Experimental and numerical investigation of mechanical effect of externally weak layers in thick hybrid composites
Kalın hibrit kompozitlerde diş yüzeylerde zayıf katmanların mekanik etkisinin deneysel ve sayısal incelenmesi
- Tez No: 604747
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN KEFAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Kalın hibrit laminant kompozitlerin, havacılık ve denizcilik alanlarında yapısal eleman olarak kullanımına yönelik ilgi giderek artmaktadır. Uçak yapılarında kullanılan kompozit malzemelerin miktarı ağırlıkça %50'yi aştığından, bu malzemelerin mekanik özelliklerinin ve hasar davranışlarının incelenmesi önem kazanmıştır. Mevcut çalışmada, cam/karbon takviyeli kalın laminant kompozitlerin dış yüzeylerindeki cam veya karbon fiberli zayıf katmanların eğilme davranışına etkisi hasar mekanizmalarını izlemek için incelenmiştir. İlk bölümde, cam (G) ve karbon (C) elyaf takviyeli prepreglerin istifleme sıralarını değiştirerek dört tip simetrik laminant yapı tasarlanmıştır. Laminant kompozitlerin üretiminde sıcak pres kürleme tekniği kullanılmıştır. Herbir kompozit yapıda 48 tane prepreg katman kullanılmış olup bunların (C8/G8/G8)s, (G8/C8/G8)s, (G8/G8/C8)s, and (C8/G8/C8)s olarak ayarlanması sağlanmıştır. Eğilme testleri, en yüksek eğilme dayanımının (G8/C8/G8)s konfigürasyonlu laminant (1260 MPa) ve en yüksek eğilme katsayısının (C8/G8/C8)s konfigürasyonlu laminantın (79.64 GPa) olduğunu göstermiştir. Ek olarak, tam alanlı düzlem içi şekil değiştirme, yer değiştirme kaydı ve eğme testleri sırasında hasar modu geliştirme çalışması için Dijital Görüntü Korelasyon tekniği kullanılmıştır. Sonuçlar, laminantın yatay orta düzlemi boyunca yerleştirilen elyaf tipinin hasar modunu kontrol ettiğini ve yüzeylerde mevcut olan elyaf tipinin gerilim-gerinim eğrisinin davranışını yönettiğini göstermiştir. Optik ve taramalı elektron mikroskobu teknikleri ile gerçekleştirilen kırılma yüzey karakterizasyonu, bükülme bandı oluşumu ve kayma tabanlı interlaminar delaminasyon şeklindeki sıkıştırma hasarlarının, kalın hibrit laminantlardaki en yaygın iki hasar şekli olduğunu göstermiştir. Deneysel çalışmaya paralel olarak, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile yer değiştirme değerlerini yükleme eksenine paralel ve enine doğrultuda incelemek ve boyuna ve kayma gerilimi değerlerini elde etmek için sayısal bir çalışma yapılmıştır. Hem deneysel hem de sayısal çalışmalar, kalın hibrit laminantın istifleme sırasının kompozitlerin eğme özelliklerini kontrol etmede pratik bir yaklaşım olarak kullanılmasının önemini vurgulamıştır. Sonuç olarak, bu çalışma istifleme sırasının ayarlanması ile kalın kesit hibrit laminantların tasarımı ve üretimi hakkında yeni bir yaklaşım sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
There is a growing interest in the use of thick hybrid composite laminates in the structural elements of aerospace and hydrospace structures. As amount of composite materials used in aircraft structures has now exceeded 50% by weight, it is more crucial than ever to study their mechanical properties and failure behaviors. In the present work, the influence of weak external layers of carbon and glass fibers on the flexural behavior of thick carbon/glass fiber reinforced hybrid composite laminates was examined to monitor their failure mechanisms. In the first part, four types of symmetric laminate structures were designed by tailoring the stacking sequence of glass (G) and carbon (C) fiber reinforced prepregs. Hot Press Curing (HPC) technique was utilized for manufacturing of the laminates. In each composite structure, 48 prepreg plies were used; and their configurations were adjusted to (C8/G8/G8)s, (G8/C8/G8)s, (G8/G8/C8)s, and (C8/G8/C8)s. Flexural tests showed that the highest flexural strength (1260 MPa) was exhibited by the laminate with the configuration of (G8/C8/G8)s, and the highest flexural modulus (79.64 GPa) was shown by the laminate with configuration of (C8/G8/C8). In addition, Digital Image Correlation (DIC) technique was used for the full-field in-plane strain and displacement registration, and for the study of failure mode development during the bending tests. The results indicated that the type of fiber placed along the horizontal midplane of the laminate controlled the failure mode, and the type of fiber available on the faces governed the behavior of stress-strain curve. The fracture surface characterization performed by optical and scanning electron microscopy techniques indicated that the compressive failures in the form of kink band formation and shear-driven interlaminar delamination were the two most prevalent forms of failure in thick hybrid laminates. In parallel to the experimental study, numerical study was carried out by Finite Element Method (FEM) to investigate the displacement values in the direction parallel and transverse to the loading axis, and for obtaining the longitudinal and shear strain values. Both experimental and numerical studies emphasized the importance of using stacking sequence of a thick hybrid laminate as a practical approach in controlling the flexural properties of the composites. To conclude, this work provides a new insight into the design and fabrication of thick-section hybrid laminates by the adjustment of their stacking sequence.
Benzer Tezler
- Karayolu taşıt aerodinamiğinin sayısal yöntemle incelenmesi
Investigetion of road vehicle aerodynamics with numerical method
MALİK TOKATLIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna olan etkilerinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of insulation thickness on energy saving
ERGE BOSTANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiCumhuriyet ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTAN BUYRUK
- Tel ark ergitmeli eklemeli imalatta harici ısıtıcı kullanımının mekanik ve metalurjik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of external heater use on mechanical and metallurgical properties in wire arc additive manufacturing
EBUBEKİR DOĞAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Darbe yüküne maruz alüminyum kumaş katkılı kompozit plakaların deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of aluminum fabric added composite plates subject to impact loads
İBRAHİM HALİL KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH ŞİŞMAN
DOÇ. DR. ŞERİF ÇİTİL
- NACA0015 kanat profili üzerinde çift yarıklı koordineli jet aktüatör ile aktif akış kontrolünün deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of active flow control by coordinately jet actuator with dual slot on NACA0015 airfoil
FATİH SONKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
DR. ÖĞR. ÜYESİ DUYGU ERDEM