Kompozit Malzeme Nedir?

En az iki farklı malzemenin makro boyutlarda katmanlı bir şekilde dizilmesi ile oluşan malzemelerdir. Kompozit malzemeler kendilerini oluşturan her bir malzemeden daha yüksek dayanıma sahiptir. Kompozit malzemeler fiber ve matris olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Fiber malzemeler kompozit üzerinde dayanım görevini üstlenirken matris bu malzemelerin bir arada durmasından ve elastiklik sağlanmasından sorumludur. Hafif ve yüksek dayanıma sahip olmasından dolayı uzay ve havacılıktan raylı sistemlere kadar çeşitli kullanım alanları mevcuttur.

Analiz İçin Hazırlık

Analiz tutarlılığını doğrulamak adına rüzgar türbini kanadına ait yapısal analiz makalelerinden birini baz alarak ilerleyeceğiz. Bu analiz için “New investigation of mechanical properties of a horizontal axis wind turbine blade based on a hybrid composites with kenaf fibers” başlıklı makaleyi referans alarak ilerliyoruz.

Analiz Modeli

 Turbine Blade Geometry

   Şekil-1

 

Makalede kullanılan kanat modeli bire bir olmasa da boyut olarak makaleye uygun bir şekilde devam ediyoruz. Daha sonra malzeme tanımlarken yardımcı olması için kanat modelini parçalara bölüyoruz.

Simcenter 3D

 

Şekil-2

 

Modeli makalede bulunan modele benzetme adına şekil-3’te kanat için cıvata bağlantı bölgesi ve şekil-4’te kanat iç destekleri(web) ekliyoruz. Sonradan yapılan değişiklerin tamamını Simcenter 3D ile tümleşik bir şekilde çalışan Siemens NX arayüzünde gerçekleştiriyoruz.

                                   Şekil-3                                                                       Şekil-4

 

Mesh Modeli Oluşturma

Simcenter3D Mesh

Şekil-5

 

Tüm modeli 50mm CQUAD4 eleman ile meshliyoruz ve ardından malzeme atanacak her bölge için ayrı bir kollektör oluşturuyoruz.

Simcenter3D Mesh Collectors

Şekil-6

 

Malzeme Tanımlama

Makalede bulunan A130 fiber malzeme özelliklerini Simcenter 3D içerisine giriyoruz.

Simcenter3D Material Definition

Şekil-7

 

Analizde kullanılacak DB120 isimli başka bir fiber malzemeyi de aynı şekilde tanımlıyoruz.

Simcenter3D Material Definition

Şekil-8

 

Matris malzemesi olarak Simcenter 3D kütüphanesi içerisinde bulunan Epoxy malzemesini kullanacağız. Hem DB120 için hem de A130 için %60’ı fiber %40’ı epoxy olmak üzere kompozit katman modelleri oluşturuyoruz.

Simcenter3D Composite Volume Fraction                                        Şekil-9                                                        Şekil-10

 

Oluşturulan kompozit katmanları “Unidirectional” olarak oluşturuldu fakat Simcenter 3D içerisinde partikül veya örgü şekilde katmanlar oluşturmakta mümkündür.

Şekil-11

 

Laminate Modeler kısmından oluşturduğumuz kompozit katmanlarının sayısını, açısını ve hasar modelini ayarlamak mümkündür.

Simcenter3D Laminate Modeler Ply Layup

Şekil-12

 

Simcenter3D Laminate Modeler Ply Sketcher

Şekil-13

 

Kanat ve desteklerin her bölümü için ayrı bir kompozit katman modeli tasarladık ve tanımladık.

 

Sınır Koşulu Tanımları ve Simülasyonun Çalıştırılması

Mesh modelini cıvata bağlantı bölgelerinden sabitledik.

Simcenter3D Boundary Condition

Şekil-14

 

Kanat modeline tesir edecek rüzgar yükünü temsilen 20000 N yük uyguladık.

Şekil-15

Analiz çalışmaya hazır.

 

Sonuçları inceleyelim

Oluşturulan tüm katmanların ayrı ayrı gerilmelerini görmekle birlikte tüm katmanlara ait kümülatif hesaplanmış gerilme değeri görmekte mümkündür. Görsellerde verilen gerilmelerin hepsi kümülatif olarak hesaplanmıştır. Gerilmelerin önemli bir kısmı cıvata bölgesinde yoğun olarak görülmektedir. Yer değiştirme maksimum 3.6m’dir. Makalede yer verilen yer değiştirme değeri de analiz sonucunda görülen 3.6m’ye çok yakın olarak gözlemlenmiştir.

Simcenter3D Stress Results

Şekil-16: Stress

 

Şekil17: Stress

 

Simcenter3D Stress Results

Şekil-18: Stress

 

Simcenter3D Tsai-Wu Theory Results

Şekil-19: Stress

Şekil-20: Displacement (Video)

Simcenter3D ile ilgili Teknik eğitimlerimiz için Insource Academy sayfamıza https://insourceyazilim.com/udemy adresinden ulaşabilirsiniz.

Teknik sorularınız için destek@insourceyazilim.com adresinden ulaşabilirsiniz.

Giray Raif Balta, Abdulvahap Acar, Göktürk Ağaç, Mart 2022

KAYNAKÇA:
https://www.intechopen.com/chapters/51202
https://link.springer.com/article/10.1007/s42452-020-2006-y