An integrated and systematic characterization methodology for vacuum bag only prepregs
Vakum torbalama prepreg sistemleri için entegre ve sistematik karakterizasyon metodolojisi
- Tez No: 643486
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Otoklav dısı prosesler için gelistirilen vakum torbalama prepregler, fiber yatagı mimarisi ve reçine sistemi ve proses parametrelerinin uygun bir kombinasyonu yoluyla düsük bosluk içerigi ve reçinenin kuru fiber demetlerine basarılı emdirilmesi gibi birçok açıdan otoklav kalitesinde kompozit yapılar elde edebilir. Öte yandan, maksimum konsolidasyon basıncı atmosferik basınçla sınırlı oldugundan dolayı gözeneklilik ve malzeme içi bosluklar vakum torbalama prosesleri ile ilgili en zorlu konulardır. Bu sorunları gidermek için, vakum torbalama prepregleri nispeten geçirgen hava kanallarını içerecek ve otoklav prepreg sistemlerine kıyasla daha yüksek baslangıç fiber hacmi fraksiyonları sergileyecek sekilde tasarlanmaktadır. Buna ragmen, jellesme öncesi tamamlanmamıs emdirme islemi, nihai parçanın mekanik performansını düsüren boslukların miktarını dogrudan kontrol ettiginden, prepreg sisteminin fiziksel özellikleri, kürlenme islemi sırasında vakum torbalama prepregleri ile üretilen kompozitlerin mikro yapılarının evriminde hala önde gelen parametrelerdir. Kompozit malzemeler, yüksek sertlik ve basarılı güç/agırlık oranı sunarken aynı zamanda üretim ve proses maliyetlerinde önemli düsüsler sagladıgından dolayı son yıllarda havacılık endüstrisinde yaygın kabul görmüstür. Otoklav prosesleri, endüstrinin yüksek güvenlik, yüksek kalite ve tekrar üretilebilirlik gibi gereklilikleri basarıyla yerine getirebildigi için birincil ve ikincil havacılık uygulamaları için yaygın olarak tercih edilmistir. Ancak, düsük maliyetli süreçlerle daha büyük kompozit parçalar üretmek, endüstrinin otoklav-dısı proses arayıslarına yönelmesine neden olmustur. Bu nedenle, VBO prepregleri, düsük bosluk içerigi ve reçinenin basarılı emdirilmesi gibi birçok konuda otoklav kalitesinde kompozitler ile rekabet edebilen yüksek performanslı kompozitler saglamak üzere otoklav-dısı prosesler için gelistirilmistir. Bu, uygun bir elyaf yatagı mimarisi, reçine sistemi ve proses parametreleri kombinasyonu ile mümkündür. Bununla birlikte, maksimum konsolidasyon basıncı atmosferik basınçla sınırlı oldugu için VBO prepreglerinden üretilen kompozitler bosluklara çok daha duyarlıdır. Bu sorunları gidermek için, VBO prepregleri nispeten geçirgen hava kanallarını içerecek ve otoklav prepreg sistemlerine kıyasla daha yüksek baslangıç fiber hacmi fraksiyonlarına sahip olacak sekilde tasarlanmıstır. Bununla birlikte, jellesme öncesi tamamlanmamıs emdirme, nihai parçanın mekanik performansını düsüren boslukların miktarını dogrudan kontrol ettiginden dolayı prepreg sisteminin fiziksel özellikleri, kürlenme prosesi sırasında VBO prepreg mikro yapılarının evriminde hala önde gelen parametrelerdir. Bu nedenle, sistematik ve kapsayıcı bir karakterizasyon metodolojisine hayati bir ihtiyaç vardır. Bu tez, vakum torbalama prepregleri proses modelinin dogrulugunu ve güvenilirligini güçlendirmek için malzeme özellikleri ve yapısal davranıs gibi faktörleri sistematik olarak karakterize eden bir metodoloji olusturmayı amaçlamaktadır. Bu amaca ulasmak için reçine ve prepreg sisteminin temel özelliklerini karakterize eden bir sistematik gelistirilmistir. Bu yaklasım, ticari bir VBO prepreg sisteminin özelliklerini ve proses parametrelerini karakterize etmek için de uygulanmıstır. Bu nedenle, reçine sisteminin kürlenmeye baglı özellikleri, birkaç grup yarı-deneysel fenomenolojik modeller aracıgılıyla karakterize edilmistir. Ardından, ilk fiber mimarisi, bosluk içerigi degisimi, prepreg sisteminin fiber hacim fraksiyonu, prepreg laminatlarının x-ışını mikrotomografi taraması setleriyle incelenmistir. Gözenekli ortamın ilk geçirgenlik davranısı, bir hesaplamalı akıskanlar dinamigi analizi ile modellenmistir. Son olarak, bilesenlerin ve bütüncül olarak sistemin özgül ısı kapasitesi ve ısıl iletkenligi, bir dizi deney ve nümerik çalısma ile karakterize edilmistir. Bu yaklasım, OoA teknikleri aracılıgıyla yüksek performanslı kompozitler sunmak için karakterizasyon, modelleme, optimizasyon ve dogrulama yaklasımlarını bütünlestiren bir proses tasarımı olusturmanın temel bir köse tası olarak kabul edilebilir.
