Bal peteği kompozitlerinin ön gerilme altında doğal titreşim davranışlarına yapıştırıcı özelliklerinin ve kor geometrisi etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada havacılık sektöründen enerji sektörüne hafifliğin ve rijitliğin önemli olduğu alanlarda tercih edilen balpeteği kompozit malzemesinin öngerilmesiz, yerçekimi öngerilmesi ve termal genleşme öngerilmesi altında seçilen geometri parametreleri (kor genişliği, kor yüksekliği, topoloji) ve yapıştırıcı malzemenin termal genleşme katsayısı, elastisite modülü parametrelerinin doğal titreşim frekansları üzerindeki etkisi sonlu elemanlar yöntemi yardımıyla araştırılmıştır. Bilindiği üzere yapılar, üzerine gelen titreşimler özellikle doğal frekanslar ile aynı frekansta ise küçük yüklemelerde dahi yıkıcı etkiler doğurabilmektedir. Yapılan analizler sonucunda öngerilmenin doğal frekanslar üzerinde etkisi olduğu belirlenmiştir. Ancak söz konusu malzemenin yüksek rijitliğe ve hafifliğe sahip olmasından dolayı yerçekimi altında öngerilme oluşumunun sebep olduğu etki, incelediğimiz parametre aralığında yok sayılacak kadar düşük olduğu belirlenmiştir. Termal genleşme öngerilmesi sonucunda ise genellikle ilk doğal frekans değerleri düşerken, diğer mod frekansları üzerindeki değişim etkisinin çok düşük olduğu belirlenmiştir. Kor genişliği parametresinin değeri arttıkça rijitliğin azaldığı, kor yüksekliği parametresinin değeri arttıkça rijitliğin arttığı belirlenmiştir. Kor genişliği parametre değerinin büyümesi sonucunda ana mod frekansı (kabul: toplam kütlenin %5'inden fazlasını harekete geçiren doğal frekans değerleri 'ana mod' olarak adlandırılmıştır) değerinin daha düşük frekans değerine ve incelenen 100 adet mod frekansının dar bir frekans aralığına taşındığını belirlenmiştir. Topoloji parametresinin değeri arttıkça ana mod frekansının daha düşük frekans değerine ve incelenen 100 adet mod frekansının dar bir frekans aralığına taşındığı belirlenmiştir. Kor yüksekliği parametresinin değeri arttıkça incelenen 100 adet mod frekansının dar bir frekans aralığına taşındığı belirlenmiştir. Ancak ana mod frekans değerlerinin serbestlik yönüne göre arttığı veya azaldığı durumlar olduğu belirlenmiştir. Bu sebeple ana mod frekansının değişimi ile alakalı genel bir sonuç yorumu yapılamamaktadır. Epoksi malzemenin elastisite modülü değerinin artması sonucunda ana mod frekans değerlerinin genellikle çok küçük miktarda arttığı belirlenmiştir. Epoksi malzemenin termal genleşme katsayısı değerinin artması sonucunda doğal frekans değerleri birebir aynı çıkmaktadır. Epoksi malzemenin elastisite modülü ve termal genleşme katsayısı parametrelerinin termal genleşme öngerilmesiz / öngerilmeli analiz sonuçları karşılaştırdığında, öngerilme sonucunda ana mod frekans değerinin genellikle çok küçük miktarda arttığı belirlenmiştir.

Honeycomb composite materials are preferred in areas where lightness and stiffness are important from the aviation sector to the energy sector. In this study, with the help of finite element method in honeycomb composite material; the effect of selected parameters and prestress on natural frequencies were investigated as a result of gravitational prestressed / non-prestressed and thermal expansion prestressed / non-prestressed analyzes. Selected parameters; geometry parameters (core width, core height, topology), thermal expansion coefficient of adhesive material and modulus of young's modulus of adhesive material. As it is known, vibrations on the structures can have destructive effects even at small loads, especially if they are at the same frequency with natural frequencies. As a result of the analysis, it was determined that prestressing has an effect on natural frequencies. However, due to the high rigidity and lightness of the material in question, the effect caused by gravitational prestressing was determined to be negligible in the parameter range we investigated. As a result of thermal expansion prestressing; it is generally determined that it decreases the initial natural frequency values but the change effect on other mode frequencies is very low. It has been determined that stiffness decreases as the value of the core width parameter increases and stiffness increases as the value of the core height parameter increases. As a result of the increase of core width parameter value, it was determined that the main mode frequency value was transferred to lower frequency value and 100 mode frequencies examined were moved to a narrow frequency range (Acceptance: the natural frequency values that affect more than 5% of the total mass are called the main mode). As the value of the topology parameter increased, it was determined that the main mode frequency was moved to a lower frequency value and the 100 mode frequencies examined were moved to a narrow frequency range. As the value of core height parameter increased, it was determined that 100 mode frequencies examined were carried to a narrow frequency range. However, it has been determined that the main mode frequency values are increased or decreased according to the direction of freedom. Therefore, there is no general interpretation of the main mode frequency change. As a result of the increase in the young's modulus of the epoxy material, it was determined that the frequency values of the main mode were generally increased slightly. Increasing coefficient of thermal expansion of epoxy material did not change natural frequencies. When the young's modulus and thermal expansion coefficient parameters of the epoxy material are examined in the results of thermal expansion prestressed / non-prestressed analysis; it was determined that the main mode frequency value increased with a small amount by pretension effect.