CTP kompozit profillerin darbe yükü etkisi altındaki davranışının sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi

Bu tez çalışmasında, cam elyaf takviyeli plastik (GFRP) kompozit profillerin yapısal eleman olarak kullanılabilirliği, GFRP kompozit malzemenin profiller için uygunluğu ve darbe yüküne maruz durumlarda çelik malzemeye yeni bir alternatif olma potansiyelinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, kutu profil, I profil , U profil ve boru profil gibi farklı geometrik şekillere sahip profillerin darbe yükü altındaki davranışı sayısal olarak incelenmiştir. Lineer olmayan darbe analizleri Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiş ve bu analizlerde Abaqus programı kullanılmıştır. GFRP profiller ile çelik profillerin darbe yükü altındaki davranışlarını karşılaştırmak amacıyla, endüstride yaygın olarak kullanılan söz konusu profiller Fiberko firmasından alınan bilgiler baz alınarak analiz edilmiştir. Seçilen profillerin boyutları, endüstriyel bir üretim işletmesinin ürünleri referans alınarak belirlenmiş ve bu boyutlara göre hem GFRP hem de çelik malzeme olarak profiller Abaqus programında modellenmiştir. Belirlenen kutu profil, I profil, U profil ve boru profilleri modelledikten sonra, darbe yüklemesi 2000 mm yükseklikten 0,075 ton ağırlığına sahip rijit cismin serbest düşürülmesiyle gerçekleştirilmiştir. Darbe uygulanan cisim, deformasyon oluşmadan ve gerilme almaksızın bir rijit cisim olarak modellenmiş bununla birlikte profiller, boyutlarına göre deformasyona izin veren kabuk elemanlar olarak modellenmiştir. Geometrik modellere malzeme ataması yapılmış ve cam elyaf takviyeli (GFRP) malzeme için kullanılan elastik ve plastik malzeme özellikleri Abaqus programı kütüphanesinden alınmıştır. Cam fiber lifleri, profil kalınlığına göre eşit katmanlara bölünerek liflerin doğrultuları [0/-45/90/45/45/90/-45/0] olacak şekilde düzenlenmiştir. Sekiz farklı doğrultuda yönlendirilmiş cam fiber liflerinden meydana gelen kompozit malzemeye uygun malzeme ataması yapılmış ve profilin sınır şartları belirlenerek, biri sabit mesnet diğeri kayıcı mesnet olacak şekilde konfigüre edilmiştir. Rijit darbe cismi sadece düşey yönde hareket edebilecek şekilde sınırlandırılarak darbe analizi için rijit cisme hız tanımlaması yapılmış; 2000 mm yükseklikten serbest bırakılan ve 0,075 ton ağırlığındaki cismin düşme hızı, hesaplanarak 6264,18 mm/sn olarak belirlenmiştir. Bu değer, darbe analizi için kullanılmıştır. Sonlu eleman ağ boyutunun belirlenebilmesi amacıyla bir yakınsama çalışması gerçekleştirilmiştir. Analizlerde kullanılan profil üç farklı bölüme ayrılmış ve her bir bölüm için farklı sonlu eleman ağ boyutları denenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda, profilin orta bölümünde en uygun sonlu eleman ağ boyutu olarak 5x5 mm belirlenirken, kalan bölgeler ve rijit darbe cismi için ise 15x15 mm boyutları tercih edilmiştir. Bu boyutlar, analizlerin doğruluğunu ve hesaplama stabilitesini sağlamak amacıyla seçilmiştir, böylelikle sonuçların güvenilirliği artırılmıştır. Malzeme farklılıkları ile birlikte çelik profiller ve GFRP kompozit profillerin arasında yapısal performans ve dayanıklılık açısından belirgin farklılıklar görülmüştür. Yapılan analizler, GFRP kompozit profillerin çelik profillere kıyasla daha elastik bir davranış sergilediğini ortaya koymuştur. Çelik profillerin genellikle daha az deplasman gösterdiği ancak kalıcı deformasyona daha fazla maruz kaldığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, GFRP kompozit profillerin yer değiştirmeye karşı daha hassas olduğu ve bu malzemenin minimum mesnet reaksiyonu gerektiren yerlerde tercih edilebileceği, minimum deplasman ihtiyacı duyulan yerlerde ise çelik malzemenin tercih edilmesi gerektiği belirlenmiştir. Bu çalışma, yapısal gereksinimlere uygun malzeme seçiminin kritik bir öneme sahip olduğunu vurgulamakta ve darbe yüküne maruz kalacak yapılar için malzeme seçiminin titizlikle yapılması gerektiğini göstermektedir. Ayrıca, elde edilen sonuçlar arasında kompozit elemanların profil seçimi ve kalınlığının darbe davranışını etkileyen faktörler arasında olduğu da yer almaktadır.