| |
Giriş: Sandviç paneller iki ince dış cidarın arasına yerleştirilmiş düşük yoğunlukta kalın öz malzemesinden oluşmaktadır. Sandviç yapılarda; dış cidarlar eğilme gerilmelerini, öz malzeme ise kayma yüklerini taşıyarak yapının rijitliğini arttırır. Yüksek özgül eğme ve kayma dayanımına sahip olmaları, daha hafif yapı eldesi dolayısıyla da yakıt tasarrufu sağlanması nedeniyle başta havacılık ve denizcilik alanlarında olmak üzere farklı pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Deniz ortamında çeşitli statik ve dinamik yüklerin etkisindeki her deniz aracının görevini yapabilmesi için dayanımının yeterli seviyede olması ön dizayn sırasında optimum tasarımın yapılmasıyla mümkün olabilir. Ön dizayn aşamasında; yapının bileşenlerinin farklı seçimlerle optimum tasarımın elde edilmesi sandviç kompozit yapıları öne çıkarmaktadır. Bu seçimlerden önemli biri gemilerin gövdesi, güvertesi, perdeleri ve üst yapılarının, burkulma yükü etkisine dayanacak uygun hafif ve rijit yapının tasarlanmasıdır. Bunu sağlamak için sandviç kompozit yapının, dış cidarlarıyla özün malzemesinin ve kalınlıklarının istenilen en uygun konfigürasyonda oluşturulması bilgisayar destekli parametrik çalışmalardan faydalanılmasını gerektirir. Böylelikle üretimde işgücü, zaman ve maliyetten kazanç sağlanır. Amaç: Bu amaçla çalışmada, farklı özellikteki dış cidar ve öz malzemesinin, sandviç uzun dikdörtgen plakların burkulmaları üzerine etkileri incelenmiştir. Kapsam: Gerçekleştirilen araştırmanın kapsamını; dış cidarların farklı dizilimleriyle kalınlıklarından ve öz malzemesinin farklı kalınlıklarından oluşan, kenarlarından basit mesnetlenmiş 12 farklı tipteki uzun sandviç plakın kritik burkulma yüklerinin iki farklı yöntemle belirlenmesi oluşturmaktadır. Sınırlıklar: Uzun sandviç plak yaklaşımını (Kollar and Springer, 2003:178-180) sağlayacak biçimde dış cidarlar karbon/epoksi malzemeyle, öz ise balsa ağacıyla oluşturulan sandviç plakların, uzun kenarından eksenel yüklü durumu (enine sistem) çalışmanın sınırını oluşturur. Yöntem: Çalışmada kenarlarından basit mesnetli sandviç uzun dikdörtgen plakların kritik burkulma yükleri, uzun sandviç plak yaklaşımıyla (Matlab programında yazılan kodla) ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile çözümleme yapan ANSYS paket yazılımıyla hesaplanmıştır. Öz malzemesi olarak balsa ağacı, dış cidarların malzemesi olarak ise karbon/epoksi kompozit malzeme seçilmiştir. Dış cidarlar -45°, 0°, 45°, 90° açılarındaki tabakalardan farklı dizilimlerde, orta simetri eksenine göre simetrik, aynı kalınlıktan ve malzemeden oluşmuş kuazi-izotropik (yarı-izotropik) yapıdadır. Veri seti olarak dış cidarların farklı dizilimleri ve kalınlıklarıyla öz malzemesinin farklı kalınlıklarından oluşan 12 ayrı sandviç plak tipi incelenmiştir. Plağın uzun kenarlarına eksenel yönde yük etkimektedir. Uzun sandviç plak yöntemini sağlayacak biçimde plakların kısa kenarı a=0,2 m uzun kenarı b=0,62 m seçilmiştir. Çalışmada iki ana seçenek incelenmiştir. İlk seçenekte öz malzemesinin kalınlığı sabit tutulup (c=0,02 m), dış cidarların toplam kalınlığı 1, 2 ve 3 kat alınmıştır (t=0,0032, 0,0064 ve 0,0096 m). Aynı biçimde dış cidarların kalınlığı sabit tutulup (t=0,0032 m), öz malzemesinin kalınlığı 1, 2 ve 3 kat alınmıştır (c=0,02, 0,03 ve 0,04 m). İkinci seçenekte ise, öz malzemesinin ve dış cidarların kalınlıkları değiştirilip, aynı toplam ağırlığa sahip sandviç plakların kritik burkulma yükleri incelenmiştir. Bulgular: İlk seçenekte, öz malzemesinin kalınlığı sabit seçilip, dış cidarların kalınlığı arttırıldığında kritik burkulma yükü artmaktadır. Dış cidarların kalınlığı sabit tutulup, öz malzemesinin kalınlıkları arttırıldığında kritik burkulma yükü artmaktadır. Öz malzemesinin veya dış cidarların kalınlıkları arttırıldığında, kritik burkulma yükü öz malzemesinin kalınlığının arttırılmasından daha çok etkilenmektedir. İkinci seçenekte ise sandviç plakların toplam ağırlığı eşit olacak şekilde, öz malzemesinin ve dış cidarların kalınlıkları değiştirilip kritik burkulma yükü araştırılmıştır. Burada ilk olarak öz malzemesinin kalınlığı (c=0,02 m) sabit tutulup, dış cidarların 4 farklı tabaka dizilimi için toplam plak ağırlığı 1,416 kg belirlenmiş, kritik burkulma yükleri bulunmuştur. Bu durumun ikinci kısmında kalınlıklar değiştirilerek, dış cidarların 4 farklı tabaka diziliminden ve öz malzemesinden (c=0,07275 m) oluşan sandviç plağın toplam ağırlığı 1,416 kg olarak ilk kısımdaki toplam ağırlıkla eşit olacak biçimde düzenlenmiştir. Burada dış cidarların farklı diziliminin kritik burkulma yükünü fazla etkilemediği görülmüştür. Özün kalınlığının fazla, dış cidarların ise ince olduğu koşulda kritik burkulma yükü daha az bulunmuş, daha rijit yapı elde edilmiştir. Sonuç: Matlab programlama dilinde hazırlanan kod ile sandviç uzun dikdörtgen plakların burkulma analizleri uzun sandviç plak yaklaşımı ile hızlı bir biçimde elde edilmiştir. Bulunan sonuçlar, ANSYS paket programıyla elde edilen sonuçlara yakın çıkmıştır. Bu çalışmadakine benzer bilgisayar destekli parametrik analizlerle, sandviç yapıların ön tasarımında en uygun parametreler hızlı bir biçimde belirlenip, ağırlık, zaman, işgücü ve maliyetten tasarruf edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Sandviç Uzun Dikdörtgen Plaklar, Burkulma, Parametrik Çalışma
|
