An Investigation of Elastic Properties of Hierarchical Honeycomb Structures

Abstract

Bal petekleri, doğada hemen hemen her yerde bulunan hücresel yapılara bir örnektir. Onların hafiflikleri ve üstün mekanik özellikleri mühendislere ve bilim insanlarına mimari, malzeme mühendisliği ve makine mühendisliği gibi pek çok alanda kullanmaları konusunda ilham vermiştir. Son zamanlarda bulunmuştur ki altıgen yapıların mekanik özellikleri bu yapılara yeni hiyerarşiler kazandırılarak geliştirilebilmektedir [31]. Böylece hiyerarşi varlığı ve hiyerarşi parametrelerinin değiştirilmesiyle bu mekanik özelliklerin nasıl etkileneceğini kavramak çok önemlidir. Bu tezde biz, iki boyutlu sıradan balpeteği ile hiyerarşik balpeteği yapılarının efektif mekanik özelliklerini analitik ve nümerik olarak çalıştık. Çalışmanın asıl amacı yapıların efektif mekanik özelliklerini önemli ölçüde arttıracak ilgili hiyerarşi parametrelerini belirlemekti. Ancak sadece altıgen geometrilerin düşünüldüğü önceki çalışmalardan farklı olarak biz, hibrid olarak belirtmiş olduğumuz hiyerarşi içerisinde farklı geometrilerin etkilerini inceledik. Hiyerarşi geometrisine ek olarak, farklı hiyerarşi seviyelerinde kenar kalınlıklarını değiştirerek heterojenliğin etkisini de inceledik. Sonuçlarımızda, hiyerarşi kazandırarak aynı hiyerarşi yoğunluğuna sahip sıradan altıgen balpeteği ile kıyaslandığında en az 2 kat daha dayanıklı tasarımlar elde edilebileceği bulunmuştur. Bu sonuç gösterdi ki balpeteği yapılarının elastisite modülü ve Poisson's oranı gibi efektif elastik özellikleri, hiyerarşi geometrileri ve heterojenlik seviyelerinin değiştirilmesiyle kontrol edilebilir.