Akademik Veri Yönetim Sistemi
Eccomass COMPOSITES 2023, Palermo, İtalya, 12 - 14 Eylül 2023
Lamine bir kompozit parçadaki çok sayıda ardışık kat sonlandırması, oldukça konik yapılara neden olur ve kat düşüşleri olarak da adlandırılan kat sonlandırma konumları, yüksek tabakalar arası gerilimden kaynaklanan katmanlar ayrılmasının erken başlaması nedeniyle laminatın yük taşıma kapasitesini azaltır. Bu tür yüksek konik laminatlar, bir tarafta yüksek mukavemet gereksinimi, diğer tarafta ise düşük sertlik gereksinimi nedeniyle özellikle helikopter esnek kirişlerinde görülmektedir. Bu nedenle, oldukça konik laminatlardakatman ayrılması başlangıcını ertelemek önemlidir ve bu, malzemenin tabakalar arası özelliklerinin iyileştirilmesi veya gerilim tekilliklerinin azaltılmasıyla gerçekleştirilebilir. Arayüz özelliklerinin iyileştirilmesi yoluyla tabakalara ayrılmanın bastırılması, yeni malzemeler veya üretim teknikleri gerektirir; ancak gerilim tekillikleri, konik geometrinin eldeki alet ve malzemelerle değiştirilmesiyle azaltılabilir. Bu nedenle, bu çalışmada, yüksek konik laminatların yük taşıma kapasitesinin, ardışık kat düşmeleri arasındaki mesafe olan değişken kademeli mesafeler kullanılarak araştırılmaktadır. Katman azaltma mesafelerinin kademeli olarak değiştirilmesi, geçiş geometrisini düzgünleştirir ve gerilim konsantrasyonlarındaki azalma nedeniyle laminatın yük taşıma kapasitesini arttırır. Ancak modelleme zorlukları ve tasarımdaki karmaşıklık nedeniyle, değişen katan azaltma mesafelerine sahip konik laminatlar literatürde ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Bu nedenle, değişen kademeli mesafe tasarımının olası faydalarını ve sınırlamalarını araştırmak için, ABAQUS'ta bir python kodu ile parametrik sonlu elemanlar modelleri üretildi. Delaminasyon başlangıcını tahmin etmek için sıfır kalınlıkta kohesiv elemanlar kullanılır ve yüksek konik açılara sahip konik laminatlarda katman ayrılması ana hasar modu olduğundan kat içi hatalar dikkate alınmaz. Koniklik açısının kademeli olarak arttırıldığı ön parametrik çalışma, konik yapının ince kesitindeki katman ayrılması başlangıç yükünün büyük ölçüde konik geometriye bağlı olduğunu ve koniklik açısı arttıkça azaldığını göstermiştir. Bu nedenle, oldukça konik laminatlarda reçine cep şeklinin etkisini karşılaştıran ayrıntılı sonlu eleman modelleri araştırılmıştır. Sonuçlar, koniklik açısı arttıkça, yaklaşık üçgen reçine cebi modeli ile gerçekçi reçine cebi geometrisi modeli arasındaki katman ayrılması başlangıç yüklerindeki farkın önemli hale geldiğini gösterdi. Daha ayrıntılı çalışmalar yapılacak ve yüksek konik laminatların ince kesitindeki delaminasyon başlangıcını ertelemek için değişen adım aralığı konseptlerinin olası faydaları araştırılacaktır.
A large number of successive ply terminations in a laminated composite part result in highly tapered structures, and ply termination locations, also called as ply drop-offs, decrease the loadcarrying capacity of the laminate because of the early initiation of delamination originating from high interlaminar stress regions. These types of highly tapered laminates are observed especially in helicopter flexbeams due to high strength requirement on one side and low stiffness requirement on the other. Therefore, it is important to postpone the delamination initiation in highly tapered laminates, and this can be accomplished by improving the interlaminar properties of the material or reducing the stress singularities. Suppression of delamination by improving the interface properties requires new materials or manufacturing techniques; however, stress singularities can be reduced by changing the tapered geometry with tools and materials on hand. Therefore, improving the load-carrying capacity of highly tapered laminates by using variable stagger distances, the distance between consecutive ply-drop offs, is investigated in this study. Gradually changing the stagger distances smoothens the transition geometry and increases the load-carrying capacity of the laminate owing to the reduction in the stress concentrations. However, due to modeling difficulties and complexity in the design, tapered laminates with varying stagger distances are not investigated in detail in the literature. Therefore, to investigate the possible benefits and limitations of varying stagger distance design, parametric finite element models are generated in ABAQUS with a python script. Zerothickness cohesive elements are utilized to predict the delamination initiation, and intraply failures are not considered since delamination is the main failure mode in tapered laminates with high taper angles. The preliminary parametric study in which the taper angle is gradually increased showed that the delamination initiation load in the thin section of the tapered structure heavily depends on the taper geometry and decreases as the taper angle increases. Therefore, detailed finite element models comparing the effect of resin pocket shape in the highly tapered laminates are investigated. Results showed that as the taper angle increases, the difference in the delamination initiation loads between the approximate triangular resin pocket model and the realistic resin pocket geometry model becomes significant. More detailed studies will be performed, and the possible benefits of varying step spacing concepts will be investigated to postpone the delamination initiation in the thin section of highly tapered laminates.