Geri Dön

Experimental investigation on the mechanical response of the impacted CFRP laminates and joints under different temperature conditions

Farklı sıcaklık koşullarında etkilenen CFRP laminatların ve derzlerin mekanik tepkisi üzerine deneysel araştırma

  1. Tez No: 899326
  2. Yazar: MAHSA SEYEDNOURANI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  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: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 96

Özet

Fiber takviyeli malzemeler kullanım ömürleri boyunca çeşitli hasar türlerine maruz kalmakta, bu da yükler altında hasar birikmesi nedeniyle mühendislik yapılarında yıkıcı arızalara yol açabilmektedir. Servis sıcaklığı hasar başlangıcını ve büyüme mekanizmalarını etkileyen çok önemli bir faktördür. Kompozit laminatların darbe tepkisi uygulanan enerjiye, yerleştirme konfigürasyonuna ve çalışma sıcaklığına göre değişir. Fiber takviyeli polimerlerde (FRP'ler) proses kaynaklı kusurlar, stres konsantrasyonları nedeniyle kırılma çekirdeklenmesine yol açar, yaşlanmayı hızlandırır ve hizmet ömrünü sınırlandırır. Kusurların etkisini anlama çabaları büyük ölçüde FRP'lerin mekanik performansına odaklanmış olsa da, yaşlanma performansı üzerindeki etkileri kapsamlı bir şekilde araştırılmamıştır. Kompozit malzemelerin darbe sonrası sıkıştırma (CAI) tepkisini anlamak, hasar büyüme dinamiklerini tahmin etmenin umut verici bir yoludur. Termografi ve akustik emisyon (AE) analizi gibi yapısal sağlık izleme teknikleri bu amaçla sıklıkla kullanılmaktadır. Bu konuların havacılık uygulamaları için önemi göz önüne alındığında, bu çalışma, -55°C kadar düşük çalışma sıcaklıklarının ve oda sıcaklığının (25°C), 1.4J ve 10J darbe enerji seviyelerine sahip termoset laminatların darbe tepkisi üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Tüm deneyler iki farklı yerleştirme konfigürasyonuna sahip termoset laminatlar üzerinde gerçekleştirildi: [±45°]4s ve [0/90°]4s. Ek olarak, iki farklı çalışma sıcaklığı altında laminatların CAI mukavemeti ve hasar büyüme mekanizması AE analizi kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar, düşük sıcaklık (LT) koşulları altında laminatların CAI tepkisinin artık basınç dayanımını arttırdığını ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, bu değişiklik doğrudan yük ve yatırma yönü ile ilgilidir, bu da LT koşulları altında hasar büyümesinde yatırma konfigürasyonunun önemini vurgulamaktadır. LT çalışma sıcaklığı altında açılı katlı karşılaştırıldığında önemlidir. Gerçek dünya uygulamalarında, çeşitli birleştirme mekanizmalarının füzyonunun yapısal bütünlük için çok önemli olduğu çoklu bağlı bağlantıların kritik rolü vurgulanmaktadır. Gerçek hayattaki senaryoları kopyalamak için çeşitli parametrelerin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi önemlidir çünkü bunlar mekanik performansı ve hasar mekanizmalarını derinden etkiler. Tezin bu kısmı, iki farklı konfigürasyonu inceleyerek çok cıvatalı bağlantıların deneysel analizine odaklanmaktadır: hibrit ve yalnızca karbon fiber epoksi yapıştırıcılarla cıvatalanmış. Enine darbe enerjisi (10J), çalışma sıcaklıkları (-55°C ve oda sıcaklığı) ve yapıştırılan parçaların istiflenme dizileri (çapraz kat ve açılı kat) dahil olmak üzere parametreler, yarı statik çekme testi yoluyla araştırılır. Hasar mekanizması ve arıza analizi için yerinde akustik emisyon ve mikroskopi analizinden yararlanılmıştır. Bulgular, bağlantıların mekanik performansının bağlantı tipine ve yapıştırılan parçaların istiflenme sıralarına bağlı olduğunu, açılı katlı laminatların hibritlere kıyasla yalnızca cıvatalı bağlantıların performansını arttırdığını ortaya koyuyor. Ayrıca, darbe ve düşük sıcaklığın (LT) birleşik etkisi özellikle çapraz katlı laminatlara sahip bağlantılarda belirgindir. Çalışma, bağlantı türü, istifleme sırası ve sıcaklık arasındaki sinerjinin, darbeden kaynaklanan hasarı potansiyel olarak azaltabileceğini öne sürüyor.

