Kırılma Mekaniği ve ANSYS Uygulamaları

Study Notes

Hava araçlarının yaşlanan yapısal bileşenlerinin onarımında önemli bir güvenlik kaygısı bulunmaktadır.
Piezoelektrik aktüatörlerin, çatlak uçlarındaki gerilme yoğunluk faktörlerini (SIF) azaltmada etkinliğini analiz etmek için deneysel tasarım (DOE) ve uyarlanabilir sinir-bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) yaklaşımlarıyla geliştirilmiş sonlu elemanlar yöntemi (FE) kullanılmıştır.
Malzemelerin, aktüatörlerin ve yapıştırıcı kalınlık/özelliklerinin onarım sürecine etkisini incelemek üzere bilgisayar modellemesi yapılmıştır.
İlk olarak alüminyum 2024-T3 plakadaki çatlak uçlardaki SIF tahmini için sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır.
Sonra, DOE ve ANFIS yaklaşımının analizine veri toplamak için parametreler ve seviyeleri değiştirilerek çok sayıda simülasyon gerçekleştirilmiştir.
FE sonuçlarına göre, parametrelerin seviyelerinin değiştirilmesi SIF'in de değişmesine neden olduğundan, parametrelerin optimum yerleştirme, boyut ve uygulanan voltajının çatlak onarım verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için kritik önem taşıdığı gösterilmiştir.
Bu çalısmada, piezoelektrik aktüatör uygulamasının kapsamlı parametre optimizasyonu sağlanmış ve uçak yapısal bütünlüğünün iyileştirilmesine yönelik yeni bir yol sunulmuştur.
Bu çalısmanın yeniliği, uçak çatlak onarımında SIF'ı düşüren parametreleri bütüncül olarak inceleyen metot birleşimindedir.

Ticari bir FE kodu olan ANSYS 18.1, FE yaklaşımı için kullanılmıştır.
Çatlak ucundaki kaymaları doğru bir şekilde temsil etmek için tekilli elemanlar kullanılmıştır.
Aktif onarım yönteminde, çatlak ucu civarındaki gerilme ve şekil değiştirme alanını yakalamak için ince bir ağ kullanılmıştır.
ANSYS'deki KCALC komutu, çatlak ucundaki SIF'ı hesaplamak için kullanılmıştır.
Yapının, piezoelektrik aktüatör ve yapıştırıcı katmanları arasındaki etkileşim içeren, birleşik alan analizini içeren bir modelde modellenmiştir.

ANFIS yöntemi, uçak çatlak onarımında piezoelektrik aktüatörlerin optimizasyon sürecinde kullanılmıştır.
ANFIS, bulanık mantık ve sinir ağlarının güçlü yönlerini birleştiren güçlü ve uyarlanabilir bir hesaplama yaklaşımıdır.
ANFIS, gerçek mühendislik sorunlarında mevcut olan belirsizlik ve kesin olmayan bilgileri etkili bir şekilde ele alabilir.
ANFIS, deneysel verilerden ya da simülasyon modellerinden alınan veri tabanlarından öğrenebilir ve zamanla kendi modellerini uyarlayabilir.
Bu uyarlanabilirlik özelliği onu gelişmekte olan hava aracı ortamları için çok uygun hale getirmektedir.

DOE yöntemi, piezoelektrik aktüatörün optimize edilmesi için uygulanmıştır.
Bu yöntem, çeşitli parametre kombinasyonlarının SIF üzerindeki etkisini sistematik olarak incelemek için kullanılmıştır. Bu, insan emeğinin ve hesaplama kaynaklarının maliyetinin azalmasına olanak tanımaktadır.
Bu, farklı katmanlar arasındaki etkileşimler de dahil olmak üzere çeşitli parametrelerin etkisi hakkında kapsamlı bilgilere ulaşmak için faydalı bir yöntemdir.
L27 ortogonal dizilimi gibi optimize edilmiş ve tam faktöriyel deneyler kullanılabilir.

Modelleme sonuçları, kullanılan yöntemin güvenilirliğini ve verimli onarım stratejileri geliştirme potansiyelini göstermektedir.
Piezoelektrik aktüatör kalınlığı, konumu, kesit alanı ve yapıştırıcı kalınlığı gibi değişkenler, çatlak onarımı üzerinde etkilidir.
Modelleme, farklı değişken kombinasyonlarındaki NSIF (Normalized Stress Intensity Factor) değerlerini hesaplamıştır.
Sonuçlar, optimal olarak tasarlanmış piezoelektrik aktüatörlerin çatlak uçlarındaki hasarı başarılı bir şekilde azaltabildiğini ve uçak parçalarının ömrünü uzatabildiğini göstermektedir.