Karbon Prepreg Malzemeden Üretilen Kompozit Disk Yayların İncelenmesi

Year 2022, Volume: 24 Issue: 71, 357 - 364, 16.05.2022

Haşim Fırat Karasu , Melih Belevi

https://doi.org/10.21205/deufmd.2022247102

Abstract

Bu çalışmada amaç, çelik disk yayın karakteristik eğrisine yakın ya da çelikten daha iyi karakteristikte karbon prepreg malzemeden kompozit disk yay üretmektir. Bu sayede disk yayın kuvvet/deformasyon oranından uzaklaşmadan tasarım hafifletilmiş olacaktır. Bunun için öncelikle, standart bir çelik disk yay seçilerek sonlu elemanlar analizi metoduyla karakteristik eğrisi belirlenmiştir. Üretilecek kompozit disk yaylar için seçilen çelik disk yay geometrisi kullanılmış ve değişken parametre olarak koni yüksekliği (koniklik açısı) seçilmiştir. Çelik disk yayın koni yüksekliği dahil toplam 5 farklı koni yüksekliği için ANSYS Workbench modülünde karbon prepreg malzeme için analizler yapılmış ve bu analizlerden yararlanılarak disk yaylar kapalı kalıpta otoklav yöntemiyle üretilip deneye tabi tutulmuştur. Kompozit disk yayların üretiminde kullanılan karbon prepregler [0/90/0] oryantasyonunda dizilmiştir. Çelik ve kompozit disk yayların yapılan basma deneyleri sonucunda yay karakteristikleri elde edilip karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, tasarımı ilk haline göre hafifletmekle beraber hangi koniklik açılarındaki kompozit disk yayların çelik disk yayın kuvvet/deformasyon oranına daha yakın olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

disk yay, yay karakteristiği, koniklik açısı, karbon prepreg, otoklav yöntemi

Examination of Composite Disc Springs Produced From Carbon Prepreg Material

Abstract

The aim of this study is to produce a composite disc spring from carbon prepreg material that is close to the characteristic curve of a steel disc spring or better than steel. In this way, the weight of the design will be reduced without compromising the force/deformation ratio of disc spring. For this, first of all, a standard steel disc spring is selected and its characteristic curve is determined by finite element analysis method. The steel disc spring geometry selected for the composite disc springs to be produced was used and only the cone height (tapering angle) was selected as the variable parameter. Analyzes were made for carbon prepreg material in ANSYS Workbench module for a total of 5 different cone heights including steel disc spring cone height, and disc springs were produced and tested in closed molds by autoclave method, using these analyzes. The carbon prepregs used in the production of composite disc springs are arranged in the [0/90/0] orientation. Spring characteristics of steel and composite disc springs were obtained and compared as a result of compression tests. As a result, it was determined that the composite disc springs at which tapering angles are closer to the force / deformation ratio of the steel disc spring, although the design is lighter than the original version.

Keywords

disc spring, spring characteristic, tapering angle, carbon prepreg, autoclave method

References

• La Rosa, G., Messina, M. ve Risitano, A. 2001. Stiffness of Variable Thickness Belleville Springs, Journal of Mechanical Design, Cilt. 123, s. 294-299.
• Pedersen, N. L. ve Pedersen, P. 2011. Stiffness and Design for Strength of Trapezoidal Belleville Springs, Journal of Strain Analysis, Cilt. 46, s. 825-836.
• Saini P. K., Kumar, P. ve Tandon, P. 2007. Design and Analysis of Radially Tapered Disc Springs with Parabolically Varying Thickness, Journal of Mechanical Engineering Science, Cilt. 221, s. 151-158.
• Carfagni, M. 2002. A CAD Program for The Automated Checkout and Design of Belleville Springs, Journal of Mechanical Design, Cilt. 124, s. 393-398.
• Paredes, M. ve Daidie, A. 2010. Optimal Catalogue Selection and Custom Design of Belleville Spring Arrangements, International Journal on Interactive Design and Manufacturing, Cilt. 4, s. 51-59.
• Zhiming, Y. ve Kaiyuan, Y. 1990. A study of Belleville Spring and Diaphragm Spring in Engineering, Journal of Applied Mechanics, Cilt. 57, s. 1026-1031.
• Davet, G. 1997. Belleville Springs Flex to Keep Joints Tight, Machine Design, Cilt. 69, s. 140-144.
• Curti, G. ve Raffa, F. A. 1992. Material Nonlinearity Effects in The Stress Analysis of Conical Disk Springs, Journal of Mechanical Design, Cilt. 114, s. 238-244.
• Dharan, C. K. H. ve Bauman, J. A. 2007. Composite Disc Springs, Composites: Part A, Cilt. 38, s. 2512-2516.
• Mubea Disc Springs Manuel. 2010. Mubea Tellerfedern und Spannelemente GmbH.
• Karasu, H. F. 2014. Kompozit Disk Yayların Tasarımı ve Analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 116s, İzmir.
• Sigrafil - Sigratex Prepreg Kataloğu, 1999. SGL Carbon Group.