Free Vibration Analysis of Honeycomb Beam Structured by Aluminium Alloy Face Sheets

Abstract

The most fundamental linear analysis will be carried out on the honeycomb sandwich structure. To determine the natural frequency of sandwich structure with different materials used as core and effect of honeycomb core will be simulated in ANSYS Workbench RVE analysis. Considering the dynamic effects of honeycomb are quite critical, in this research united cell method will be implemented to capture the entire effects of free vibration of honeycomb sandwich structure. This research focused on free vibration characteristics and stress states of honeycomb sandwich structures, extracting the major factors that affect the sandwich frequencies and stiffness due to materials or parameters changes. Honeycomb core is evaluated and developed for the study model. Different materials were used for the same model with star sported cores. Comparisons of different materials of each model with the same structure were made under different analyses, such as aluminium, SAN foam and carbon fibre. The analysis results determined the material and structure with one of the best strengths. Furthermore, the analysis of the tear that will occur on the beam has also been modelled and added to the study. The cracks formed in the proposed structure gave similar results to the honeycomb models in the hierarchical structure. The natural frequency is a function of stiffness to mass ratio, the proposed model was designed to have a reinforced inbuilt star shape which enhanced the vibration characteristics and it was further optimized by varying the materials of the reinforcement star shape, as a result of that SAN foam hexagonal and PVC foam star reinforcement happens to have better mass to volume ratio and higher natural frequency. In addition, increasing the foil thickness does not have significance on sandwich beam natural frequency but that will increase the weight. The study shows that the modified core has good flexural stiffness and stress resonance resistance at a higher frequency. Keywords: Honeycomb Core, Laminated Sandwich Beams, Finite Element Analysis, Vibration, RVE

Çalışma, lamine kompozit yüzey levhaları ve petek çekirdekli sandviç kirişlerin davranışını analiz etmeye ve geliştirmeye odaklanmaktadır. Çekirdek yapısı olarak kullanılan yapının farklı malzemelerle ve farklı dış etken değişkenleriyle sandviç yapının doğal frekans davranışlarıını belirlemek ve petek çekirdeğinin davranışa etkisi gözlemlenmiştir. Analizlerde ANSYS'in Workbench RVE analizleri kullanılmıştır. Peteğin dinamik etkilerinin oldukça kritik olduğu düşünüldüğünde, bu araştırmada petek sandviç yapısının serbest titreşiminin tüm etkilerini yakalamak için birleşik hücre yöntemi uygulanacaktır. Bu araştırma, malzeme veya parametre değişikliklerinden dolayı sandviç frekanslarını ve sertliğini etkileyen ana faktörleri çıkararak, petek yapılı sandviç yapıların serbest titreşim karakteristikleri ve gerilme durumlarına odaklanmıştır. Petek çekirdeği, daha geniş bir çalışma alanı için geliştirildi ve değiştirildi. Yıldız destek bal peteği çekirdekli yapılar için aynı model kullanılırken birbirinden bağımsız olacak şekilde tek çekirdek yapısında farklı malzemeler kullanılmıştır. Aynı yapıya sahip her modelin farklı malzemelerinin alüminyum, SAN köpük ve karbon fiber gibi farklı analizler altında karşılaştırılması yapılmıştır. Analiz sonuçları, en iyi dayanımlardan birine sahip malzeme ve yapıyı belirledi. Ayrıca kirişte oluşacak yırtılmanın analizi de modellenerek çalışmaya eklendi. Önerilen yapıda oluşan çatlaklar hiyerarşik yapıda petek modellerine benzer sonuçlar verdi. Doğal frekans, sertlik-kütle oranının bir fonksiyonudur, önerilen model, titreşim özelliklerini artıran güçlendirilmiş bir dahili yıldız şekline sahip olacak şekilde tasarlanmıştır ve bu SAN sonucunda, takviye yıldız şeklinin malzemeleri değiştirilerek daha da optimize edilmiştir. köpük altıgen ve PVC köpük yıldız takviyesi daha iyi kütle/hacim oranına ve daha yüksek doğal frekansına sahip olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca folyo kalınlığının arttırılması sandviç kirişin doğal frekansı üzerinde bir anlam ifade etmeyerek sadece ağırlığı artırmıştır. Çalışma, geliştirilmiş çekirdek yapısının daha yüksek bir frekansta iyi eğilme sertliğine ve stres rezonans direncine sahip olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Bal Peteği Çekirdek, Lamine Sandviç Kiriş, Sonlu Elemanlar Analizi, Titreşim, Burkulma, RVE