Özet (Çeviri)
Composite materials have attracted widespread acceptance aerospace industry in the last decades as it offers high rigidity and outstanding strength/weight ratio while enabling the considerable reductions in the manufacturing and operational costs. The autoclave processes have been widely preferred for the primary and secondary aerospace applications as such requirements as high safety, high quality, and reproducibility of the industry. However, producing larger composite parts through low-cost processes has led the industry to out of autoclave processes. Hence, VBO prepregs were developed for out-of-autoclave processes to deliver high-performance composites, which can compete with the autoclave-quality composites in many aspects, such as low-void content and successful impregnation. This is possible through an appropriate combination of fiber bed architecture and resin system, and process parameters. However, composites produced through VBO prepregs are much more susceptible to voids since the maximum consolidation pressure is limited to atmospheric pressure. To address these issues, VBO prepregs were designed to incorporate relatively permeable air channels and exhibit higher initial fiber volume fractions in comparison with the autoclave prepreg systems. Nevertheless, the physical properties of the prepreg system are still the leading parameters in the evolution of VBO prepreg microstructures during the curing process as the incomplete impregnation before gelation directly controls the amount of voids, which degrades the mechanical performance of the final part. Therefore, there is a vital need for a systematic and overarching characterization methodology. This thesis aims to establish a methodology that systematically characterizes such factors as material properties and constitutive behavior to strengthen the VBO prepreg process model's accuracy and reliability. To achieve this goal, a systematic was developed to characterize the main properties of the resin and prepreg system. This approach was also implemented to characterize a commercial VBO prepreg system's properties and processing parameters. Hence, the cure-dependent properties of the resin system were characterized by several sets of semi-empirical phenomenological models. Then, the first fiber architecture, void-content change, the fiber volume fraction of the prepreg system were investigated through sets of x-ray microtomography scans of the prepreg laminates. The initial permeability behavior of the porous media was modeled through a CFD analysis. Finally, the specific heat capacity and thermal conductivity of the constituents were investigated by a series of experiments and numerical studies. This approach can be accepted as a fundamental cornerstone of establishing a process design that integrates characterization, modeling, optimization, and verification approaches to deliver high-performance composites through OoA techniques.
Benzer Tezler
- İmalat sistemlerinin tasarlanması ve öncelik kurallarının belirlenmesinde yapay sinir ağlarının kullanılması
Başlık çevirisi yok
TARIK ÇAKAR
Doktora
Türkçe
1997
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN TORAMAN
- Modelling and characterization of the spoof surface plasmon polariton waveguides and reconfigurable components for terahertz integrated systems
Terahertz entegre sistemler için yapay yüzey plazmon polariton dalga kılavuzları ve ayarlanabilir bileşenlerin modellenmesi ve karakterizasyonu
MUHAMMED ABDULLAH UNUTMAZ
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. MEHMET ÜNLÜ
- Havaalanında yer hizmeti veren bir firma için hedef programlama yaklaşımı
Başlık çevirisi yok
M.BARBAROS KUBATOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DEMET BAYRAKTAR
- Hava kirliliği konusunda çevre bilgi sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi pilot projesi
Design of an information system about air pollution
HARUN İYİDİKER
- Denizli Havzası'nın Doğu'sundaki traverten litofasiyeslerin sedimantolojisi, diyajenezi ve petrofiziksel özellikleri (GB, Türkiye)
Sedimentological, diagenetical and petrophysical characterization of travertine lithofacies in the east of Denizli basin (SW Turkey)
CİHAN ARATMAN
Doktora
İngilizce
2023
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZKUL