Tabakalı Kompozit Yapılarda Kuş Çarpmasının Nümerik Analizi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: EMRE GÜNGÖR
Danışman: Bedri Onur Küçükyıldırım
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Çalışma kapsamında ticari uçak gövdelerinde kullanılan kompozit sandviç panel yapılarının kuş çarpmasına karşı dayanımı araştırılmıştır. Çarpışma modelleme tekniğini belirlemek amacıyla Lagrange, Euler, Arbitrary Lagrangian-Eularian (ALE), Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) ve Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) teknikleri incelenmiştir. Modelleme tekniğini seçebilmek amacıyla deforme olmayan kübik bir yapının kiriş üzerine çarpmasını esas alan fiziksel bir problem tanımlanmıştır. Fiziksel problemin analitik ve nümerik çözüm sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda Lagrange, ALE ve SPH yöntemleri kullanılarak elde edilen sonuçların analitik hesaplara göre hata oranı sırasıyla %3.74, %2.43 ve %2.73 olarak hesaplanmıştır. Sonraki aşamada yapılacak çalışmalarda kullanılacak teknik olarak SPH yöntemi tercih edilmiştir. Kuş çarpmasına karşı dayanımını araştırmak ve iyileştirmek amacıyla iki farklı tasarım tipi (3C2H ve 4C3H) modellenmiş ve geleneksel sandviç kompozit panel yapısı (2C1H) modeli ile sonuçlar karşılaştırılmıştır. Her tasarımın kalınlığı 6,2 mm olarak belirlenmiştir ve her tasarım toplam sekiz elyaf katmanından oluşmaktadır. 2C1H, 3C2H ve 4C3H tasarımları kullanılarak deforme olabilir kompozit sandviç plaka yapıları modellenmiştir ve çekirdek malzemesi olarak alüminyum bal peteği yapısı kullanılmıştır. *MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE (MAT-54) malzeme kartı kullanılmıştır. Hasar sonuçları karşılaştırıldığında 4C3H modelinin 263.4 𝐽 ile en düşük enerjiyi sönümlerken, 2C1H modelinin 317.1 𝐽 yani %21.35 daha fazla, 3G2H modelinin ise 359.0 𝐽 yani %36 daha fazla enerji sönümlemiştir. Ancak çarpışma sonrası fırlatılan cismin son hızları karşılaştırıldığında 2C1H modelinde bu hızın 19.3 m/s iken 3G2H modelinde bu hızın 39.9 m/s yani yaklaşık iki kat fazla olduğu görülmüştür. Aramid esaslı bal peteği kullanarak modellenen plaka modeli için 2C1H tasarımı seçilmiştir. Aramid esaslı bal peteğini modellemek için *MAT_HONEYCOMB (MAT-26) malzeme kartı kullanılmıştır. Bu sandviç yapının 248 𝐽 enerji sönümlediği, bu değerin alüminyum çekirdekli sandviç yapıya kıyasla %21.5 daha az olduğu görülmüştür. Çarpışma sonrasında kuşun son hızı ise 34.9 m/s olarak kaydedilmiştir, diğer modele kıyasla %80 daha yüksek bir hızı temsil etmektedir. Ticari uçaklarda kullanılan SATCOM radom kompozit sandviç yapısı modellenerek kuş çarpmasına karşı dayanımı araştırılmıştır. Aramid esaslı çekirdek malzemesi ile modellenmiş SATCOM radom yapısının kuş çarpması sonucunda 244 𝐽 enerji sönümlediği ve kuş modelinin son hızını ancak %35.5 mertebesinde azaltabildiği kaydedilmiştir. Radom modelinde kullanılan 2C1H tasarımının kuş çarpmasına karşı uçuşa elverişliliği sürdürebilecek nitelikte olduğu tespit edilmiştir. Farklı modelleme tekniklerinin yüksek hızlı çarpma benzetim çalışmalarındaki çözümleme kabiliyeti, sandviç kompozit yapıların darbe/çarpma altındaki davranışı ve hasar oluşumu hem plaka ölçeğindeki modellerde ve hem de makro ölçekteki ticari bir SATCOM anten radom yapısında araştırılmıştır. Böylece kuş çarpmasına karşı dayanımı geliştirilecek kompozit sandviç yapılar için önemli olan parametreler ortaya konmuştur.