Tsai-Wu Kriteri Kullanarak Kompozit Plakaların Optimizasyonu için Geliştirilen Algoritma

Bu çalışmada Tsai-Wu kriteri kullanarak kompozit plakaların topoloji optimizasyonu için yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Gerilme tabanlı topoloji optimizasyon problemleri için Von-Mises gerilmesi tasarım değişkeni olarak kullanılır. Von-Mises gerilmesi izotropik malzemelerde bileşik gerilmenin toplam etkisini görebilmek için kullanılır. Bundan dolayı kompozit malzemeler gibi ortotropik malzemelerde Von-Mises gerilmesi kullanılamaz. Kompozit malzemelerin dayanım sınırlarını belirlemek için maksimum gerilme, maksimum gerinim, Azzi Tasi Hill, Tsai-Wu gibi kriterler kullanılmaktadır. Bu çalışmada optimizasyon algoritmasında tasarım değişkeni olarak kırılma indis değeri ve bu değeri hesaplamak için de Tsai-Wu kriteri kullanıldı. Günümüzde enerji verimliliği ve çevresel duyarlılıklardan dolayı geliştirilen ürünlerde optimum tasarımlar önem kazanmaktadır. Topoloji optimizasyonu optimum tasarım elde etmekte kullanılan yöntemlerin başında gelmektedir. Bu çalışmada kompozit malzemelerin optimizasyonu için yeni bir topoloji optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen bu algoritma ile literatürde yaygın olarak kullanılan modeller farklı elyaf açılarına göre optimize edildi ve sonuçlar sunuldu. Geliştirilen algoritma uygulandığında, izin verilen kırılma indis değeri aşılmadan %50’ye varan malzeme tasarrufu elde edilebilmektedir.

Anahtar Kelimeler:

Elyaf takviyeli kompozitler, Tasarım optimizasyonu; Sonlu elemanlar analizi; Tsai-Wu kriteri; Kırılma analizi.

PDF

___

Johansen, L.S., Lund, E. ve Kleist, J. (2009). “Failure optimization of geometrically linear/nonlinear laminated composite structures using a two-step hierarchical model adaptivity”, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 198, 2421–2438
Sørensen S.N. ve Lund E. (2013). “Topology and thickness optimization of laminated composites including manufacturing constraints”, Struct. Multidisc Optimization, 48, 249
Sun X.F., Yang J., Xie Y.M., Huang X. ve Zuo ZH. (2011). “Topology optimization of composite structure using bi-directional evolutionary structural optimization method”, Procedia Eng., 14, 2980
Bruggi M. ve Taliercio A. (2013). “Optimal design of the ﬁber-reinforcement to strengthen existing structures”, Int. J. Solids Struct., 50, 121
Göv İ. (2015). “A novel approach for design of fiber angle and layer number of composite plates”, Polymer Composite, doi: 10.1002/pc.23584
Duysinx P. ve M. Bendsøe P. (1998). “Topology optimization of continuum structures with local stress constraints”, Int. J. Numer. Meth. Engng, 43, 1453-1478.
Wang M. Y., Wang X. ve Guo D. (2003). “A level set method for structural topology optimization”, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg, 192 227–246.
Suziki K. ve Kikuchi N. (1991). “A homogenization method for shape and topology optimization”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 93 291-318.
Baran İ., Özgen G. O. ve Ciğeroğlu E. (2011). “Bir radar anten yapısının titreşim özelliklerinin topolojik optimizasyon tekniği ve destek elemanları kullanılarak iyileştirilmesi”, In Proceedings of the 15th Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu, (UMTS2011)
Yıldız A.R., “Yapay arı koloni algoritması ile taşıt salıncak kolunun optimum boyutlarının bulunması”, 3. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi, 2012.
Öztürk F. ve Sendeniz G., “Yolcu koltuklarında sac pres ayakta topoloji optimizasyonu çalışması”, 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, 2014.
Özkal F.M. ve Uysal H., (2010). “Üç boyutlu konsol kirişlerde topoloji optimizasyonu uygulamaları”, Int.J.Eng.Research & Development,Vol.2, No.1.
Borrvall T. ve Petersson J., (2003). “Topology optimization of fluids in Stokes flow”, Int. J. Numer. Meth. Fluids, 41:77–107
Yıldız A.R., Kaya N. ve Öztürk F. (2003). “ Taşıt elemanlarının optimum topoloji yaklaşımı ile tasarımı”, Mühendis ve Makina, Cilt 44 Sayı 516.
Yavuzcan H.G., Önder M., Keçel S., Akkurt A. ve Korkmaz M. S. (2015). “Yatık ağız açma ve kalibre etme makinasının yapısal analizi ve ağırlık optimizasyonu”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part:C, Tasarım Ve Teknoloji, 3(3):555-564.
Yang R.J. ve Chen C.J. (1996). “Stress-based topology optimization”, Structural Optimization, 12, 98-105.
Nishiwaki S., Frecker M.I., Min S. ve Kikuchi N. (1998). “Topology optimization of compliant mechanisms using the homogenization method”, Int. J. Numer. Meth. Engng. 42, 535-559.
Yılmaz O. ve Bekiroğlu S., (2016). “Alın levhalı bulonlu kolon kiriş birleşimlerinde panel bölgesi güçlendirmesinin etkisi”, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., Cilt 31, No 2, 241-253.
Apalak, K., Yıldırım. M. ve Ekici. R., (2008). “Layer optimisation for maximum fundamental frequency of laminated composite plates for different edge conditions”, Composites Science and Technology, Volume 68, Issue 2, Pages 537–550.
Kütük M.A. ve Göv İ. (2013). “A Finite Element Removal Method for 3D Topology Optimization”, Advances in Mechanical Engineering, DOI: 10.1155/2013/413463.
Bruns T.E. ve Tortorelli D.A. (2003). “An element removal and reintroduction strategy for the topology optimization of structures and compliant mechanisms.” International Journal for Numerical Methods in Engineering, 57, 1413–1430
Mallick P.K. (2007). Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design, CRC Press Taylor & Francis Group., ISBN-13: 978-0-8493-4205-9.
Kato J. ve Ramm E. (2013). “Multiphase layout optimization for fiber reinforced composites considering a damage model”, Engineering Structures, 49, 202-220.