İletişimISSN:e-ISSN: 2980-0064
Yazar GirişiHakem GirişiYeni Üyelik
TürkçeEnglish
AnasayfaAmaç ve KapsamHAKKINDAYAZARLAR İÇİN REHBERMakale GönderSon SayıArşivİletişim

Auxetik Çekirdek Katmanına ve Fonksiyonel Derecelendirilmiş Yüzey Katmanlarına Sahip Kompozit Plakanın Sayısal ve Analitik Serbest Titreşim Analizi

Kerim Gökhan Aktaş,MEHMET ALİ GÜVENÇ

  • MEHMET ALİ GÜVENÇ: İSKENDERUN TEKNİK ÜNİVERSİTESİ HAVACILIK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ
  •  Yıl : 2024
  •  Cilt : 3
  •  Sayı : 2
  •  Sayfa : 158-174
Bu çalışmada, iki fonksiyonel derecelendirilmiş (FD) plaka arasına sandviç edilmiş auxetic çekirdek katmanlı bir sandviç plakanın serbest titreşim analizi, çeşitli sınır koşulları altında hem analitik hem de nümerik yöntemler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. FD plakalar, silikon nitrür (〖Si〗_3 N_4)-nikel (Ni) seramik-metal matrisli olarak tasarlanmış ve sandviç yapıdaki malzeme kombinasyonu, mekanik ve termal performansın optimize edilmesi amacıyla tercih edilmiştir. Sandviç yapının malzeme özelliklerinin sıcaklığa bağlı olarak değiştiği varsayılmıştır. Bu bağlamda, auxetic çekirdek katman ve FD yüzey plakalarının sıcaklığa duyarlılığı, dinamik analizlerde dikkate alınmıştır. Yüzey plakalarının efektif malzeme özellikleri, kuvvet yasası dağılımı ile tanımlanmıştır. Bu yaklaşım, malzeme özelliklerinin konuma bağlı olarak değiştiği gerçekçi bir modelleme sağlamaktadır. Sandviç plakanın hareket denklemleri Hamilton prensibi kullanılarak elde edilmiş, serbest titreşim analizinde ise sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ve Navier yöntemi kullanılmıştır. Yapılan simülasyon çalışmaları, sandviç plakanın serbest titreşim davranışını etkileyen önemli parametreleri detaylı bir şekilde incelemiştir. Sıcaklık değişiminin plakanın malzeme özelliklerini ve titreşim frekanslarını etkilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca, yüzey plakalarının kuvvet yasası indeksindeki değişimlerin, titreşim davranışı üzerinde belirgin bir etkisi olduğu görülmüştür. Auxetic çekirdek katmanının geometrik parametreleri (örneğin, hücre boyutu ve duvar açıları), plakanın genel rijitliğini ve titreşim modlarını önemli ölçüde değiştirmiştir. Analitik ve nümerik yöntemlerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ve birbirini doğrular nitelikte bulunmuştur. Bu durum, kullanılan yöntemlerin geçerliliğini ve doğruluğunu ortaya koymuştur. Analiz sonuçlarına göre, sıcaklık değişimi, kuvvet yasası parametreleri ve auxetic çekirdek katman geometrisinin plakanın serbest titreşim davranışını önemli ölçüde etkilediği belirlenmiştir. Özellikle, plakanın kullanılacağı ortam koşullarına göre bu parametrelerin optimize edilmesiyle, daha verimli ve güvenilir tasarımların gerçekleştirilebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Bu çalışma, auxetic çekirdek katmanlı ve FD yüzey katmanlı sandviç plakalara ilişkin kapsamlı bir titreşim analizi sunarak, gelecekte yapılacak çalışmalar için önemli bir temel sağlamaktadır. Analizlerin doğruluğu ve yöntemlerin uyumu, sandviç yapıların farklı uygulama alanlarında kullanılabilirliğini artırabilecek yeni tasarımlar geliştirilmesine olanak tanımaktadır. Elde edilen bulguların, havacılık, otomotiv ve denizcilik endüstrileri gibi alanlarda gelişmiş yapıların tasarlanması için değerli bilgiler sağlayacağı düşünülmektedir.
Atıf yapmak için : Aktaş, K. A., & Guvenc, M. A. (2024). Numerical and analytical free vibration analysis of composite plate with auxetic core layer and functionally graded surface layers. Aerospace Research Letters (ASREL), 3(2), 158-174. https://doi.org/10.56753/ASREL.2024.2.6

Çıkar İlişkisi : Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmiştir.

