Stacking sequences optimization of laminated composites for maximum buckling strength by stochastic search methods

Abstract

Based on materials developed and made available by humans, there are materials that will serve their purpose. Using lighter materials, especially in the field of aviation and space, significantly reduces the costs. However, lightness is not the only feature required in materials. In addition, the physical and mechanical properties of the materials must be at the desired level. Knowing the buckling load capacity of composite materials, which are widely used, is also very important in determining the material properties. Accordingly, an important focus of this thesis is to examine the behavior of different materials against the same loading; the other is to examine the increase in the critical buckling load factor although they have the same geometric structure. Critical buckling load factor is considered when performing the buckling analysis. The mechanical behavior of composite materials used by considering the factors of critical buckling load factor has been investigated and discussed. Different optimization methods have been used while making the optimum design of different composite materials with 48 and 64 layers in total. The verification of mechanical properties of materials was made with the help of coding. Subsequently, the referenced articles were verified to prove the accuracy of this code. Optimization was carried out by using material properties information from reference articles and verifying the code. As a result, considering the buckling strength of different layered composite materials, it has been found that the optimum designs depend on the load, load ratio, and plate aspect ratio.

İnsanlar tarafından geliştirilip kullanıma sunulan materyallerin temelinde amacına uygun olarak hizmet edecek malzemeler vardır. Özellikle havacılık ve uzay sektöründe daha hafif malzemelerin kullanılması maaliyetleri ciddi anlamda düşürmektedir. Fakat malzemelerde aranan tek özellik hafif olması değildir. Bunun yanında malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerinde istenilen düzeyde olması gereklidir. Malzeme özelliklerinin belirlenmesinde ve özellikle kullanımı yaygınlaşan kompozit malzemelerin burkulma yükü kapasitesinin bilinmesi malzemelerin tasarımı için de çok önemlidir. Bu doğrultuda, bu tezin önemli odak noktalarından biri, farklı malzemelerin aynı yüklemeye karşı davranışını incelemektir; diğeri ise aynı geometrik yapıya sahip olmasına rağmen kritik burkulma yük faktöründeki artışı incelemektir. Burkulma analizi yapılırken, kritik burkulma yük faktörü dikkate alınmıştır. Kritik burkulma yük faktörünün etkenleri göz önüne alınarak kullanılan kompozit malzemelerin mekanik davranışlarının incelenmesi araştırılmış. Toplamda 48 ve 64 tabakalı olan farklı kompozit malzemelerin optimum tasarımı yapılırken farklı optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Malzemelerin mekanik özelliklerinin doğrulaması kodlama yardımıyla yapılmıştır. Sonrasında bu kodun doğruluğu kanıtlamak için referans alınan makalelerin doğrulaması yapılmıştır. Referans makalelerden alınan malzeme bilgileri kullanılarak ve kodun doğrulaması sağlanarak optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, tabakalandırılmış farklı kompozit malzemelerin burkulma dayanımı dikkate alınarak optimum tasarımlarının yük, yük oranı, plaka en-boy oranına bağlı olduğu bulunmuştur.