Fonksiyonel derecelendirilmiş gözenekli sandviç kirişlerin statik ve serbest titreşim analizi

Fonksiyonel olarak derecelendirilmiş sandviç malzemeler, çeşitli yapı elemanlarının yapımında kullanılan kompozit malzemelerdir. Bu yapı elemanları gemi sanayisi, denizcilik, otomotiv, yüksek bina yapıları ve enerji mühendisliği uygulamaları ve daha birçok alanda kullanılmaktadır. Sonlu elemanlar yöntemi, açıklığı boyunca düzgün yayılı yüke maruz kalan fonksiyonel derecelendirilmiş gözenekli (FGP) sandviç kirişlerin statik davranışını analiz etmek için kullanılmıştır. Çubuğun çekirdeği fonksiyonel derecelendirilmiş gözenekli malzemeden, üst ve alt tabakaları ise izotropik homojen malzemelerden yapılmıştır. Üniform ve simetrik gözenekli malzeme dağılımları, iki farklı gözenekli malzeme çeşidi olarak kullanılmıştır. ANSYS programında BEAM189 elemanı kullanılarak kayma deformasyon etkisi dikkate alınmıştır. Bu sonlu eleman, birinci mertebeden kayma deformasyon teorisine dayanmaktadır. Gözeneklilik katsayısının, sınır koşullarının ve gözenekli malzemenin türünün, ele alınan alınan yapı elemanların statik davranışı üzerindeki etkisi ayrıntılı olarak sunulmuştur. Sonuçlar, gözeneklilik katsayısının FD sandviç kirişlerin statik analizi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bu malzemelerin gözenekli olması rijitlik ve mukavemet gibi bazı davranışsal yönleri ve özellikleri olumsuz etkileyebilir, ancak titreşim azaltma, termal izolasyon, enerji absorbsiyonu ve diğer özellikler gibi diğer alanlarda üstün performans sağlayabilir. Porozitenin ele alınan sandviç kirişlerin dinamik davranışları üzerindeki etkisinin araştırılması, hesaplanan serbest titreşim frekanslarının yorumlanması ile gerçekleştirilmiştir. FD sandviç kirişlerinin mekanik özellikleri kalınlık boyunca porozite katsayına bağlı olarak değiştmektedir. Bu katsayının serbest titreşim frekansları üzerinde etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir. Dört adet farklı mesentli kiriş (ankastre- ankastre, sabit-sabit, ankastre -serbest, ankastre- sabit) için analizler gerçekleştirilmiştir. Gözeneklik katsayısına ise (0,1 – 0,9) arasında değerler verilerek 4 gruptan oluşan toplam 264 kiriş örneği analiz edilmiştir. Simetrik tabakalı durumunda her gözeneklik dağılımı (üniform ve SMCR) için 44 model, simetrik olmayan tabakalanma durumu için 44 model ve PLANE183 sonlu elemanı için de 44 model oluşturulmuştur. Dinamik analizden elde edilen sonuçlar, gözeneklilik sabitinin FD gözenekli sandviç kirişlerin doğal frekansları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir.