Öksetik Çekirdekli Sandviç Yapıların Eğik Darbe Yükleri Altında Mekanik Davranışlarının İncelenmesi
Investigation of Mechanical Behavior of Auxetic Core Sandwich Structures Under Oblique Impact Loads
- Tez No: 1023269
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA KEMAL APALAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekanik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Öksetik çekirdekli sandviç yapılar, kendilerine özgü deformasyon mekanizmaları, yüksek darbe dayanımları ve üstün enerji soğurma kabiliyetleri nedeniyle son yıllarda önemli ölçüde ilgi görmektedir. Ancak, öksetik çekirdek geometrisi, poliüretan köpük dolgusu ve darbe açısının sandviç yapıların düşük hızlı darbe davranışı üzerindeki birleşik etkilerini inceleyen çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu nedenle, bu çalışmada re-entrant çekirdekli sandviç yapı (RESY), tetra-kiral çekirdekli sandviç yapı (TKSY), ok-başı çekirdekli sandviç yapı (OBSY) ve yıldız çekirdekli sandviç yapı (YSY) numuneleri eklemeli imalat yöntemiyle üretilmiş; her bir sandviç yapı içi boş (İB), 40DNS dansite poliüretan köpük dolgulu (40D) ve 60DNS dansite poliüretan köpük dolgulu (60D) olmak üzere üç farklı çekirdek yapısı hazırlanmıştır. Numuneler, 0°, 5° ve 10° darbe açıları altında 6.04 J ve 10.74 J darbe enerjileri uygulanarak darbe deneylerine tabi tutulmuştur. Çekirdek hücre geometrisi, köpük dolgu durumu, köpük yoğunluğu, darbe enerjisi ve darbe açısının darbe davranışı üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla; temas kuvveti-zaman değişimleri, temas kuvveti-yer değiştirme değişimleri, çarpışma dayanımı göstergeleri, hasar mekanizmaları ve dijital görüntü korelasyonu (DIC) analizleri ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, poliüretan köpük dolgusunun darbe yüklerinin yapı içerisinde daha homojen dağılmasını sağladığını, hasar oluşumunu geciktirdiğini ve deformasyonun daha kontrollü gerçekleşmesine katkıda bulunduğunu göstermektedir. Ayrıca, çarpışma dayanımı göstergeleri köpük yoğunluğunun artmasıyla genel olarak iyileşme eğilimi göstermiştir. Özellikle 60D köpük dolgulu numuneler daha yüksek rijitlik ve darbe dayanımı sergilerken, İB yapıalarda daha belirgin yerel deformasyonlar ve ani hasar mekanizmaları gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, darbe enerji seviyesinin artırılmasıyla yapıya aktarılan kinetik enerjinin artmasına bağlı olarak temas kuvveti, yer değiştirme miktarı ve hasar seviyesi yükselmiş, çekirdek hücre duvarlarında daha belirgin plastik deformasyonlar ve kırılmalar meydana gelmiştir. Darbe açısının artırılmasıyla temas kuvveti ve çarpışma dayanımı göstergeleri genel olarak azalma eğiliminde olmuş, buna karşılık temas süresi ve yer değiştirme miktarında artış gözlenmiştir. Darbe açısının artmasıyla birlikte normal yük bileşeninin azalması ve teğetsel yük bileşeninin artması nedeniyle yük aktarım mekanizmasının değiştiği, deformasyonun daha geniş bir alana yayıldığı ve hasar oluşumunun farklı mekanizmalarla ilerlediği belirlenmiştir. DIC analizleri ile elde edilen yer değiştirme ve gerinim alanları, deneysel kuvvet–yer değiştirme eğrileri ve gözlenen hasar mekanizmaları ile uyumlu sonuçlar ortaya koymuş; köpük dolgusunun deformasyonu sınırlandırarak yükün çekirdek boyunca daha homojen dağılmasını sağladığını doğrulamıştır.
Özet (Çeviri)
Auxetic core sandwich structures have attracted considerable attention in recent years owing to their unique deformation mechanisms, high impact resistance, and superior energy absorption capability. However, studies investigating the combined effects of auxetic core geometry, polyurethane foam filling, and impact angle on the low-velocity impact behavior of sandwich structures remain limited. Therefore, in this study, re-entrant core sandwich structures (RESS), tetra-chiral core sandwich structures (TCSS), double-arrowhead core sandwich structures (DASS), and star-shaped core sandwich structures (SSSS) were fabricated using the fused deposition modeling additive manufacturing technique. Each sandwich structure was prepared in three different core configurations: unfilled (UF), filled with 40 kg/m³ density polyurethane foam (40D), and filled with 60 kg/m³ density polyurethane foam (60D). The specimens were subjected to low-velocity impact tests at impact angles of 0°, 5°, and 10° under impact energies of 6.04 J and 10.74 J. To investigate the effects of core cell geometry, foam filling condition, foam density, impact energy, and impact angle on the impact behavior, contact force–time responses, contact force–displacement curves, crashworthiness indicators, damage mechanisms, and Digital Image Correlation (DIC) analyses were comprehensively evaluated. The experimental results demonstrated that polyurethane foam filling promoted a more uniform distribution of impact loads throughout the structure, delayed damage initiation, and contributed to a more controlled deformation process. Furthermore, the crashworthiness indicators generally improved with increasing foam density. In particular, the 60D foam-filled specimens exhibited higher stiffness and impact resistance, whereas the unfilled configurations showed more pronounced localized deformation and sudden damage mechanisms. Moreover, increasing the impact energy resulted in higher contact forces, larger displacements, and more severe damage due to the greater amount of kinetic energy transferred to the structure, leading to more significant plastic deformation and fracture of the core cell walls. Increasing the impact angle generally reduced the contact force and crashworthiness performance, while increasing the contact duration and displacement. The results further revealed that increasing the impact angle altered the load transfer mechanism owing to the reduction of the normal load component and the increase of the tangential load component, resulting in more widely distributed deformation and the evolution of different damage mechanisms. The displacement and strain fields obtained from the DIC analyses were in good agreement with the experimental force–displacement responses and the observed damage mechanisms, confirming that polyurethane foam filling effectively restrained deformation and promoted a more uniform load transfer throughout the auxetic core.
Benzer Tezler
- Parametric investigation of mechanical properties of auxhex unit cell sandwich structures
Auxhex birim hücreli sandviç yapıların mekanik özelliklerinin parametrik olarak incelenmesi
KADİRCAN SAYGI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAAN YILDIZ
- Fonksiyonel derecelendirilmiş yüzey katmanlı ve re-entrant metalik çekirdek katmanlı sandviç silindirik kabuğun termal ortamda titreşim analizi
Vibration analysis of a sandwich cylindrical shell with functionally graded face sheets and a re-entrant metallic core under thermal environment
HASAN ERZI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM FATİH ÖZALP
- Çift ok uçlu ökzetik çekirdeğe sahip sandviç yapıların darbe davranışının incelenmesi
Investigation of the impact behavior of sandwich structure with double arrowhead auxetic core
UĞUR KAYACAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. KADİR GÜNAYDIN
- Temsili hacim elemanı yöntemiyle hücresel yapıların doğrusal olmayan mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of nonlinear mechanical behaviour of cellular structures by representative volume element method
MUSTAFA ENES YAZICI
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiSamsun ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KANBER
- Kompozit yapılarda makro ve mikro hasar davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of macro and micro damage behavior in composite structures
İSMAİL ÖZEN
Doktora
Türkçe
2022
Otomotiv MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GEDİKLİ