Bu makale CC BY-NC 4.0 lisansı ile yayımlanmıştır.
Asrel Aerospace Research Letters
2024, Cilt3, Sayı2
E-ISSN: 2980-0064
Geliş Tarihi : , Kabul Tarihi : , Yayın Tarihi :

Kaynakça

  1. Akhavan Alavi, S. M., & Ghajar, R. (2024). Transient Nonlinear Responses of a Sandwich Plate With Micro-Cellular Auxetic Core Based on Modified Strain Gradient Theory Under Impact Loads. Journal of Sandwich Structures & Materials, 26(5), 679–702. https://doi.org/10.1177/10996362241226981
  2. Al Mukahal, F. H. H. (2023). Static Response of Nanocomposite Electromagnetic Sandwich Plates with Honeycomb Core via a Quasi 3-D Plate Theory. Mathematics, 11(9). https://doi.org/10.3390/math11092046
  3. Amini, Y., Emdad, H., & Farid, M. (2015). Finite element modeling of functionally graded piezoelectric harvesters. Composite Structures, 129, 165–176. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.04.011
  4. Cong, P. H., Quyet, P. K., & Duc, N. D. (2021). Effects of Lattice Stiffeners and Blast Load on Nonlinear Dynamic Response and Vibration of Auxetic Honeycomb Plates. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C Journal of Mechanical Engineering Science, 235(23), 7192–7211. https://doi.org/10.1177/0954406221992797
  5. Critchley, R., Corni, I., Wharton, J. A., Walsh, F. C., Wood, R. J. K., & Stokes, K. R. (2013). A Review of the Manufacture, Mechanical Properties and Potential Applications of Auxetic Foams. Physica Status Solidi (B), 250(10), 1963–1982. https://doi.org/10.1002/pssb.201248550
  6. Çetin, Ş, & Karadağ, H. B. (2023). Tabakalı kompozitlerin darbe direncinin incelenmesi. Aerospace Research Letters (ASREL) Dergisi, 2(2), 114-127. http://dx.doi.org/10.56753/ASREL.2023.2.5
  7. Dong, S., & Hu, H. (2023). Sensors Based on Auxetic Materials and Structures: A Review. Materials, 16(9), 3603. https://doi.org/10.3390/ma16093603
  8. Esen, I., & Özmen, R. (2022). Free and forced thermomechanical vibration and buckling responses of functionally graded magneto-electro-elastic porous nanoplates. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 0(0), 1–38. https://doi.org/10.1080/15397734.2022.2152045
  9. Essassi, K., Rebière, J.-L., Mahi, A. El, Souf, M. A. Ben, Bouguecha, A., & Haddar, M. (2019). Experimental and Numerical Analysis of the Dynamic Behavior of a Bio-Based Sandwich With an Auxetic Core. Journal of Sandwich Structures & Materials, 23(3), 1058–1077. https://doi.org/10.1177/1099636219851547
  10. Fan, D., Li, M., Qiu, J., Xing, H., Jiang, Z., & Tang, T. (2018). Novel Method for Preparing Auxetic Foam From Closed-Cell Polymer Foam Based on the Steam Penetration and Condensation Process. Acs Applied Materials & Interfaces, 10(26), 22669–22677. https://doi.org/10.1021/acsami.8b02332
  11. Gatt, R., Mizzi, L., Azzopardi, J. I., Azzopardi, K. M., Attard, D., Casha, A., Briffa, J. E., & Grima, J. N. (2015). Hierarchical Auxetic Mechanical Metamaterials. Scientific Reports, 5(1). https://doi.org/10.1038/srep08395
  12. Hoang, N., Cong, N., Gia, D., & Chi, N. (2023). Thin-Walled Structures Dynamical and chaotic analyses of single-variable-edge cylindrical panels made of sandwich auxetic honeycomb core layer in thermal environment. Thin-Walled Structures, 183(May 2022), 110300. https://doi.org/10.1016/j.tws.2022.110300
  13. Li, F., & Yuan, W. (2022). Free vibration and sound insulation of functionally graded honeycomb sandwich plates. https://doi.org/10.1177/10996362211020440
  14. Lim, T. (2013a). Stress Wave Transmission and Reflection Through Auxetic Solids. Smart Materials and Structures, 22(8), 84002. https://doi.org/10.1088/0964-1726/22/8/084002
  15. Lim, T. (2013b). Thermal Stresses in Thin Auxetic Plates. Journal of Thermal Stresses, 36(11), 1131–1140. https://doi.org/10.1080/01495739.2013.818896
  16. Lim, T. (2014). Auxetic Plates on Auxetic Foundation. Advanced Materials Research, 974, 398–401. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.974.398
  17. Liu, J., Chen, T., Zhang, Y., Wen, G., Qing, Q., Wang, H., Sedaghati, R., & Xie, Y. M. (2019). On Sound Insulation of Pyramidal Lattice Sandwich Structure. Composite Structures, 208, 385–394. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.10.013
  18. Mahesh, V. (2022). Nonlinear damping of auxetic sandwich plates with functionally graded magneto-electro-elastic facings under multiphysics loads and electromagnetic circuits. Composite Structures, 290(March), 115523. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115523
  19. Mastali, M., Valente, I., Barros, J. A. O., & Gonçalves, D. (2015). Development of Innovative Hybrid Sandwich Panel Slabs: Experimental Results. Composite Structures, 133, 476–498. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.07.114
  20. Natarajan, S., Haboussi, M., & Manickam, G. (2014). Application of higher-order structural theory to bending and free vibration analysis of sandwich plates with CNT reinforced composite facesheets. Composite Structures, 113, 197–207. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.03.007
  21. Nguyen, D. C., & Pham, C. H. (2016). Nonlinear Dynamic Response and Vibration of Sandwich Composite Plates With Negative Poisson’s Ratio in Auxetic Honeycombs. Journal of Sandwich Structures & Materials, 20(6), 692–717. https://doi.org/10.1177/1099636216674729
  22. Nouraei, M., Haghi, P., & Ebrahimi, F. (2024). Modeling dynamic characteristics of the thermally affected embedded laminated nanocomposite beam containing multi-scale hybrid reinforcement. Waves in Random and Complex Media, 34(5), 4122–4151. https://doi.org/10.1080/17455030.2021.1988758
  23. Nouraei, M., & Zamani, V. (2023). Vibration of smart sandwich plate with an auxetic core and dual-FG nanocomposite layers integrated with piezoceramic actuators. 315(February). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117014
  24. Reddy, J. N., & Chin, C. D. (1998). Thermomechanical analysis of functionally graded cylinders and plates. Journal of Thermal Stresses, 21(6), 593–626. https://doi.org/10.1080/01495739808956165
  25. Shi, J.-X., & Shimoda, M. (2015). Interface Shape Optimization of Designing Functionally Graded Sandwich Structures. Composite Structures, 125, 88–95. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.01.045
  26. Sobhy, M. (2013). Buckling and free vibration of exponentially graded sandwich plates resting on elastic foundations under various boundary conditions. Composite Structures, 99, 76–87. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.11.018
  27. Stręk, T., Jopek, H., & Nienartowicz, M. (2015). Dynamic Response of Sandwich Panels With Auxetic Cores. Physica Status Solidi (B), 252(7), 1540–1550. https://doi.org/10.1002/pssb.201552024
  28. Şişkolar, Ö., Genç, H. S. F. H., Çiftçi, E., & Uyaner, M. (2022). Pekiştirilmiş panellerin sanal testi. Aerospace Research Letters (ASREL) Dergisi, 1(2), 84-94.
  29. Thai, H. T., & Choi, D. H. (2013). A simple first-order shear deformation theory for the bending and free vibration analysis of functionally graded plates. Composite Structures, 101, 332–340. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.02.019
  30. Touloukian, Y. S. (1967). Thermophysical properties of high temperature solid materials. Macmillan.
  31. Touloukian YS. (1966). (1966) Thermophysical properties of high temperature solid materials. Volume 4. Oxides and their solutions and mixtures. Part 1, vol 1. Macmillan.
  32. Tran, T. T., Pham, Q. H., Nguyen-Thoi, T., & Tran, T.-V. (2020). Dynamic Analysis of Sandwich Auxetic Honeycomb Plates Subjected to Moving Oscillator Load on Elastic Foundation. Advances in Materials Science and Engineering. https://doi.org/10.1155/2020/6309130
  33. Tran, V. K., Tran, T. T., Phung, M. Van, Pham, Q. H., & Nguyen-Thoi, T. (2020). A Finite Element Formulation and Nonlocal Theory for the Static and Free Vibration Analysis of the Sandwich Functionally Graded Nanoplates Resting on Elastic Foundation. Journal of Nanomaterials, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/8786373
  34. Xiong, J., Feng, L., Ghosh, R., Wu, H., Wu, L., Ma, L., & Vaziri, A. (2016). Fabrication and Mechanical Behavior of Carbon Fiber Composite Sandwich Cylindrical Shells With Corrugated Cores. Composite Structures, 156, 307–319. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.10.009
  35. Zhang, M., Li, K., Ho, M. M. P., Etemadi, E., & Hu, H. (2024). Low‐velocity Impact Response of 3D Carbon Fiber Reinforced Polymer Auxetic Lattice Structures. Polymer Composites, 45(8), 7191–7204. https://doi.org/10.1002/pc.28259
  36. Zhang, Xiangwen, & Yang, D. (2016). Numerical and Experimental Studies of a Light-Weight Auxetic Cellular Vibration Isolation Base. Shock and Vibration, 2016, 1–16. https://doi.org/10.1155/2016/4017534
  37. Zhang, Xinchun, Ding, H. M., An, L. Q., & Wang, X. L. (2014). Numerical Investigation on Dynamic Crushing Behavior of Auxetic Honeycombs With Various Cell-Wall Angles. Advances in Mechanical Engineering, 7(2). https://doi.org/10.1155/2014/679678