Geri Dön

Multifaceted characterization and optimization of aerospace grade thermoplastic composites joints: Advances in surface treatments, mechanical performance, and environmental resilience

Havacilik ve uzay sinifi termoplastik kompozit bağlantilarin çok yönlü karakterizasyonu ve optimizasyonu: Yüzey işlemleri, mekanik performans ve çevresel koşullarda dayaniklilik alanindaki gelişmeler

  1. Tez No: 898788
  2. Yazar: CEREN YILDIRIM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET YILDIZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 150

Özet

Bu tez, havacılık ve uzay kompozit yapıları için karbon fiber takviyeli polieter-keton-keton (CF/PEKK) kompozit laminatların ve CF/PEKK yapıştırma bağlantılarının mekanik performansını artırmak için tasarlanmış yeni üretim süreçlerine yönelik birbiriyle bağlantılı ve tamamlayıcı dört araştırmadan oluşmaktadır. İlk çalışmada, hem yerinde hem de otoklavda konsolide edilen CF/PEKK laminatlar otomatik fiber yerleştirme (AFP) kullanılarak üretilmiş ve daha sonra mikroyapısal ve termal özellikleri incelenmiştir. Otoklavda konsolide edilen CF/PEKK laminatlar mekanik olarak karakterize edilmiş ve çekme yükleme koşulları altında hasar davranışları incelenmiştir. Akustik emisyon (AE), dijital görüntü korelasyonu (DIC) ve kızılötesi termografi (IRT) dahil olmak üzere çok enstrümanlı yapısal sağlık izleme (SHM) yaklaşımı kullanan bu çalışma, yüksek performanslı termoplastik kompozitlerde (TPC'ler) hasar mekanizmaları ve hasar gelişimi hakkında fikir vermektedir. Sonuçlar, CF/PEKK kompozit yapıların kalan faydalı ömrünü tahmin etmek için değerli bir parametre olan TPC'ler için uygun hasar şiddeti endeksinin belirlenmesine yardımcı olabilir. Mikroyapısal, termal ve mekanik özelliklerin yanı sıra CF/PEKK'nin yapıştırılan malzeme olarak hasar mekanizmaları hakkında kapsamlı bir anlayış geliştirdikten sonra, ikinci çalışma atmosferik plazma aktivasyonunun (APA) yapıştırılan yüzeyler üzerindeki etkinliğini göstermekte ve yapıştırma bağlantıların (ABJ'ler) mekanik davranışını işlem görmemiş (NT), soyma kumaşlı (PP) ve mekanik aşındırılmış (MA) yüzeylerle karşılaştırmaktadır. Çekme ve eğilme yükleri altında tek bindirmeli bağlantıların (SLJ'ler) mekanik performans değerlendirmeleri, APA uygulanmış bağlantıların kesme ve eğilme mukavemetinde kayda değer bir artışla birlikte üstün yük taşıma kapasiteleri sergilediğini ortaya koymaktadır. Kırılma sonrası yüzey analizleri ve yerinde AE izleme, gelişmiş arayüz etkileşimlerini ve APA uygulanmış bağlantılarda kohezif hasara doğru bir geçişi doğrulamaktadır. Üçüncü çalışma, yüzey işlemlerinin CF/PEKK yapıştırma bağlantılarının Mod-I ve Mod-II kırılma tokluğu üzerindeki etkisini değerlendirmekte ve APA işlemi ile önemli performans iyileşmeleri göstermektedir. Elde edilen bulgular, APA uygulanmış numuneler için kırılma tokluğu değerlerinde önemli iyileşmeler olduğunu ve AE analizlerinin daha yavaş delaminasyon ilerlemesi ve kohezif kırılma oluşumu ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Son olarak, yapıştırma bağlantıları üzerine yapılan araştırma, çevresel koşulların (yani oda sıcaklığı (RT), yüksek sıcaklık (HT), düşük sıcaklık (LT) ve döngüsel higrotermal (CHT) koşullar) CF/PEKK yapıştırma bağlantılarının mekanik ve termomekanik performansları, dayanıklılığı ve güvenilirliği üzerindeki etkisi araştırılarak daha da genişletilmiştir. Bu yaklaşım, çeşitli hizmet koşullarını simüle ederek gerçek havacılık uygulamalarında havacılık sınıfı kompozit yapıların performansının daha iyi anlaşılmasını sağlar. Sonuçlar, çevresel koşulların kırılma tokluğunu ve dinamik-mekanik davranışları önemli ölçüde değiştirdiğini göstermekte, böylece havacılık ve uzay yapısal tasarımında çevresel faktörlerin dikkate alınmasının önemini vurgulamaktadır.