Özet (Çeviri)

During their service life, fiber-reinforced materials are exposed to various damage types, which can lead to catastrophic failure in engineering structures through damage accumulation under loads. The service temperature is a crucial factor affecting the damage initiation and growth mechanisms. The impact response of composite laminates varies according to the applied energy, lay-up configuration, and operating temperature. Process-induced defects in fiber-reinforced polymers (FRPs) lead to fracture nucleation due to stress concentrations, accelerating aging and limiting their service life. While efforts to understand the impact of defects have largely focused on the mechanical performance of FRPs, their impact on aging performance has not been extensively investigated. Understanding the compression after impact (CAI) response of composite materials is a promising way to predict damage growth dynamics. Structural health monitoring techniques such as thermography and acoustic emission (AE) analysis are frequently used for this purpose. Considering the importance of these issues for aerospace applications, this study investigates the effect of operating temperatures as low as -55°C and room temperature (25°C) on the impact response of thermoset laminates with impact energy levels of 1.4J and 10J. All experiments were conducted on thermoset laminates with two different lay-up configurations: [±45°]4s and [0/90°]4s. Additionally, the CAI strength and damage growth mechanism of laminates under two different operating temperatures were investigated using AE analysis. The results reveal that the CAI response of laminates under low-temperature (LT) conditions increases the compressive residual strength. However, this change is directly related to the load and lay-up direction, highlighting the importance of lay-up configuration in the damage growth under LT conditions. The alternation in damage growth mechanism of angle-ply laminates under LT operating temperature is significant compared to cross-ply laminates. In real-world applications, the critical role of multi-bonded joints, where the fusion of diverse joining mechanisms is pivotal for structural integrity, is highlighted. To replicate real-life scenarios, a comprehensive consideration of various parameters is essential as they profoundly impact mechanical performance and damage mechanisms. This part of the thesis focuses on the experimental analysis of multi-bolted joints, examining two distinct configurations: hybrid and solely bolted with carbon fiber epoxy adherends. Parameters including transverse impact energy (10J), operating temperatures (-55°C and room temperature), and stacking sequences of adherends (cross-ply and angle-ply) are explored through quasi-static tensile testing. In-situ acoustic emission and microscopy analysis were utilized for damage mechanism and failure analysis. Findings reveal that the mechanical performance of joints depends on the joint type and the stacking sequences of adherends, with angle-ply laminates enhancing the performance of solely bolted joints compared to hybrids. Moreover, the combined effect of impact and low temperature (LT) is particularly pronounced in joints with cross-ply laminates. The study suggests that the synergy between joint type, stacking sequence, and temperature could potentially mitigate the damage induced by impact.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    418977

    Numerical and experimental investigation of crashing and crushing behaviour of axially impacted nested tubes

    Eksenel darbe yükü uygulanan içiçe tüplerin çarpışma ve ezilme davranışının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

    ZANA EREN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN

    YRD. DOÇ. DR. ZAFER KAZANCI

  2. Tez No

    868725

    Darbeli yüklemelere maruz hücre yapılı petek sandviç kompozitlerin mekanik davranışlarının incelenmesi

    Investigation of mechanical behavior of cell structured honeycomb sandwich composites exposed to impact loading

    POYRAZ BAŞARAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiEge Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ÖZDEN

  3. Tez No

    66623

    Küçük titreşim ölçümleri ve dolgu duvarlarının mekanik modele yansıtılması

    Başlık çevirisi yok

    UMUT DEVRİM ERSİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. H. FARUK KARADOĞAN

  4. Tez No

    354490

    A combined numerical-experimental investigation on micro-extrusion

    Mikro-ekstrüzyon işlemi üzerine deneysel-sayısal bir inceleme

    LEVENT MURAT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Makine MühendisliğiAtılım Üniversitesi

    Üretim Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. İZZET ÖZDEMİR

    YRD. DOÇ. DR. MERİH ŞENGÖNÜL

  5. Tez No

    899346

    Numerical and experimental investigation of mechanical properties of parts manufactured via carbon fiber reinforced material extrusion

    Karbon fiber ile güçlendirilmiş malzeme ekstrüzyon yöntemi ile üretilmiş parçaların mekanik özelliklerinin numerik ve deneysel olarak incelenmesi

    AKINCAN SÜRE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ULAŞ YAMAN

    PROF. DR. MEHMET ALİ SAHİR ARIKAN

Geri Dön