Öksetik Tübüler Yapıların Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, tübüler öksetik yapıların mekanik özellikleri ve farklı alanlarda uygulanabilirliği üç farklı araştırma başlığı altında incelenmiştir. İlk bölümde, yer fıstığı boşluklu tübüler yapıların direngenliğinin iyileştirilmesi üzerine bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Yapılardaki birim hücrenin belirli açılarla döndürülmesi ve hücrelere berkitici eklenmesinin yapının Poisson oranı ve direngenliği üzerindeki etkisi ANSYS/Static Structural yazılımında yapılan analizler ile incelenmiştir. Analizler sonucunda, dönme açısının artışıyla Poisson oranının azaldığı, direngenliğin ise arttığı görülürken, berkiticiler ise yapıların direngenliğini arttırmıştır. İkinci bölümde, dönen şekil değiştirme mekanizmalarına sahip eliptik, yer fıstığı ve kare boşluklu öksetik tübüler yapıların ezilme etkisindeki davranışları ve enerji emme kapasiteleri incelenmiştir. 304L paslanmaz çelikten üretilen numuneler üzerinde yapılan yarı-statik deneyler ve ANSYS/Ls-Dyna yazılımında gerçekleştirilen analizler sonucunda eliptik boşluklarla oluşturulan tübüler yapıların en yüksek enerji emme kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, berkiticilerin eklenmesi ile öksetik tübüler yapıların ezilme dayanıklılığının arttığı görülmüştür. Üçüncü bölümde ise inşaat mühendisliği alanında kullanılan beton dolgulu çelik kompozit kolonların öksetik tasarımlarının araştırılması gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, yer fıstığı şeklinde ve farklı Poisson oranları ile porozite değerlerine sahip tübüler öksetik yapılarla oluşturulan kompozit kolonların basınç etkisindeki mekanik özellikleri ANSYS/Static Structural yazılımının kullanıldığı sayısal analizler ile incelenmiş ve sonuçlar geleneksel bir kompozit kolonun davranışıyla karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda, tübüler yapının porozitesinin azalmasının ve öksetik davranışının artmasının kolonun yük taşıma kapasitesini arttırdığı belirlenmiştir.

This thesis investigates various applications and mechanical properties of auxetic structures in three key areas. The first section addresses the limitations of high-porosity peanut-shaped auxetic structures in engineering applications. Two approaches, introducing stiffeners or rotating the unit cell, are proposed to enhance the stiffness of tubulars. Finite element simulations using ANSYS/Static Structural Module are used to evaluate Poisson's ratio and stiffness of auxetic tubulars. Stiffened models show higher Poisson's ratios and stiffness. Rotating the unit cell amplifies stiffness and decreases Poisson's ratio in peanut-shaped auxetics. The second section discusses the energy absorption capabilities of auxetic tubulars made from 304L stainless steel with rotating deformation mechanisms. It focuses on perforation shapes, including elliptic, peanut, square, and stiffeners. The role of perforation shape and stiffener in crash parameters is evaluated with quasi-static testing and non-linear numerical modeling using ANSYS/Ls-Dyna. Elliptic perforations demonstrate superiority in energy absorption, and stiffened auxetic models perform well in crash applications. The third section examines the intersection of auxetic materials with civil engineering applications, specifically concrete-filled steel columns. For this purpose, the mechanical properties of composite columns formed with peanut-shaped auxetic tubulars with different Poisson ratios and porosity are examined under compression by using ANSYS/Static Structural module, and the results are compared with the behavior of conventional column. Analysis reveals that reducing tubular structure porosity and enhancing auxetic behavior increases the column's load-carrying capacity.