Show simple item record

dc.contributor.advisorSABUNCUOĞLU, BARIŞ
dc.contributor.authorŞık, Alp
dc.contributor.authorŞIK, ALP
dc.date.accessioned2021-01-14T07:06:03Z
dc.date.issued2020
dc.date.submitted2020-06-24
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/23273
dc.description.abstractComposite materials are heterogeneous materials that are composed of two or more different materials. They are used in numerous applications, such as, automotive, aerospace, biomechanics application. Accurate and realistic modeling of these materials are important to ensure a high-quality production and obtaining a durable material. Finite element method is the most common choice to model these types of materials. Usual approach in modeling composites is the homogenization of the material properties. However, this approach is only valid under many assumptions. Apart from this limitation, this approach does not allow evaluation of stresses and strains in component materials. In order to achieve more realistic modeling, components should be modeled separately. This approach also has problems with meshing, since continuity between meshes of components should be provided. On the other hand, if component materials have complex shapes, many elements come to existence, which makes the analysis difficult. In order to resolve these issues, embedded element method was developed. In this method, component materials are meshed separately, as embedded and host regions. Constraint equations are defined between these regions such that they behave as a unified material. Continuity of meshes is not needed in this method, hence proper and fewer elements can be used. Besides, modeling of mechanical behavior is not limited to assumptions, and stresses and strains on the components can be investigated. However, in order to achieve realistic results, relative size of embedded regions should be smaller than host region, and host materials should show linear-elastic material behavior. In addition to these limitations, the host material in the embedded region still exists in this method and this redundant volume affects the mechanical behavior. Most common composite host (matrix) materials are thermo-elastic and thermo-plastic materials, and also muscles and tissues show non-linear mechanical behavior. When the embedded region ratio increases, this non-linearity and effect of the redundant volume should be taken into consideration. The aim of this study is to develop a method to use embedded element method for elasto-plastic and inelastic materials. This aim is achieved by developing a custom user subroutine that can be used to define proper material behavior, such that the effect of the redundant volume is eliminated. A single fiber model with single element and multiple elements and a randomly distributed fibers model with a volume fraction of 0.6 is used to test the proposed approach. Obtained results are compared with a continuously meshed version of this model. As it comes out, the proposed model can provide reliable results on S11 and S12 components of stress on a two-dimensional model. Accuracy of these results improves as expected, when the fiber volume fraction decreases from 0.6 to 0.4.tr_TR
dc.language.isoentr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.rightsAttribution 3.0 United States*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/*
dc.subjectComposite materialstr_TR
dc.subjectEmbedded element methodtr_TR
dc.subjectFinite element methodtr_TR
dc.subjectVolume redundancytr_TR
dc.subjectConstituent propertiestr_TR
dc.subjectMultiscale modelingtr_TR
dc.subject.lcshMakina mühendisliğitr_TR
dc.titleModeling of the Mechanical Behavior of Composites Showing Nonlinear Material Behavior Using the Embedded Element Methodtr_TR
dc.title.alternativeGömülü Eleman Yöntemi İle Doğrusal Olmayan Malzeme Davranışı Gösteren Kompozit Malzemelerin Mekanik Davranışının Modellenmesitr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesistr_TR
dc.description.ozetKompozit malzemeler, birden fazla malzemenin bir araya getirilmesiyle oluşturulan heterojen malzemelerdir. Birçok malzemede olduğu gibi bu tip malzemelerin modellenmesinde de sonlu eleman yöntemi sıkça kullanılır. Model oluşturulurken malzemelerin homojenize edilerek ortak bir malzeme özelliği değeri kullanılması bilinen bir yaklaşımdır. Ancak bu yaklaşım birçok varsayım altında geçerlidir. Bunun yanında kompozit malzemeyi oluşturan bileşen malzemelerin her biri üzerindeki gerilme ve gerinimlerin ayrı ayrı incelenmesine olanak sağlamazlar. Gerçekçi modelleme için malzemelerin ayrı ayrı modellenmesi gerekir. Ancak özellikle bu bileşen malzemelerin şekillerinin karmaşık olması, sonlu eleman modelinin oluşturulması kısmında eleman sürekliliğini sağlamak için oldukça soruna yol açacak veya modelde çok fazla eleman kullanılması nedeniyle çözüm süresi uzayacaktır. Bu soruna çözüm için gömülü eleman yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemde kompozit malzemeyi oluşturan bileşen malzemeler gömülü bölge ve ana bölge olarak birbirlerinden bağımsız ağ yapıları oluşturulur. Malzemeler arasında bağlantı sınırlandırmaları koşulları belirlenerek malzemelerin tek bir malzeme gibi davranması sağlanır. Bu yöntem sayesinde hem bileşenler arası eleman sürekliliği gerekmediğinden göreceli olarak daha düzgün ve daha az elemanlı ağ yapılı modeller oluşturulabilir hem de çoğunlukla ampirik olan yaklaşımlar yerine direkt malzemeler modellendiği için bileşke malzemenin mekanik davranışı daha gerçekçi elde edilebilir. Bunun yanında bileşen malzemelerin üzerindeki gerilme ve gerinimler incelenebilir. Ancak bu yöntemin de gerçekçi sonuçlar verebilmesi için gömülü hacmin ana hacme göre oranının çok düşük olmasının yanı sıra ana elemanın doğrusal elastik malzeme davranışı göstermesi gerekmektedir. Çünkü gömülü malzemenin olduğu yerdeki ana malzeme halihazırda modelde yer aldığından (artık hacim) malzemenin mekanik davranışını etkileyecektir. Kompozit malzemelerde en sık kullanılan ana malzeme (matris) termoelastik veya termoplastik polimerlerdir. Bu malzemelerin de dış yükler altında doğrusal olmayan mekanik davranış gösterdikleri bilinmektedir. Buna ilaveten kas ve doku yapılarının malzemeleri de yüksek derecede inelastik malzeme davranışı içeririr. Gömülü hacim (fiber) oranı yükseldiğinde matristeki bu davranışının dahil edilmesi daha da önem kazanmaktadır. Bu projedeki amaç, modellemelerde oldukça kolaylık sağlayan ve sadece doğrusal malzeme davranışı için kullanılabilen bu gömülü eleman yönteminin elasto-plastik ve inelastik malzeme davranışı için de kullanılmasına olanak sağlayan bir yöntem geliştirmektir. Bu amaçla, uygun malzeme özelliğini tanımlayacak oldukça uzun ve karmaşık kullanıcı döngüleri geliştirilmiş ve bu yöntem ile elde edilen sonuçlar klasik sürekli eleman yöntemi uygulanan modellerle kıyaslanmıştır. Tek fiberli tek ve çok elemanlı modellerle birlikte rastgele dağıtılmış çok fiberli bir modelin 0.6 ve 0.4 olmak üzere iki farklı fiber hacimsel oranındaki çeşidinde geliştirilen yöntem test edilmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki, geliştirilen yöntem iki boyutlu bir modelin S11 ve S12 gerilme bileşenlerinde gerçekçi sonuçlar vermektedir. Beklendiği üzere, fiber hacimsel oranı 0.4’e düştüğünde sonuçların gerçekçiliği artmaktadır.tr_TR
dc.contributor.departmentMakine Mühendisliğitr_TR
dc.embargo.termsAcik erisimtr_TR
dc.embargo.lift2021-01-14T07:06:03Z
dc.fundingTÜBİTAKtr_TR
dc.subtypeworkingPapertr_TR


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

info:eu-repo/semantics/openAccess
Except where otherwise noted, this item's license is described as info:eu-repo/semantics/openAccess