Discrete fiber path angle and continuous fiber path optimization in composite structures
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2012
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: HASAN İNCİ
Danışman: ALTAN KAYRAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Kompozit yapı tasarım optimizasyonlarındaki en etkili tasarım değişkenlerden birisi fiber yönelim açısı olarak göze çarpmaktadır. Kompozit yapılar üretilirken, önceden belirlenmiş performans içeriklerini belirli tasarım gereklerine ve sınırlarına göre optimize etmek için fiber yönelimleri değiştirilebilir. Fiber yerleştirme makinaları, değişik genişlikteki kompozit kumaşları eğrisel yollara yerleştirebilmesi bir kompozit yapıdaki bir katman içerisindeki fiber yönelim açılarını sürekli değiştirebilmesine neden olur. Kompozit yapılarda fiberlerin eğrisel yollar izlemesini sağlayarak, bir plaka içindeki yük yollarında değişim sağlanabilir. Böylece, daha olumlu gerilim dağılımları ve arttırılmış katman performansı elde edilebilir. Bu tarz yapılara değişken sertlikli kompozit yapıları adı verilir. Bu tez, kompozit yapılarda ayrık fiber açısı ve sürekli fiber yolu optimizasyonu hakkında temel bir çalışma sunmaktadır. Ayrık fiber açısı optimizasyonunda, ortotropic ve katmanlı kompozit yapıların ikisi için de eleman seviyesinde farklı analiz/optimizasyon araçlarıyla optimum fiber açısı optimizasyonları uygulanmıştır. Sürekli fiber yolu, fiber yerleştirme makinalarıyla üretilebilen, optimizasyonunda, farklı durum çalışmaları için belirlenmiştir. Sürekli fiber yolu optimizasyonu geliştirilmiş olan bir arayüz kodu ile gerçekleştirilmiştir. Yüzlerce tasarım değişkeni ile karmaşık optimizasyon problemlerinde global optimumu bulmak çok zordur. Bu tür karmaşık optimizasyon problemlerinde global optimum çözümü bulabilmek için eğim tabanlı optimizasyon algoritmaları uygun değildir çünkü, oldukça fazla yerel minimumlar olacaktır ve eğim tabanlı optimizasyon algoritmaları bu yerel minimumlarda takılı kalabilecektir. Bundan dolayı, bir evrimsel algoritma bu tür karmaşık optimizasyon problemleri için daha iyi bir çözücüdür. Bu tezde, MATLAB Optimizasyon Araç Kutusu içindeki bir evrimsel algoritma olan genetik algoritma optimizasyon yazılımı olarak kullanılmıştır ve ticari sonlu elemanlar programı Nastran da yapısal problem çözücü olarak kullanılmıştır. Sürekli fiber yolu optimizasyonu için bu iki program geliştirilmiş olan bir arayüz kodu ile bütünleştirilmiştir. Tipik bir fiber yerleştirme makinasının üretim sınır şartları da sürekli fiber yolu optimizasyonu tanımının içine eklenmiştir. Nastran sonlu elemanlar çözücüsüyle, MATLAB genetic algoritma aracının, fiber yerleştirme makinasınn üretim sınır şartları eklenerek bütünleştirilmesiyle yapılan optimizasyonun sonucunda, bir sürekli fiber kompozit plakanın birinci burulma yükünün, sıfır derece açılı bir kompozit plakaya göre %22 arttığı görülmüştür.