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
- Tez No: 798628
- Danışmanlar: PROF. DR. BORA MAVİŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- 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
- Termal bariyer kaplamanın turbo doldurmalı bir dizel motorunun performansına etkileri
Başlık çevirisi yok
HALİT YAŞAR
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VELİ ÇELİK
- 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
2011
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÜNGÖR GÜNDÜZ
YRD. DOÇ. BORA MAVİŞ
- 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
2004
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİ KAYALI
- 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
2021
Maden Mühendisliği ve MadencilikNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZAHİDE BAYER ÖZTÜRK
- Yakın geçmişteki nükleer reaktör dinamik analiz yöntemlerine bir bakış
Başlık çevirisi yok
MURAT ALGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ EDGÜ