden üretilmiş bir plakanın burkulma yük faktörünün maksimum olduğu optimum katman dizilimi genetik algoritma yöntemi ile elde edilmiştir. Söz konusu kompozit plaka 4 tarafından basit destekli ve çift eksenli düzlem içi basınç yüklerine maruz kalan bir plakadır. Genetik algoritma yöntemi kullanılarak geliştirilen bilgisayar kodu ile çeşitli yük durumu ve çeşitli plaka en boy oranı kombinasyonları için belirli fiber açısı aralıklarında ve belirli katman sayısında maksimum burkulma dayanımını sağlayan katman dizilimleri elde edilir. Laminatın simetrik ve dengeli olduğu kabul edilir. Bulunan sonuçlar literatürde çalışmaları bulunan grafit/epoksi kompozit malzemesinden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonucunda M91/IM10 prepreg malzemesinden imal edilmiş bir plakanın aynı burkulma performansını grafit epoksi'den daha hafif yapılarla sağlayabildiğini ortaya çıkmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Burkulma, Genetik algoritma, Katman dizilimi, Kompozit

Stacking sequence optimization of M91/IM10 unidirectional prepreg plate with high buckling strength by genetic algorithm method

Öz

In this article, the optimum stacking sequence with maximum buckling load factor of a plate made of M91/IM10 unidirectional prepreg material, which has a very high strength compared to the materials used in the aerospace industry, is obtained by genetic algorithm method. The composite plate in question is simply supported at 4 edges and subjected to biaxial in-plane compressive loads. With the computer code developed using the genetic algorithm method, stacking sequences that provide maximum buckling strength at certain fiber angle ranges and certain number of layers for various load cases and various plate aspect ratio combinations are obtained. The laminate is assumed to be symmetrical and balanced. The results are compared with the results obtained from graphite/epoxy composite material, which has been studied in the literature. The comparison reveals that a plate made of M91/IM10 prepreg material can provide the same buckling performance with lighter structures than graphite epoxy.

Anahtar Kelimeler

Buckling, Genetic algorithm, Stacking sequence, Composite

Kaynakça

• M. Özer, H. Ulus ve H.B. Kaybal, Enhanced out-of-plane loading performance of multi-scale glass/epoxy composites doped with HNT. IJPTE Vol. 02, No.01, pp. 99-102, 2023. https://doi.org/10.56158/jpte.2023.2 2.2.01
• M91 Composite Trend, HexPly M91 Prepreg Performans Grafiği. https://www.hexcel.com/user _area/uploads/HexPly_M91_Composite_Trend.pdf, Erişim 15 Haziran 2023.
• M91 Prepreg, HexPly M91 Prepreg Hakkında Bilgi. https://www.hexcel.com/About/Technology-Breakthr oughs/HEXPLY-M91-Prepreg ?showmodal=1, Erişim 15 Haziran 2023.
• E.U. Ergül, Çok amaçlı genetik algoritmalar: temelleri ve uygulamaları. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun, 2010.
• A. Bhujbal, Optimization of composite stacking sequence using mesh adaptive direct search. Yüksek Lisans Tezi, Department of Mechanical Engineering McGill University, Montréal, Kanada 2017.
• H. Ulus, H.B. Kaybal, F. Cacık, V. Eskizeybek and A. Avcı, Fracture and dynamic mechanical analysis of seawater aged aluminum-BFRP hybrid adhesive joints. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 268, 2022, Article 108507. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech. 2022.108507.
• G. Adabaşı, Stackıng sequences optımızatıon of lamınated composıtes for maxımum bucklıng strength by stochastıc search methods. Yüksek Lisans Tezi, Izmir Institute of Technology, Urla, İzmir, 2020.
• H.A. Deveci, L. Aydın and H.S. Artem, Buckling Optimization of Composite Laminates Using a Hybrid Algorithm Under Puck Failure Criterion Constraint. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 0(0), 1–15, 2016. https://doi.org/10.1177/0731684416646860.
• C. C. Chao, S. L. Koh and C. T. Sun, Optimization of Buckling and Yield Strengths of Laminated Composites. AIAA Journal, Vol. 13, No. 9, pp. 1131-1 132, 1975. https://doi.org/10.2514/3.60515.
• Y. Hirano, Optimum Design of Laminated Plates under Axial Compression. AIAA Journal, Vol. 17, No. 9, pp. 1017-1019, 1979. https://doi.org/10.2514/3.61269.
• R. T. Haftka and R. Le Riche, Optimization of laminate stacking sequence for buckling load maximization by genetic algorithm. AIAA J. 31(5): p. 951-956, 1993. https://doi.org/10.2514/3.11710.
• R. Le Riche and R. T. Haftka, Improved Genetic Algorithm For Minimum Thickness Composite Laminate Design. Composites Engineering, 5(2): p. 143- 161, 1995. https://doi.org/10.1016/0961-95 26(95)90710-S.
• Ş. Karakaya and Ö. Soykasap, Buckling optimization of laminated composite plates using genetic algorithm and generalized pattern search algorithm. Struct Multidisc Optim, 39, 477–486, 2009. https://doi.or g/10.1007/s00158-008-0344-2.
• Ö. Erdal and F.O. Sönmez, Optimum Design Of Composite Laminates For Maximum Buckling Load Capacity Using Simulated Annealing. Composite Structures, 71, 45–52, 2005. https://doi.org/10.1016/j. compstruct.2004.09.008.
• S. Gup, J. E. Monteros and Y. Liu, Gust Alleviation of a Large Aircraft with a Passive Twist Wingtip. Aerospace, 2, 135-154, 2015. https://doi.org/10.3390 /aerospace2020135.