Cam Elyaf+Tüp (CE+T)

Deneysel çalışmayı simülasyon ortamında meydana getirirken, dış çapı 31 mm ve cidar kalınlığı 1 mm olan dıştan cam elyaf takviyeli Al borunun analiz için hazırlanan CAD modelleri sırası ile gösterilmiştir. Çalışmanın sonunda yapılacak karşılaştırmada da simülasyonu gerçekleştirilen bu beş kombinasyona ait deney verileri kullanılacaktır. Tam model için ise boru boyu 270 mm ve mesnet aralığı da 225 mm olarak tüm test ve simülasyon koşullarında aynı alınmıştır. Simülasyonda kullanılan tüm modeller için mesnet ve koçun basitleştirilmiş hali çizilmiştir (Şekil 109). Bir numaralı modelde dıştan cam elyaf takviyeli Al boru modeli yapılmıştır. İkinci modelde ise 4 mm cidar kalınlığına sahip kestamit ilk kombinasyonun içerisine ilave edilmiştir. Üçüncü CAD modelinde, ikinci modelin iç kısmına 3,5 mm cidar kalınlığına sahip PP takviye edilmiştir. Dördüncü simülasyonda, İkinci modelin iç kısmına 6,5 mm cidar kalınlığına sahip PP takviye edilerek tasarım değiştirilmiştir. Son modelde ise, iç kısımda tam dolu PP takviyesi kullanılan kestamit destekli dıştan cam elyaf takviyeli Al boru CAD modeli kullanılmıştır.

Şekil 109. Dıştan cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin darbe simülasyonu modelleri: (a) CE+T, (b) CE+T+K, (c) CE+T+K+PP(3,5), (d) CE+T+K+PP(6,5), (e) CE+T+K+PP(dolu)

92 ANSYS-LSDYNA yazılımı ile yapılan bilgisayar destekli benzetim sürecinde sınır şartları belirtilirse; Analiz koşulları ilk modellerde olduğu gibi çeyrek model şeklinde hazırlanmıştır. Statik sürtünme katsayısı 0,2, dinamik sürtünme katsayısı 0,15 alınmıştır. Çarpışma sürecinde mesnet ve koç rijit kabul edilmiştir. Koça 5169 mm/s’lik ilk hız verilmiştir.Toplam çarpışma süreci olarak 0,025 saniye alınmıştır. Modellemede solid 164 eleman tipi kullanılmıştır. Sonlu eleman mesh modelleri hegzahedral elemanlardan oluşturulmuştur. Contact için Automatic Single Surface (ASSC) kontak tipi tercih edilmiştir. Kompozit malzemenin explicit analiz için modeli hazırlanırken hasarların daha iyi incelenebilmesi için ANSYS/LSDYNA içerisindeki "Composite Damage" materyal modeli kullanılmıştır.

Deneysel çalışmada, koç ve sarkaç kolunun tüm ekipmanlar dâhil toplam kütlesi 224 kg’dır. Bilgisayar destekli benzetim için dalıcı koç ucuna bu kütle uygulanmıştır. Simülasyonlarda çeyrek model kullanıldığı için, absorbe edilen enerji miktarı hesaplamalarında sonuçların dört katı alınacaktır. Deney sonuçlarında kıyaslama için, Von-Misses eşdeğer gerilmesi incelenmiştir. Simülasyonlardaki gerilme değerleri MPa cinsindendir. Ayrıca simülasyonlar sürecinde numunede meydana gelen iç enerji değişimi (enerji absorbe etme kabiliyetleri) de grafiklerle verilmiştir. Grafiklerdeki Enerji değerleri ise milijoule cinsinden ifade edilmiştir. Simülasyona ait değerlendirmeler, takviyeli yapıların çarpışmayı karakterize eden 4 farklı deformasyon anı için yapılmıştır.

