Tek fazlı ve çok fazlı kayma ile kalınlaşan akışkan emprenye edilmiş aramid fiber kompozit yapıların düşük hızlı darbe ve batma yükleri altındaki davranışlarının incelenmesi
Investigation of the behavior of single-phase and multi-phase shear-thickening fluid-impregnated aramid fiber composite structures under low-speed impact and puncture loads
- Tez No: 921600
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT AYDIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Sivil Havacılık, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering, Civil Aviation
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
2000'li yılların başında kayma ile kalınlaşan akışkanların, hafif zırh sistemlerinin geliştirilmesinde kullanılabilirliği ile ilgili yapılan ilk çalışmalar, zırhların darbe direncinin geliştirilmesine farklı bir yön vermiştir. Kayma ile kalınlaşan akışkanlar (KKA), uygulanan kayma gerilmesi ile viskoziteleri artan, Newtonyan olmayan (non-Newtonian) koloidal dispersiyonlardır. Kayma oranı arttığında, akışkanın viskozitesinde belirgin ve süreksiz bir artış meydana gelirken, uygulanan kayma gerilmesi ortadan kalktığında akışkanın viskozitesi tekrar azalmakta ve ilk haline geri dönmektedir. Bu akışkanların hafif zırh tasarımında kullanılmasının altında yatan temel gerekçe, akışkanın kuvvet altında sertleşen spesifik özelliğinden faydalanarak olası bir darbeyi kısmen sönümleyebilmektir. Bu tez çalışmasında silika ve polietilen glikol ile sentezlenen kayma ile kalınlaşan akışkanlar, aramid kumaşa emprenye edilerek kompozit numuneler üretilmiş ve düşük hızlı darbe ile yarı-statik delme testlerine tabi tutulmuştur. Öncelikle akışkan içerisindeki silika artış oranının etkisi test edilmiştir. Ardından, KKA içerisine ağırlıkça %5, 10 ve 20 oranlarında bor karbür takviye edilerek, bor karbür takviye oranının etkisi araştırılmıştır. Son olarak, bor karbür parçacık boyutunun etkisini ortaya koymak için farklı parçacık boyutlarında üç farklı bor karbür, %10 ve \%20 oranlarında kayma ile kalınlaşan akışkana takviye edilmiş ve düşük hızlı darbe ile yarı-statik kesilme direnci test edilmiştir. Yapılan testler kayma ile kalınlaşan akışkan içerisindeki silika oranının, KKA/fiber kompozitinin düşük hızlı darbe ve yarı-statik delme direncinin gelişiminde belirleyici rol oynadığını ortaya koymuştur. Silika artışı ile KKA emprenye edilmiş numunelerin dinamik darbe ve yarı-statik delinme direnci önemli derecede artış göstermiştir. Bor karbür takviyesi, dinamik darbe testlerinde kritik bir katkı oranına kadar kompozitin direncinde artış sağlarken, kritik değerin üzerinde bor karbür atışı direncin hafif azalmasına neden olmuştur. Söz konusu kritik bor karbür oranı %10 olarak belirlenmiştir. Yarı-statik testlerde ise bor karbür artış oranı ile direnç az da olsa artış göstermiştir ve bu testlerde herhangi kritik bir bor karbür oranı gözlemlenmemiştir. Bor karbür parçacık boyutu artışı, düşük hızlı darbe direncinde çarpıcı bir iyileşme sağlarken, yarı-statik testlerde delinme direncinde kayda değer bir artış sağlayamamıştır. Bu farklılık dinamik darbe ve yarı-statik test mekanizmaları ve bu testlerde kullanılan tehditlerin farklı olmasına atfedilmiştir. Dinamik darbe testlerinde numuneye yarı-küresel uçlu bir tehdit ile ani kuvvet uygulanması, KKA'nın kalınlaşma mekanizmasının ve parçacık sertliğinin darbe direncinde aktif rol almasını sağlamıştır. Ancak yarı-statik testlerde numuneye doğru devamlı (ani olmayan) kuvvet uygulanması ve tehdit olarak sivri uçlu ve keskin kenarlı olan bir bıçak kullanılması, yarı-statik testlerde KKA'nın kalınlaşma mekanizması ve parçacık sertliğinin dirence katkısını sınırlandırmıştır.
