Karbon Nanotüp Takviyeli Kayma Deformasyonlu Hibrit Güçlendirmeli Kirişlerin Büyük Yer Değiştirme Davranışlarının Analizi
Sedat Kömürcüİstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, İstanbul, TürkiyeBu çalışmada karbon nanotüp takviyeli hibrit (CNTH) kirişlerin yapısal tasarımlarında karşılaşılan ancak analitik olarak çözümünün elde edilmesi zor olan önemli bir mühendislik problemine sayısal bir çözüm bulunmaktadır. Bu amaçla CNTH kirişlerin büyük yer değiştirme analizlerinde yüksek hassasiyetli sonuçların elde edilmesi hedeflenmektedir. CNTH yapılarda; mekanik, termal ve elektriksel özellikleri iyileştirmek için karbon nanotüpün (CNT) bir matris içine dâhil edilerek oluşturulduğu gelişmiş malzemeler kullanılır. Ayrıca CNT bileşenleri karbon fiber (CF) ile birlikte hibrit bir yapı meydana getirmektedir. CNTH kirişlerin değişen yükleme koşulları altındaki mekanik eğilme davranışları, formüle edilen sonlu eleman kullanılarak analiz edilmektedir. Analizlerde hem yer değiştirme (u, w, ϕ) hem de iç kuvvet (N, T, M) bileşenleri nodal değerler olarak belirlenmektedir. CNTH kirişlerin mekanik davranışlarını ortaya koymak için Halpin-Tsai denklemi ve Voigt karışım kuralı kullanılmaktadır. CNT hacim oranı, fiber oranı ve CNT geometrik parametrelerinin kompozit kirişlerin mekanik performansı üzerindeki etkisi belirlenmektedir. Sayısal bulgular, yük taşıma kapasitesi ve deformasyon özelliklerine ilişkin önemli hususlara ışık tutarak CNTH kirişlerin mekanik davranışlarına yönelik bilgiler vermektedir. Bu çalışma, havacılık, otomotiv, elektronik, biyomühendislik, inşaat ve çeşitli alanlarda kullanılan CNTH yapıların tasarımı ve optimizasyonu için etkili bir yöntem sunmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Büyük yer değiştirme analizi, CNT takviyesi, Hibrit çubuk, Karbon nanotüp, Kayma deformasyonuAnalysis of Large Displacement Behavior of Carbon Nanotube Reinforced Shear Deformable Hybrid Strengthened Beams
Sedat KömürcüIstanbul Technical University, Civil Engineering Faculty, Civil Engineering Division, Istanbul, TürkiyeIn this study, a numerical solution is found for a significant engineering problem encountered in the structural design of carbon nanotube reinforced hybrid (CNTH) beams, but which is difficult to solve analytically. For this purpose, it is aimed to obtain high precision results in large displacement analyses of CNTH beams. CNTH structures are advanced materials in which carbon nanotube (CNT) is incorporated into a matrix to improve mechanical, thermal and electrical properties. In addition, CNT components form a hybrid structure with carbon fiber (CF). The mechanical bending behavior of CNTH beams under varying loading conditions is analyzed using the formulated finite element. Both displacement (u, w, ϕ) and internal force (N, T, M) components are determined as nodal values. The material properties of CNTH beams are included in the calculations using the Halpin-Tsai equation and the Voigt mixture rule technique. The effect of CNT volume fraction, fiber ratio, and CNT geometric parameters on the mechanical performance of composite beams is determined. The numerical findings provide information on the mechanical behavior of CNTH beams by shedding light on important issues regarding load carrying capacity and deformation properties. This study provides a significant method for the design and optimization of CNTH structures used in aerospace, automotive, electronics, bioengineering, construction and various engineering fields.
Keywords: Carbon nanotube, CNT reinforced, Hybrid rod, Large deflection analysis, Shear deformationMakale Dili: Türkçe