Geri Dön

Adjustment of the thermal expansion coefficient of 3D printed composite tools for composite overwrapped pressure vessels

3B baskılı kompozit takımların ısıl genleşme katsayısının kompozit sargılı basınçlı tanklar için ayarlanması

  1. Tez No: 798628
  2. Yazar: RESUL KARA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BORA MAVİŞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 92

Özet

Kürlenebilir bir kompozit ile takım malzemesi arasında oluşabilecek ısıl uyumsuzluklar, kürlenmiş ürünün geometrik hassasiyetini ve yapısal bütünlüğünü olumsuz yönde etkileyebilmekte, düşük kaliteye veya daha da kötüsü, düşük patlama basıncı performansına yol açabilmektedir. Takım malzemesinin ısıl genleşme katsayısının (IGK), örneğin INVAR veya seramik (ilgili IGK aralıkları sırasıyla 0,5-2 ve 0-10 µm/mºC) kullanılarak mümkün olduğunca düşük tutulması, uygulanmış çözümlerdendir. Ancak hem bu tür malzemelerin maliyetlerinin yüksek, hem de kürlenmiş kompozitin kalınlık boyunca IGK'sının (elyaf ve reçine tiplerine bağlı olarak yaklaşık 30-42 µm/mºC) takımlarınkinden önemli ölçüde farklı olabilmesi, alternatif çözümler gerektirmektedir. Bu tezde yapılan çalışmalar, sürekli cam elyaf takviyeli kırpık mikro karbon fiber dolgulu termoplastiğin 3B yazdırılmasıyla, kompozitlerin kalınlık boyunca IGK'larıyla (KB-IGK) uyumlu IGK'lara sahip, düşük maliyetli ve sökülebilir mandrellerin üretilebileceği ve bunların yüksek performanslı kompozit sargılı basınçlı kap üretiminde kullanılabileceği varsayımı etrafında planlanmıştır. Baskı yönleri, iç örgü desenleri ve takviye dağılımlarına göre değişiklik gösterecek şekilde tasarlanmış sekiz numuneden üç tanesi, TMA analizi, üç noktadan eğme testleri ve yoğunluk hesaplamaları sonuçlarına göre mandrel üretimi için uygun bulunmuştur. İki tanesi takviyesiz izotropik katı (S) ve üçgen (T) iç örgü desenli ve üçüncüsü beş eşmerkezli halka (S-I-5) ile güçlendirilmiş izotropik iç örgü desenli olmak üzere mandreller basılmış ve kompozit tanklar üretilmiştir. Kompozit sargılı basınçlı tankların tipik KB-IGK'sına göre seçilen diğer örneklerden daha yüksek bir IGK'na sahip olan T, aynı zamanda en düşük maliyetli alternatif olmuş ve patlama performansında en yüksek artışı (%50) sağlamıştır. Bu çalışma, hassas, uygun maliyetli, hızlı ve ölçeklenebilir kompozit takım üretimi için gereken tasarım ve malzeme seçim ilkelerini ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

A thermal mismatch problem between a curable composite and the tool material can negatively impact the cured product's geometrical precision and structural integrity, leading to insufficient quality or, even worse, reduced performance. While keeping the thermal expansion coefficient (CTE) of tooling material as low as possible, for example by using INVAR or ceramic tools (with respective CTE ranges of 0.5-2 and 0-10 µm/mºC), has been one of the viable solutions, both costs of such tools and the fact that through-thickness CTE of the cured composite (typically around 30-42 µm/mºC depending on types of fiber and resin) can still be significantly different from the tools', call for alternative solutions. In this thesis, we hypothesize that by 3D printing a chopped micro carbon fiber filled thermoplastic in combination with continuous glass fiber, low-cost detachable mandrels that match the through-thickness CTE (TT-CTE) of the composites can be produced and used in producing high-performance composite overwrapped pressure vessels. TMA analysis, three-point bending tests, and density calculations were carried out eliminating eight specimens that were designed to vary for their printing orientation, infill pattern, and reinforcement distribution to three. Two detachable mandrels with solid isotropic (S) and triangular (T) infill patterns without any reinforcement and the third one with an isotropic infill pattern reinforced with five concentric rings (S-I-5) were manufactured. With its slightly higher CTE compared to the final composite overwrapped vessel TT-CTE, T gave the highest gains increase in burst performance (50%) and was the lowest-cost alternative. This study laid out the design and materials selection principles for precise, cost-effective, fast, and scalable composite tool production.

Benzer Tezler

  1. Termal bariyer kaplamanın turbo doldurmalı bir dizel motorunun performansına etkileri

    Başlık çevirisi yok

    HALİT YAŞAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VELİ ÇELİK

  2. Synthesis of zirconium tungstate and its use in composites with tunable thermal expansion coefficient

    Zirkonyum tungstat üretimi ve ısıl genleşme katsayısı ayarlanabilen kompozitlerde kullanımı

    İREM VURAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. GÜNGÖR GÜNDÜZ

    YRD. DOÇ. BORA MAVİŞ

  3. Zirkonyum hafnium nitrür kaplamaların mekanik ve aşınma özelliklerinin incelenmesi

    An investigation on mechanical and tribological properties of zirconium hafnium nitride coatings

    ERDEM ATAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SABRİ KAYALI

  4. İnce ateş kili bünyeler için vitrifiye sırlarının teknik özelliklerinin geliştirilmesi

    Development of technical properties of vitrified glazes for fine fire clay bodies

    ASIM CAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Maden Mühendisliği ve MadencilikNevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZAHİDE BAYER ÖZTÜRK

  5. Yakın geçmişteki nükleer reaktör dinamik analiz yöntemlerine bir bakış

    Başlık çevirisi yok

    MURAT ALGÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERDİNÇ EDGÜ