Özet (Çeviri)
The initial studies undertaken in the early 2000s about the applicability of shear-thickening fluids in the advancement of soft armor systems provided a new approach to enhancing the impact resistance of armor. Shear-thickening fluids (STFs) are colloidal dispersions that display non-Newtonian behavior, indicating an increase in viscosity upon the application of shear force. As the shear rate increases, there is a notable and abrupt rise in the viscosity of the fluid. However, when the applied shear stress is removed, the viscosity of the fluid reduces once more and reverts back to its original state. The primary motivation for using these fluids in soft armor design is to take advantage of their capacity to thicken under force and provide some impact damping. This thesis work involved the production of composite targets by impregnating shear-thickening fluids, which were created using silica and polyethylene glycol, into aramid fabric. These targets were then subjected to low-speed impact and quasi-static puncturing tests. The effect of the silica increase rate in the fluid was initially tested. Subsequently, boron carbide was added to the STF in proportions of 5%, 10%, and 20%, and the impact of the boron carbide reinforcement ratio was examined. Ultimately, in order to demonstrate the effects of varying particle sizes of boron carbide, three distinct boron carbides with varied particle sizes were incorporated into the shear-thickening fluid at rates of 10\% and 20\%. Subsequently, low-speed impact and quasi-static puncture resistance tests were conducted. The conducted experiments showed that the silica ratio in the shear-thickening fluid significantly influenced the low-speed impact and quasi-static puncture resistance of the STF/fabric composite. It was found that adding silica to STF-impregnated targets made them much more resistant to both impact and quasi-static knife deformation. Adding boron carbide to the composite boosted its resistance in low-speed impact testing up to a certain contribution rate. However, adding more boron carbide beyond this critical value actually decreased the resistance. The precise boron carbide ratio in question was determined to be 10\%. During quasi-static tests, the resistance exhibited a modest rise as the boron carbide rate rose. Therefore, quasi-static testing did not reveal any significant boron carbide ratio. Although increasing the size of boron carbide particles resulted in a remarkable enhancement in low-speed impact resistance, it did not lead to a substantial improvement in puncture resistance during quasi-static tests. The variation in results can be related to the distinct low-speed impact and quasi-static test procedures, as well as the diverse threats employed during these tests. During impact tests, the application of impact force to the target using a blunt-ended threat allowed the thickening mechanism and particle hardness of the STF to actively contribute to its impact resistance. Nevertheless, in quasi-static testing, the utilization of a pointed and sharp-edged knife as a threat, along with the application of a continuous (non-sudden) force towards the target, restricted the involvement of the thickening mechanism and particle hardness in the resistance.
Benzer Tezler
- Grafen köpük / SiO2 katkılı şok emici nanokompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of graphene foam / Sio2 based shock absorbing nanocomposite
ÇAĞLAR ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mühendislik Bilimleriİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FETHULLAH GÜNEŞ
- Spark plazma sinterleme sisteminde transparan Y2O3 üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of transparent Y2O3 via spark plasma sintering
ESİN KORKMAZ
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ÇINAR ŞAHİN
- The role of oxidative stress factors in the pathophysiology of Ocular Rosacea, analysis of tears and other materials
Oküler Rosacea patofizyolojisinde oksidatif stres faktörlerinin rolü, gözyaşı ve diğer materyallerin analizi
NİLÜFER YEŞİLIRMAK
Doktora
İngilizce
2023
BiyokimyaGazi ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESLİHAN BUKAN
PROF. DR. JEAN-LOUIS BOURGES
- Türk ceza hukukunda koşullu salıverilme
La libération conditionnelle en Droit Pénal Turc
FURKAN ALİ ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
HukukGalatasaray ÜniversitesiKamu Hukuku Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE EYLEM AKSOY RETORNAZ
- Tek fazlı ve çok fazlı akıllı akışkan emprenye edilmiş aramid, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen ve hibrit kompozit yapıların balistik performansının incelenmesi
Investigation of the ballistic performance of single-phase and multi-phase smart fluid impregnated aramid, ultra high molecular weight polyethylene and hybrid composite structures
KADİR MÜNİR ERCÜMEN
Doktora
Türkçe
2024
Sivil HavacılıkErciyes ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT AYDIN