Geri Dön

Filaman sarım yöntemi ile üretilmiş kompozit boruların darbe davranışlarının araştırılması

Investigation on impact behavior of composite pipes produced by filament winding method

  1. Tez No: 894761
  2. Yazar: MEVLÜT HAKAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RECEP GÜNEŞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Erciyes 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: 277

Özet

Kompozit malzemeler ile yüksek mekanik ve termal özellikler elde edilebilmekte ve bu özelliklerin farklı geometrideki karmaşık yapılara uygulanabilirliği önem kazanmaktadır. Farklı geometrik şekilli kompozit yapıların üretilmek istenmesi, otomasyon kontrol üniteleri ve kompozit yapısal analizlerinin gelişmesi ile birlikte, filaman sarım metodunun ortaya çıkmasına, böylece daha karmaşık geometrili kompozit tasarımların üretilmesine olanak sağlamıştır. Filaman sarım metoduyla düşük maliyetle yüksek üretim hızlarında ve yüksek fiber hacim oranlarında farklı endüstriyel alanların ihtiyacı olan borular/tüpler, basınçlı kaplar, yakıt tankları, füze gövdeleri, roket motorları, direkler gibi eksenel simetrik geometriye sahip ürünler üretilebilmektedir. Bu ürünlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi, özellikle de dinamik yükleme şartları altında hasar davranışlarının bilinmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada karbon fiber takviyeli kompozit boruların düşük hızlı darbe davranışı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel kısımda filaman sarım yöntemiyle üretilen test numunelerinin çekme, basma, kesme, eksen dışı çekme, döngüsel yükleme/boşaltma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ara-yüzey ayrılma kriterlerini belirlemeye yönelik DCB/ENF deneyleri gerçekleştirilerek karakterizasyon çalışması tamamlanmıştır. Karakterizasyon testlerinden sonra düşük hızlı darbe deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sayısal kısımda kompozit boruların düşük hızlı darbe davranışı Amerika Ulusal Havacılık ve Uzay dairesi (NASA) tarafından yeni geliştirilmekte olan Genelleştirilmiş Ortotropik Elasto Plastik Hasar malzeme modeli kullanılarak, lineer olmayan sonlu elemanlar yöntemi ile araştırılmıştır. Çalışmada, düşük hızlı darbe altındaki kompozit boru, deformasyon, hasar oluşumu ve kırılma hasarı olmak üzere üç alt model kullanarak incelenmiştir. Deformasyon alt modeli, deformasyon veya hasar oluşumu mekanizmaları nedeniyle kompozitin doğrusal olmayan cevabını simüle ederken, hasar alt modeli rijitlikteki azalma ile doğrusal olmayan boşaltma/yeniden yüklemeyi simüle eder. Kırılma alt modeli ise bir gerilme/şekil değiştirme Gauss noktasında kırılma kriterinin ne zaman karşılandığını tahmin eder ve elamanı uygun şekilde siler. Bu kısımda gerekli olan malzeme özellikleri deneysel kısımda yapılan karakterizasyon çalışmalarından elde edilmiştir. Çalışmada filaman sarım yöntemi ile üretilen kompozit boruların düşük hızlı darbe deneylerinden elde edilen davranışı ile sayısal modellemeden elde edilen sonuçlar arasında iyi bir uyum yakalanmıştır.

Özet (Çeviri)

Composite materials can achieve high mechanical and thermal properties, and the applicability of these properties to complex structures with different geometries is gaining importance. The desire to produce composite structures with different geometric shapes, together with the development of automation control units and composite structural analysis, led to the emergence of the filament winding method, thus enabling the production of composite designs with more complex geometries. Through the filament winding method, products with axisymmetric geometry such as pipes/tubes, pressure vessels, fuel tanks, missile bodies, rocket engines, poles, etc., which are required by different industrial fields, can be produced at high production speeds and high fiber volume ratios at low cost. It is essential to determine the mechanical properties of these products, especially to know their damage behavior under dynamic loading conditions. In this study, the low velocity impact behavior of carbon fiber reinforced composite pipes was investigated experimentally and numerically. In the experimental studies, tensile, compression, shear, off-axis tensile, cyclic loading/unloading tests of test specimens produced by filament winding method were carried out. The characterization study was completed by performing DCB/ENF experiments to determine the inter-laminar failure criteria. After the characterization tests, low velocity impact tests were carried out. In the numerical studies, the low velocity impact behavior of composite pipes is investigated by a non-linear finite element method using the Generalized Orthotropic Elasto-Plastic Damage material model, which has been recently developed by the US National Aeronautics and Space Administration (NASA). In this study, the composite pipe is analyzed using three sub-models: deformation, damage, and failure. The deformation sub-model simulates the nonlinear response of the composite due to plastic deformation or damage formation mechanisms, while the damage sub-model simulates nonlinear unloading/reloading with a reduction in stiffness. The fracture sub-model predicts when the fracture criterion is met at a stress/strain Gauss point and deletes the element accordingly. The material properties required in this section were obtained from the characterization studies carried out in the experimental section. In the study, a good agreement was obtained between the behavior of the composite pipes produced by filament winding method obtained from low velocity impact tests and the results obtained from numerical modelling.

Benzer Tezler

  1. Karbon elyaf takviyeli filaman sarım kompozit boruların düşük hızlı darbe cevabının incelenmesi

    Investigation of low velocity impact response of carbon fiber rainforced filament winding composite pipes

    OZAN KEKÜÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LOKMAN GEMİ

    DOÇ. DR. ŞAKİR YAZMAN

  2. Darbe hasarlı filaman sargılı kompozit yapı elemanlarının basma kuvveti altındaki mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve hasar analizi

    Determination of the mechanical properties of filament wound composite structural elements under compressive force with impact damage and damage analysis

    ZEYNEP KÜBRA GÜVEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat MühendisliğiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH MADENCİ

    DOÇ. DR. LOKMAN GEMİ

  3. Experimental investigation for mechanical properties of filament-wound composite tubes

    Filaman sarım yöntemi ile üretilmiş kompozit boruların mekanik özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi

    EMRAH SALİH ERDİLLER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVEND PARNAS

    DOÇ. DR. CEVDET KAYNAK

  4. Karbon nanotüp ve bor nitrür nanodisk içeren filaman sarım karbon elyaf takviyeli nanokompozit boruların yorulma davranışı

    Fatigue behavior of filament wound carbon fiber reinforced nanocomposite pipes containing carbon nanotube and boron nitride nanodisk

    TUGAY ÜSTÜN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET AVCI

    YRD. DOÇ. DR. VOLKAN ESKİZEYBEK

  5. Computational design of composite tubes and pressure vessels

    Kompozit boruların ve basınçlı kapların hesaplamalı yöntemle tasarımı

    K. AYŞE İLHAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2001

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LEVEND PARNAS

    PROF. DR. ÖMER GÜNDÜZ BİLİR