Farklı mekanik özelliklere sahip kafes yapıların homojenizasyon yöntemi ile eşdeğer katı modellemesi

Kafes hücreler hafif ve düşük ağırlıklı olmalarının yanı sıra yüksek mukavemet ve enerji emme özelliklerine sahip, farklı mekanik davranış özelliği gösterebilen birbirine bağlı çubuk elemanlarına sahip özel yapılardır. Karmaşık geometrilerinden dolayı kafes yapılarla oluşturulan tasarımların, sonlu eleman analizleri süre ve işlemci gücü göz önünde bulundurulduğunda zahmetli ve pahalı olmaktadır. Bu sebeple homojenizasyon yöntemleri ile kafes hücrelerin efektif özellikleri belirlenerek analizler için gerekli maliyet azaltılabilmektedir. Ayrıca, her bir kafes hücre kübik simetriye sahip olsa da her yönde aynı mekanik davranışa sahip olmayacağından izotropik özellik göstermemektedir. Bu çalışma kapsamında, biri izotropik olmayan bir diğeri ise izotropik efektif özelliklere sahip iki adet kafes hücre türünün, eşdeğer katı modellerinin izotropik özelliklerle oluşturulduğunda sonlu elemanlar analizleri sonuçlarında meydana gelen farkı inceleyen bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Kullanılan kafes birim hücreler izotropik olmayan özelliklere sahip Hacim Merkezli Kübik (HMK) ve izotropik özelliklere sahip Yüzey ve Basit Merkezli Kübik (YBMK) hücrelerdir. Bu çalışmada, kafes birim hücre yapıların mekanik özelliklerini tanımlamak için ele alınan eşdeğer mekanik özellikler sırasıyla eşdeğer elastisite modülü, eşdeğer kesme modülü ve eşdeğer Poisson oranıdır. HMK ve YBMK kafes hücrelerin bu efektif özellikleri, farklı çubuk çapları ve hücre uzunluklarında modellemeler sonucu homojenizasyon yöntemi ile belirlenerek, efektif özelliklerin çubuk çapının hücre uzunluğuna oranı arasındaki ilişki modellenmiştir. Bu ilişki modellemelerinde regresyon ve yapay sinir ağı modelleri kullanılarak, iki farklı sayısal tahmin yönteminin tahmin performansları incelenmiştir. Sayısal tahmin yöntemlerinin sonuçları, sonlu elemanlar analizleri sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Ayrıca, sayısal tahmin yöntemlerinden tahmin edilen efektif özellik değerleri kullanılarak bir basma testi numunesinin eşdeğer katı modeli oluşturulmuş ve bu modelin sonlu elemanlar analizi sonuçlarının detaylı kafes yapı modeli analiz sonuçları ile tutarlılığı gösterilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda, izotropik olmayan HMK hücre için izotropik efektif özelliklerle oluşturulan eş değer katı modelinin doğru sonuçlar vermediği, izotropik olan YBMK hücre için ise izotropik efektif özelliklerle oluşturulan katı modelinin doğru sonuçlar verdiği ve regresyon yöntemi ile eşdeğer mekanik özelliklerin farklı çap ve uzunluktaki kafes hücreler için yüksek doğrulukta eşdeğer mekanik özelliklerin tahmin edilebileceği gösterilmiştir.