Experimental and finite element analysis of parameters for the improvement of mechanical properties of aluminum honeycomb sandwich composites
Alüminyum bal peteğinden imal edilmiş sandviç kompozitlerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik parametrelerin deneysel ve sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
- Tez No: 902120
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OKAN ÖZDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekanik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Bu tez, CFRP kompozitler, alüminyum bal peteği çekirdekli (AlHC) CFRP yüzey plakaları içeren sandviç yapılar ve farklı nanokil konsantrasyonları ile güçlendirilmiş Kevlar/epoksi kompozitlerin mekanik özellikleri, hasar mekanizmaları ve enerji emilim davranışlarının deneysel ve sayısal bir incelemesini sunmaktadır. Temel olarak 1.25 mm/dk yer değiştirme hızında yarı-statik delme kesme (QS-PS) testleri yapılmış, 12.5 mm/dk ve 25 mm/dk'da ek testler ile hız duyarlılığı değerlendirilmiştir. AlHC içeren CFRP kompozitler, 2654.8 N'lik maksimum kuvvet elde ederek üstün performans göstermiş ve FEM simülasyonları ile 2528.4 N değerine yakın bir şekilde tahmin edilmiştir. 1 wt.% nanokil içeren Kevlar/epoksi kompozitler, 1.25 mm/dk'da 2563.5 N ile en yüksek tepe kuvvetine ulaşmış, daha yüksek hızlarda bu değer 2448.1 N ve 2290.1 N'ye düşerek hız bağımlı bir davranış sergilemiştir. SEM analizi, nanokil takviyesinin fiber-matris bağını önemli ölçüde iyileştirdiğini, fiber çekilmesini azalttığını ve enerji emilimini artırdığını göstermiştir. %0.5 nanokil içeren varyant, mukavemet ve tokluk arasında en uygun dengeyi sağlamış ve %1 nanokil takviyesinde gözlemlenen kırılganlığı önlemiştir. FEM simülasyonları genel mekanik davranışı başarıyla tahmin etmiş, ancak özellikle nanokil takviyeli kompozitlerde zirve sonrası hasarı hafifçe düşük tahmin etmiştir. Bulgular, hem nanokil hem de AlHC çekirdeklerin kompozitlerin mekanik özelliklerini ve enerji emilimini artırmadaki faydalarını vurgulamaktadır. Bu çalışma, yüksek performanslı uygulamalar için malzeme optimizasyonunun önemini vurgulamakta olup, bu ileri kompozitleri havacılık ve otomotiv mühendisliğinde zorlu ortamlara uygun hale getirmektedir.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents an experimental and numerical investigation into the mechanical properties, failure mechanisms, and energy absorption of advanced composite materials, including CFRP composites, CFRP facesheets with aluminum honeycomb core (AlHC) sandwich structures, and Kevlar/epoxy composites with varying nanoclay concentrations. Quasi-static punch shear (QS-PS) tests were conducted primarily at a displacement rate of 1.25 mm/min, with additional testing at 12.5 mm/min and 25 mm/min to assess rate sensitivity. CFRP/AlHC composites exhibited superior performance, achieving a peak force of 2654.8 N, which was closely predicted by FEM simulations at 2528.4 N. Kevlar/epoxy composites with 1 wt.% nanoclay exhibited the highest peak force of 2563.5 N at 1.25 mm/min, with a moderate decrease to 2448.1 N and 2290.1 N at higher rates, demonstrating strong rate-dependent behavior. SEM analysis revealed that nanoclay reinforcement significantly improved fiber-matrix bonding, reducing fiber pull-out and enhancing energy absorption. The 0.5 wt.% nanoclay variant provided the most favorable balance between strength and toughness, avoiding the brittleness observed at 1 wt.% reinforcement. FEM simulations successfully predicted overall mechanical behavior but slightly underestimated post-peak damage, particularly in composites with nanoclay reinforcement. The findings emphasize the benefits of incorporating both nanoclay and AlHC cores to enhance mechanical properties and energy absorption in composites. This study underlines the importance of material optimization for high-performance applications, making these advanced composites well-suited for demanding environments in aerospace and automotive engineering.
Benzer Tezler
- Ev tipi bir fırının düşme testinin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi
Modeling the drop test of household oven with finite element method
TOLGA ASA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ZEYNEP PARLAR
- Uçak kabuk panellerinde oluşan titreşim ve burkulmanın kısıtlandırılmış sönümleme katmanı kullanılarak incelenmesi ve optimizasyonu
Investigation and optimization of vibration and buckling in aircraft skin panels using constrained layer damping
MURAT ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDEM ACAR
- Design, analysis and verification of conventional and non-conventional cylindrical cfrp composite shell with optimized cutout under the effect of combined loading
Üzerinde kesitler olan geleneksel ve geleneksel olmayan silindirik karbon fiber kompozit polimer kabuğun bileşik yükleme altında tasarım, analiz ve doğrulanması
MANSUR ÇELEBİ
Doktora
İngilizce
2017
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. ZAFER GÜRDAL
- Tabakalı zemin ortamında inşa edilen dairesel temellerin sayısal analizi
Numerical analysis of circular foundations built on a layered soil
ÇAĞRI MURAT MERCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT SERT
- Theoretical and experimental analysis of a soft and miniature quadruped
Dört bacaklı ve yumuşak bir minyatür robotun kuramsal ve deneysel analizi
TAMER TAŞKIRAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN