Akademik Veri Yönetim Sistemi
SABUNCUOĞLU B. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2018 - 2020
Kompozit malzemeler, birden fazla malzemenin bir araya getirilmesiyle oluşturulan heterojen malzemelerdir. Birçok malzemede olduğu gibi bu tip malzemelerin modellenmesinde de sonlu eleman yöntemi sıkça kullanılır. Model oluşturulurken malzemelerin homojenize edilerek ortak bir malzeme özelliği değeri kullanılması bilinen bir yaklaşımdır. Ancak bu yaklaşım birçok varsayım altında geçerlidir. Bunun yanında kompozit malzemeyi oluşturan bileşen malzemelerin her biri üzerindeki gerilme ve gerinimlerin ayrı ayrı incelenmesine olanak sağlamazlar. Gerçekçi modelleme için malzemelerin ayrı ayrı modellenmesi gerekir. Ancak özellikle bu bileşen malzemelerin şekillerinin karmaşık olması, sonlu eleman modelinin oluşturulması kısmında eleman sürekliliğini sağlamak için oldukça soruna yol açacak veya modelde çok fazla eleman kullanılması nedeniyle çözüm süresi uzayacaktır. Bu soruna çözüm için gömülü eleman yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemde kompozit malzemeyi oluşturan bileşen malzemeler gömülü bölge ve ana bölge olarak birbirlerinden bağımsız ağ yapıları oluşturulur. Malzemeler arasında bağlantı sınırlandırmaları koşulları belirlenerek malzemelerin tek bir malzeme gibi davranması sağlanır. Bu yöntem sayesinde hem bileşenler arası eleman sürekliliği gerekmediğinden göreceli olarak daha düzgün ve daha az elemanlı ağ yapılı modeller oluşturulabilir hem de çoğunlukla amprik olan yaklaşımlar yerine direkt malzemeler modellendiği için bileşke malzemenin mekanik davranışı daha gerçekçi elde edilebilir. Bunun yanında bileşen malzemelerin üzerindeki gerilme ve gerinimler incelenebilir. Ancak bu yöntemin de gerçekçi sonuçlar verebilmesi için gömülü hacmin ana hacme göre oranının çok düşük olmasının yanı sıra ana elemanın doğrusal elastik malzeme davranışı göstermesi gerekmektedir. Çünkü gömülü malzemenin olduğu yerdeki ana malzeme halihazırda modelde yer aldığından (artık hacim) malzemenin mekanik davranışını etkileyecektir. Kompozit malzemelerde en sık kullanılan ana malzeme (matris) termoelastik veya termoplastik polimerlerdir. Bu malzemelerin de dış yükler altında doğrusal olmayan mekanik davranış gösterdikleri bilinmektedir. Buna ilaveten kas ve doku yapılarının malzemeleri de yüksek derecede inelastik malzeme davranışı içeririr. Gömülü hacim (fiber) oranı yükseldiğinde matristeki bu davranışının dahil edilmesi daha da önem kazanmaktadır.
Bu projedeki amaç, modellemelerde oldukça kolaylık
sağlayan ve sadece doğrusal malzeme davranışı için kullanılabilen bu gömülü
eleman yönteminin elasto-plastik ve inelastik malzeme davranışı için de
kullanılmasına olanak sağlayan bir yöntem geliştirmektir. Bu amaçla modeldeki
gerçekçiliği bozan artık hacmin etkisi gömülü eleman malzeme özelliğine
yansıtılacaktır. Doğrusal olmayan malzeme davranışı yüzünden artık hacmin
malzeme özellikleri, malzemenin her noktasında ve yükleme boyunca değişkenlik
gösterecektir. Bu nedenle analizin her adımında ana hacimden sonuçlar elde
edilerek yeni malzeme özellikleri hesaplanacak ve bu özellikler gömülü
hacimdeki elemanların pozisyonlarına göre yansıtılacaktır. Oldukça uzun ve
karmaşık kullanıcı döngüleri gerektirecek olan bu yöntem ile elde edilen
sonuçlar klasik sürekli eleman yöntemi uygulanan modellerle kıyaslanacaktır.
Bunun yanında geliştirilecek olan yöntemin kullanılabilirliği örnek uygulamalar
ışığında değerlendirilecektir.