Çift-çift kompozitlerde termal burkulmanin birinci mertebe kayma-deformasyon teorisi ile modellenmesi ve parçacik sürü optimizasyonu yöntemiyle optimizasyonu

Bu tez çalışmasında, Tsai'nin önerdiği çift-çift kompozit levha tasarım yaklaşımı için Klasik Kompozit Plaka Teorisi (CLPT) ve Birinci Dereceden Kayma Deformasyon Teorisi (FSDT) denklemleri yardımıyla MATLAB ortamında kompozit plaka için A, B ve D rijitlik matrisleri hesaplanmıştır. Plakanın kuvvet- moment denge denklemleri, A ve D rijitlik matrisleri yardımıyla burkulma denklemi oluşturulmuştur. Düzlem içi gerilmelerin kompozit A matrisi ve orta düzlem şekil değişimi ile ilişkilendirilmesi kritik sıcaklık farkının elde edilmesini sağlamaktadır. Kompozit bir plaka için geliştirilen kod yardımıyla, burkulmanın meydana geldiği en yüksek sıcaklık farkı; çift-çift kompozit dizilim kuralları, değişken tabaka kalınlıkları ve farklı sınır koşulları (SSSS, SSCC, CCSS, CCCC) dikkate alınarak Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması ile hesaplanmıştır. Kritik sıcaklık farkının belirlenmesinde iki temel kısıtlama kullanılmıştır. Birinci kısıtlama, tabakalar arası kayma gerilmesinin (ILSS) tabakalar arası kayma mukavemetinden (ILS) küçük olmasıdır. Bu kapsamda, epoksi matrisli cam elyaf ve karbon elyaf takviyeli iki farklı çift-çift kompozit levha için standartlardan alınan tabakalar arası mukavemet değerleri dikkate alınmış ve bu değeri aşmayan dizilimler belirlenmiştir. Bu kısıtlama, tabakaların ayrılmasını önlemeyi amaçlamaktadır. İkinci kısıtlama ise, elde edilen kritik sıcaklık farkının Tsai-Hill hasar kriterini sağlamasıdır. Belirtilen kısıtlamalar için MATLAB koduna penaltı fonksiyonu eklenmiştir. Bu penaltı fonksiyonu dışında kalan optimum tasarım parametreleri PSO algoritması ile elde edilmiştir. Burkulmanın gerçekleştiği en yüksek sıcaklığı veren sürü değerleri; ilk açı (θ1), ikinci açı (θ2), tabaka kalınlığı (t) plaka boyu/ plaka eni (a/b) kullanılarak elde edilen kritik sıcaklık farkı değeri pozitif bir değer olmasına rağmen, PSO algoritması maliyet fonksiyonunu minimize etmeye çalıştığı için maliyet fonksiyonu negatif değeri alınmıştır. Kritik sıcaklık farkı ΔT'nin maksimum değeri, maliyet fonksiyonunun minimumu olarak değerlendirilmekte ve PSO tarafından en uygun çözüm olarak seçilmektedir. PSO algoritması, farklı tabaka sayıları (K = 8, 16, 32 ve 40) için küresel en iyi değerleri hesaplamakta, ardından bu değerler içinden optimum değerli seçmektedir. Örnek vermek gerekirse SSSS sınır şartında çift eksenli yükleme ve grafit/epoksi malzeme için burkulmanın gerçekleştiği en yüksek sıcaklık farkı değeri (maliyet fonksiyonu) -278.54 olarak hesaplanmıştır. Bu maliyet fonksiyonunun sürü değerleri ise θ1:16°, θ2:16°, t: 0.0004m, K: 40, a/b:1.5 olacak şekilde hesaplanmıştır. Sonuçlar kısmında PSO algoritması sonucunda edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.