Özet (Çeviri)

This thesis is composed of four interconnected and complementary investigations into novel manufacturing processes designed to enhance the mechanical performance of carbon fiber-reinforced polyether-ketone-ketone (CF/PEKK) composite laminates and adhesively bonded CF/PEKK joints for aerospace composite structures. The first study, CF/PEKK laminates consolidated both in-situ and in an autoclave are produced by using automated fiber placement (AFP) and then investigated microstructural and thermal properties. Autoclave-consolidated CF/PEKK laminates are mechanically characterized and examined their damage behavior under tensile loading conditions. Using a multi-instrument structural health monitoring (SHM) approach, including acoustic emission (AE), digital image correlation (DIC), and infrared thermography (IRT), this study provides insights into failure mechanisms and damage progression in high-performance thermoplastic composites (TPCs). The results can help identify the appropriate damage severity index for TPCs, a valuable parameter for estimating the remaining useful life of CF/PEKK composite structures. After developing a comprehensive understanding of microstructural, thermal, and mechanical properties, as well as the failure mechanisms of CF/PEKK as an adherend, the second study demonstrates the effectiveness of atmospheric plasma activation (APA) on adherend surfaces and compares the mechanical behavior of adhesively bonded joints (ABJs) with those on non-treated (NT), peel-ply (PP), and mechanical abrasion (MA) surfaces. Mechanical performance assessments of single lap-joints (SLJs) under tensile and flexural loadings reveal that APA-treated joints exhibit superior load-carrying capacities, with a notable increase in shear and flexural strength. Post-fracture surface analyses and in-situ AE monitoring confirm enhanced interface interactions and a shift towards cohesive failure in APA-treated joints. The third study assesses the impact of surface treatments on Mode-I and Mode-II fracture toughness of adhesively bonded CF/PEKK joints, showing significant performance enhancements with APA treatment. The findings indicate substantial improvements in fracture toughness values for APA-treated samples, with AE analyses correlating with slower delamination and occurrence of cohesive failure. Lastly, the research on adhesively bonded joints is further extended by investigating the influence of environmental conditions (i.e., room temperature (RT), high temperature (HT), low temperature (LT), and cycling hygrothermal (CHT) conditions) on the mechanical and thermomechanical performances, durability, and reliability of adhesively bonded CF/PEKK joints. This approach enables a better understanding of the performance of aerospace-grade composite structures in real-world aerospace applications by simulating various service conditions. The results indicate that environmental conditions significantly alter fracture toughness and dynamic-mechanical behaviors, thus highlighting the importance of considering environmental factors in aerospace structural design.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    869888

    Bir insansız hava aracına ait kompozit kanadın tasarımı ve yapısal optimizasyonu

    Design and structural optimisation of an UAV composite wing

    MUHAMMED ATIF YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ

  2. Tez No

    597046

    Die intellektuelle physiognomie der künstlerischen gestalten und besonderheit des kunstwerkes in der literaturkunst. Eine vergleichende analyse. Dargestellt an den ausgewählten romanen Von Herta Müller und Orhan Pamuk

    Yazın sanatında sanatsal figürlerin entelektüel fizyonomisi ve sanat eserinin tikelliği. Herta Müller ve Orhan Pamuk bağlamında karşılaştırmalı bir değerlendirme

    MÜGE ARSLAN KARABULUT

    Doktora

    Almanca

    Almanca

    2019

    Alman Dili ve EdebiyatıHacettepe Üniversitesi

    Alman Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ONUR BİLGE KULA

  3. Tez No

    610682

    Toni Morrison'ın seçki romanlarında tema ve niteleme

    Themes and characterization: A study of Toni Morrison's selected novels

    KHALID AHMED FARAJ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    İngiliz Dili ve EdebiyatıSüleyman Demirel Üniversitesi

    Batı Dilleri ve Edebiyatları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER ŞEKERCİ

  4. Tez No

    881903

    Scale dependence in mechanical behavior of silicon nanowires

    Silikon nanotellerde mekanik davranışın ölçek bağımlılığı

    SINA ZARE PAKZAD

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA

  5. Tez No

    372520

    Dikey karbon nanotüp üretimi ve çeşitli uygulamalar için yüzey özelliklerinin incelenmesi

    Synthesis of vertically aligned carbon nanotubes and investigation of their surface properties for different applications

    ZEYNEP DALKILIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ

Geri Dön