Geri Dön

Characterisation of failure in composite materials with acoustic emission and correlation with micromechanics

Kompozit malzemelerde hasarın akustik emisyon ile belirlenmesi ve mikromekanik ile ilişkilendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 503321
  2. Yazar: FATİH ERTUĞRUL ÖZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURİ BÜLENT ERSOY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 182

Özet

Polimerik kompozit malzemeler karmaşık hasarlanma mekanizmaları sonucunda kırılırlar. Bu hasarlanma meknizmalarının tetiklendiği seviyeleri tek bir çekme testi ile belirlemek kolay değildir. Çünkü, bu malzemelerin gerilme-gerinme davranışları net bir akma noktası veya rijitlik bozulması göstermemektedir. Akustik Emisyon (AE) tekniği, kompozit malzemelerde hasar tayini için kullanılan önemli bir yöntemdir. Bir AE sinyali, hasar olduğunda şekil değiştirme enerjisinin ani biçimde salınması sonucu oluşan bir ultrasonik dalgadır ve hasar hakkında bilgiler içermektedir. Literatürde, hasar tipleri ve AE karakteristikleri arasındaki ilişkiler ile ilgili genel sonuçların çoğu direkt gözlemlere değil, yoruma dayanmaktadır. Bu tez çalışmasında, Karbon Elyaf Takviyeli Plastik kompozitlerde meydana gelen hasarlanmalar AE yöntemi kullanılarak incelenmektedir. AE sinyalleri ve hasar tipleri arasında güvenilir bir ilişki kurulabilmesi için optik gözlem yöntemleri kullanılmıştır. İlk olarak tek yönlü dizilime sahip numuneler test edilmiştir. Bu numuneler üretilirken belli bir katmana kesikler açılarak sunni kusurlar oluşturulmuş ve hasarlanma sırasının istenen biçimde ilerlemesi sağlanmıştır. Bu numunelerin çekme testleri, dayanımlarından daha düşük gerilme seviyelerinde durdurulup, numuneler optik mikroskoplarla incelenerek hasar tipleri belirlenmiş ve AE sinyalleri ile eşleştirilmiştir. Bu sonuçlar, Sonlu Elemanlar Mikromekanik Yöntemi ile gerçekleştirilen bir ilerlemeli hasar analizi modeli öngörüleri ile karşılaştırılmıştır ve ikisi arasında iyi bir tutarlılık elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, izotropik-benzeri numunelerin çekme testleri sırasında Sayısal Görüntü Korelasyonu (DGK) yöntemi ve numune kenarının yerinde gözlemi yöntemleri kullanılmıştır. Bu yöntemler, hasar tiplerinin eşleştirilmesi için kuvvetli deliller sağlamaktadır. Benzer özelliklere sahip sinyallerin gruplandırılması için k-means++ kümeleme algoritması kullanılmıştır. Hasar tiplerinin ilerlemesi ile bunların AE özelliklerinin, dizilimler değiştikçe farklılaştığı görülmüştür. Bu tez çalışmasının sonuçları, literatürde yaygın olarak kabul gören AE yöntemine dayalı hasar sınıflandırmasının güvenilirliğini sorgulanır hale getirmekte ve yeni bir sınıflandırma önermektedir.

Özet (Çeviri)

Polymer composites fail through complex damage mechanisms. It is not easy to determine stress levels for onset of various damage mechanisms with a single uniaxial tension test, since their stress-strain responses do not provide a clear yield point or stiffness degradation during loading. Acoustic Emission (AE) is an important technique used to detect damage in composite materials. An AE signal is an ultrasonic wave resulting from the sudden release of the strain energy when damage initiates and contains information about the damage mode. General conclusions in literature for the correlation of damage modes with corresponding AE characteristics are relied on interpretations rather than direct observation of damage modes. In this thesis, damage progression in Carbon Fibre Reinforced Plastic composites are investigated using AE technique. Optical instruments are used to obtain reliable correlations with damage modes and the AE events. First unidirectional laminates are tested. Artificial defects in the form of slits are incorporated at certain plies during manufacturing to stimulate damage in desired sequence. Tension tests are stopped at certain stress levels before the ultimate strength and specimen edges are investigated with optical microscope to identify damage modes and correlate with AE characteristics. Then results are compared with predictions of a progressive damage model implemented using Finite Element Micromechanical Model and a very good consistency is achieved. In the second part, Digital Image Correlation (DIC) and in-situ edge observation are applied simultaneously during the tension tests of different quasi-isotropic laminates. They provide robust evidences for damage mode correlations. The k-means++ clustering algorithm is used to group similar AE events. It is seen that damage progression and their AE characteristics change with lay-up sequence. The results obtained in this thesis put the reliability of AE based damage mode classifications, widely adopted in literature, in question and a new classification scheme is proposed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    554574

    Experimental study on static and dynamic behavior of woven carbon fabric laminates using in-house piezoelectric sensors, acoustic emission, digital image correlation and scanning electron microscopy

    Dokuma karbon kumaş laminatların statik ve dinamik davranışlarının deneysel olarak şahsi üretim piezoelektrik sensör, akustik emisyon, dijital görüntü korelasyonu ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenmesi

    HAFIZ QASIM ALI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilim ve TeknolojiSabancı Üniversitesi

    Prof. Dr. MEHMET YILDIZ

  2. Tez No

    898792

    Innovative approaches for mechanical characterization and failure analysis in complex and functional composite structures: A fusion of SHM, NDT, and FEA techniques

    Kompleks ve fonksı̇yonel kompozı̇t yapılarda mekanı̇k karakterı̇zasyon ve hasar analı̇zı̇ ı̇çı̇n yenı̇lı̇kçı̇ yaklaşımlar: SHM, NDT ve FEA teknı̇klerı̇nı̇n bı̇rleşı̇mı̇

    ABDULRAHMAN SAEED ABDULQADER AL-NADHARI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET YILDIZ

  3. Tez No

    658436

    Multidisciplinary investigation of C-type composite sandwich radome panels within the scope of acoustic emission based damage characterization and electromagnetic transmission performance

    Akustik emisyon esaslı hasar karakterizasyonu ve elektromanyetik iletim performansı kapsamında C-tipi kompozit sandviç radom panellerinin çok disiplinli araştırılması

    FATİH UZUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT BÜYÜK

    PROF. DR. MEHMET YILDIZ

  4. Tez No

    350528

    Bor ve mineral katkılı selülozik yalıtım malzemesi üretimi ve karakterizasyonu

    Production of boron and mineral reinforced cellulosic insulation material and its characterization

    İBRAHİM ETHEM KARAAĞAÇLIOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK

  5. Tez No

    461042

    Tracing visual and acoustic signatures of mechanical behavior of composite materials

    Kompozit malzemelerin mekanik davranışlarının görsel ve akustik izlerinin incelenmesi

    BENGİSU YILMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mekatronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELİH PAPİLA

    DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR

Geri Dön