dc.contributor.advisor | Sabuncuoğlu, Barış | |
dc.contributor.author | Bektaş, Berkay | |
dc.date.accessioned | 2023-06-06T06:00:43Z | |
dc.date.issued | 2023 | |
dc.date.submitted | 2023-01-12 | |
dc.identifier.citation | Author’s initials. Author’s Surname, “Title of article,” Title of journal abbreviated in Italics, vol. number, issue
number, page numbers, Abbreviated Month Year. | tr_TR |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/33396 | |
dc.description.abstract | Knowing the mechanical behavior of fiber-reinforced composites are important since
unidirectional (UD) composite materials have been widely used in many industries.
Different methods in macro-scale and micro-scale have been used to determine the
properties of the composite. While macro-scale methods fail to predict properties under
transverse loading, many studies were done in micro-scale methods where the fiber and
matrix are modeled separately. Finite element method is the most widely used method for
micro-scale analysis.
It is known that matrix properties dominate the failure behavior of the UD composites.
Since these distributions are affected by the composite material properties, it is important
to see the relation between them. The stress distribution is highly dependent on the
distribution of the fiber. Therefore, random packing methods were developed to capture
the real composite structure. With each run, fiber locations changes. Understanding the
stresses and concentrations due to selected material properties is possible with a
sensitivity analysis.
ii
In this thesis, the effect of material parameters on micro-scale stress distribution in fiber
reinforced composites in transverse loading was analyzed. Different micro-scale models
were generated due to generated fibers in the matrix being different than the actual
structure. The models were prepared and solved by a commercial finite element software,
ABAQUS. Material parameters that can be selected by the designer or engineer were
analyzed within a preliminary analysis and were defined to the models. Their results were
compared to see their importance in the sensitivity analysis. It was seen that fiber
Poisson’s ratio does not have any meaningful effect on stress concentration within the
ranges given in the study. Chosen material parameters and their values taken from the
literature were defined to the models. To calculate the relation between the stress
concentration results gathered and the material parameters, a commonly known statistical
analysis method called parametric correlation was used and correlation coefficients were
interpreted. It was seen that composites Young’s modulus ratio has lower relation with
stress concentration than fiber’s volume ratio. A parameter called overstressed volume
percentage was introduced in the thesis. The correlation coefficient of this parameter with
the input parameters was also calculated and interpreted. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Composite Materials | tr_TR |
dc.subject | Finite element method | tr_TR |
dc.subject | Sensitivity analysis | tr_TR |
dc.subject | Monte carlo simulation | tr_TR |
dc.subject | Parametric correlation | tr_TR |
dc.subject | Micro-scale modelling | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Makina mühendisliği | tr_TR |
dc.title | Sensitivity Analysis of Material Parameters on the Micro-Scale Stress Distribution in Fiber Reinforced Composites | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Tek yönlü (UD) kompozit malzemeler birçok endüstride yaygın olarak kullanıldığından,
fiber takviyeli kompozitlerin mekanik davranışlarını bilmek önemlidir. Kompozitin
özelliklerini belirlemek için makro ölçekte ve mikro ölçekte farklı yöntemler
kullanılmıştır. Makro ölçekli yöntemler, enine yükleme altındaki özellikleri tahmin
etmekte başarısız olurken, fiber ve matrisin ayrı ayrı modellendiği mikro ölçekli
yöntemlerde birçok çalışma yapılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi, mikro ölçekli analizler
için en yaygın kullanılan yöntemdir.
Matris özelliklerinin UD kompozitlerin kırılma davranışına hakim olduğu bilinmektedir.
Bu dağılımlar kompozit malzeme özelliklerinden etkilendiği için aralarındaki ilişkinin
bilinmesi önemlidir. Gerilme dağılımı büyük ölçüde fiberin dağılımına bağlıdır. Bu
nedenle, gerçek kompozit yapıyı yakalamak için rastgele paketleme yöntemleri
geliştirilmiştir. Her çalıştırmada, fiber konumları değişir. Hassasiyet analizi ile seçilen
malzeme özelliklerinden kaynaklanan gerilmeleri ve konsantrasyonları anlamak
mümkündür.
iv
Bu tezde, malzeme parametrelerinin enine yüklemede fiber takviyeli kompozitlerde
mikro ölçekli gerilme dağılımı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Matriste oluşturulan
fiberlerin gerçek yapıdan farklı olması nedeniyle, çeşitli mikro ölçekli modeller
oluşturulmuştur. Modeller, ticari bir sonlu elemanlar yazılımı olan ABAQUS ile
hazırlanmış ve çözülmüştür. Tasarımcı veya mühendis tarafından seçilebilen malzeme
parametreleri bir ön analiz ile analiz edilerek modellere tanımlanmıştır. Duyarlılık
analizindeki önemlerini görmek için sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmada verilen
aralıklarda fiberin Poisson oranının stres konsantrasyonu üzerinde önemli bir etkisinin
olmadığı görülmüştür. Seçilen malzeme parametreleri ve literatürden alınan değerleri
modellere tanımlanmıştır. Toplanan gerilim konsantrasyonu sonuçları ile malzeme
parametreleri arasındaki ilişkiyi hesaplamak için yaygın olarak bilinen parametrik
korelasyon adı verilen istatistiksel analiz yöntemi kullanılmış ve korelasyon katsayıları
yorumlanmıştır. Kompozitlerin Young modül oranının, fiberin hacim oranına göre
gerilme konsantrasyonu ile ilişkisinin daha düşük olduğu görülmüştür. Tezde aşırı
gerilmiş hacim yüzdesi adı verilen bir parametre tanıtılmıştır. Bu parametrenin giriş
parametreleri ile korelasyon katsayısı da hesaplanmış ve yorumlanmıştır. | tr_TR |
dc.contributor.department | Makine Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | 6 ay | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2023-12-09T06:00:43Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |