Effect of Static and Harmonic Loading on Honeycomb Sandwich Beam by Using Finite Element Method

Abstract

The aim of this paper is to present a proposed honeycomb core shape and compare it with normal hexagonal shape core in a sandwich beam. The sandwich cores were simulated in finite element with different materials, aluminium and epoxy-carbon with six layers are used as face sheet and the results are compared to those obtained theoretically. Simulation of 3-point bending test is performed in commercial software ANSYS to verify the analytical results with the numerical results. Hence, for simplicity one layer of the skin is used on the equivalent model of sandwich for lesser computational time and more accurate evaluation. Simulation of harmonic analysis of hexagonal core and proposed core shape was carried out in frequency domain to identify the core with less deformation under high frequency and can withstand harmful effects. The proposed core shape model having the same cell numbers and material as the normal hexagonal model is compared with experimental results, it is observed that the proposed core shape model has good flexural stiffness, resonance, fatigue, and stress resistance at a higher frequency. Lastly, the bending and critical buckling loads of a sandwich beam structure subjected to thermal load and axial compression were simulated and temperature distribution across sandwich layers was investigated by finite element analysis and validated analytically. Keywords: Honeycomb; Sandwich; Static Analysis; Harmonic Analysis; Finite Element Method; Heat Flux.

Bu makalenin amacı, önerilen bir petek çekirdek şeklini sunmak ve bunu bir sandviç kirişte normal altıgen şekilli çekirdek ile karşılaştırmaktır. Sandviç çekirdekler farklı malzemelerle sonlu elemanlarda simüle edilmiş, yüzey levhası olarak alüminyum ve altı katmanlı epoksi-karbon kullanılmış ve sonuçlar teorik olarak elde edilenlerle karşılaştırılmıştır. Analitik sonuçları sayısal sonuçlarla doğrulamak için 3 noktalı eğme testinin simülasyonu, ticari ANSYS yazılımında gerçekleştirilir. Bu nedenle, basitlik için, daha az hesaplama süresi ve daha doğru değerlendirme için eşdeğer sandviç modelinde cildin bir tabakası kullanılır. Altıgen çekirdeğin harmonik analizinin simülasyonu ve önerilen çekirdek şekli, çekirdeğin yüksek frekans altında daha az deformasyonla tanımlanması ve zararlı etkilere dayanabilmesi için frekans alanında gerçekleştirilmiştir. Normal altıgen model ile aynı hücre sayılarına ve malzemeye sahip önerilen çekirdek şekli modeli deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında, önerilen çekirdek şekli modelinin daha yüksek bir frekansta iyi eğilme sertliği, rezonans, yorulma ve stres direncine sahip olduğu gözlenmiştir. Son olarak, termal yüke ve eksenel sıkıştırmaya maruz kalan bir sandviç kiriş yapısının eğilme ve kritik burkulma yükleri simüle edilmiş ve sandviç katmanlar arasındaki sıcaklık dağılımı sonlu eleman analizi ile incelenmiş ve analitik olarak doğrulanmıştır. Anahtar Kelimeler: Petek Sandviç; Statik Analiz; Harmonik Analiz; Sonlu Eleman Yöntemi. Isı Akısı