Çeyrek model için simülasyon neticesinde takviyesiz Al borunun çeyrek modeli için belirlenen enerji62.559x4=250.236 J, sadece cam elyafın absorbe ettiği enerji 16.827x4=67.308 J ve tam model için enerji ise 79.386x4=317.544 J’dür. Şekil 110’da çarpışma sürecindeki absorbe edilen iç enerji miktarının değişimi verilmiştir.

Şekil 110. Çarpışma sürecinde iç enerjideki değişimi (1: T, 4: CE).

Çarpışma esnasındaki borunun kritik anlarına ait Von-Misses gerilme dağılımları Şekil 111’de verilmiştir.

Başlangıç anı: Analizin ilk başlangıcında, tam çarpışma öncesi koçun cam elyaf dış

takviyesi üzerine temas ettiği konumunu belirtmektedir.

0,01 saniye: Koçun, boru üzerine teması ile birlikte, çarpışma süreci başlamasından sonra, temas bölgesinde, çarpma sebebi ile gerilme yığılması oluşmuştur. Borunun alt kısmında gerilmenin daha yüksek olduğu gözlemlenmekte ve yaklaşık 270 MPa değerine ulaşmaktadır. Alt kısımda, merkezden biraz uzaklaşıldığında ise bu değer 630 MPa mertebesine kadar ulaşabilmektedir. Borunun mesnede temas ettiği bölgede, gerilmede de artış gözlenmektedir. Ayrıca mesnet köşeli olduğu için dış cam elyaf takviyesini boş Al boruya göre daha kolay deforme etme eğilimindedir. Bu durumdaki lokal maksimum gerilme

93 boş borudaki katlanan yanal bölgede olduğu gibi 897 MPa olmasına rağmen, genel deformasyon bölgesinde 270 MPa mertebelerinde gerilmeler mevcuttur.

0,0178 saniye: Bu zaman diliminde boş Al borunun mesnetler arasına girdiği durumdur. bu süreçte kesit artmış olduğu için boş boru gibi numune mesnetler arasına girememiştir. Boruda koçun neden olduğu deformasyon sürekli arttığından, akma alanının genişlediği bölgelerde gerilme düşüşü, daha önce akan cidarlarda ise gerilmede artış gözlenmektedir. Koç temas noktası boru orta noktasından sola doğru kaymakta ve bunun sonucu olarak boru ekseni boyunca deformasyona uğrayan bölgenin genişliği artmaktadır. Bu kademede genel deformasyon bölgesindeki gerilme dağılımı 269 MPa değerinden 229 MPa değerine düşmektedir. Boru orta noktasında, lokal deformasyondan dolayı, koçun boruya temas ettiği alan azalmaktadır. Borunun orta yan yüzeyinde katlanmadan dolayı oluşan deformasyonun şiddeti artmaktadır. Böylece özellikle kompozit malzemelerin ani kırılma sürecindeki liflerin parçalanması, kullanılan "composite damage" modelinin yardımıyla, şekilde daha iyi görülmektedir. Bu zaman diliminde, önceki aşamalarda olduğu gibi, en büyük gerilme ortada cidarda katlanmanın oluştuğu kısımda olup değeri 764 MPa dır.Bunlara ilave olarak mesnetteki köşe profilinin etkisi bu çizgisel temas bölgesinde giderek daha belirgin hale gelmektedir.

0,0196 saniye: Bu kademede de, orta bölgedeki kompozitin kırılma süreci devam etmektedir. Boru gövdesi tamamen mesnetler arasına girmeye başlamıştır.Görüldüğü gibi, orta noktadaki cidarlar birbirlerine temas etmiş ve bu bölgede gerilmenin 311 MPa ile 545 MPa aralığına ulaştığı görülmektedir. Geometride en büyük deformasyon, cidarların katlandığı boru orta noktasında meydana gelmektedir. Bu davranış üç nokta eğme deneylerinde görülen geometrik şekil değişimiyle aynıdır.

94