Karbon elyaf takviyeli alüminyum plakalara (CARALL) grafen katkısının mekanik özelliklere etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of graphene addition to carbon fibre reinforced aluminium plates (CARALL) on mechanical properties
- Tez No: 923040
- Danışmanlar: PROF. DR. İLYAS UYGUR, DOÇ. DR. ERGÜN EKİCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 171
Özet
Özellikle havacılık alanında yüksek performanslı hafif uçak gereksinimi yeni üretim yöntemleri ile yenilikçi malzemelerin kullanımını zorunlu hale getirmiştir. Bu amaçla geliştirilen fiber metal laminat (FML) kompozitler, yüksek özgül dayanımları, olağanüstü enerji emme kapasiteleri ve mükemmel darbe dayanımı gibi benzersiz özellikleriyle ileri mühendislik uygulamalarında bir çözüm sunmaktadır. Havacılık, otomotiv ve savunma sanayii gibi yüksek performans gerektiren alanlarda FML'ler, hem metalin tokluk özelliklerini hem de kompozitlerin hafifliğini bir araya getirerek rakipsiz bir malzeme seçeneği oluşturur. CARALL (Karbon fiber takviyeli alüminyum laminat), karbon fiberin hafiflik ve yüksek mukavemet özelliklerini alüminyumun tokluğu ile birleştiren yeni nesil bir FML olup, havacılık sektörü gibi yüksek performans ve güvenlik gerektiren alanlarda önemli avantajlar sunmaktadır. Geleneksel kompozitlere kıyasla üstün darbe direnci ve enerji emilimi sağlamasının yanı sıra, yüksek yorulma dayanımı, düşük yoğunluk ve korozyon direnci gibi özellikleriyle dikkat çekmektedir. CARALL, düşük hızda darbeye maruz kalma potansiyelinin yüksek olduğu uçak yapılarında kalkış sırasında taş çarpması, servis sırasında ekipman düşmesi veya durağan halde cisim çarpması gibi durumlar yapısal risk oluşturur. Bu nedenle CARALL FML kompozitlerin düşük hızda darbe davranışı önemli bir konudur. Bu çalışmada nispeten FML ailesinin yeni üyesi olan CARALL FML kompozitlerde fiber yöneliminin ve Grafen Nano Partikül (GNP) katkısının etkisi deneysel ve sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Çalışmada CARALL malzemelerin çekme ve 3 nokta eğme testi ile mekanik özelliklerinin, yanı sıra farklı sıcaklıklarda (-40 °C, 23 °C ve 80 °C) ve farklı enerji seviyelerinde (23J, 33J ve 48J) düşük hızda darbe davranışına etkisi tahribatsız muayene yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca bunlara ek olarak CARALL malzemelerin ileride tasarım optimizasyonunda yol göstermek adına oda sıcaklığındaki düşük hızda darbe deneyleri deneysel ve sayısal koşullarda doğrulaması yapılmıştır. Çalışma sonucunda çekme ve 3 nokta eğme testleri fiber yöneliminin daha etkili olduğu GNP katkısının belirgin bir etkisi görülmemiştir. Düşük hızda darbe deneylerinde 0°-0° fiber yönelimli numunelerin hem hasar hem de maksimum tepe yükü açısından daha iyi sonuçlar sergilediği görülmüştür. Sıcaklığın düşük hızda darbe davranışında etkili olduğu görülmüştür. Deneysel ve sayısal sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The requirement for high performance lightweight aircraft, especially in the field of aviation, has necessitated the use of new production methods and innovative materials. Fibre metal laminate (FML) composites developed for this purpose offer a solution in advanced engineering applications with their unique properties such as high specific strength, extraordinary energy absorption capacity and excellent impact resistance. In areas requiring high performance such as aerospace, automotive and defence industries, FMLs combine both the toughness properties of metal and the light weight of composites, creating an unrivalled material option. CARALL (Carbon fibre reinforced aluminium laminate) is a new generation FML that combines the light weight and high strength properties of carbon fibre with the toughness of aluminium, offering significant advantages in areas that require high performance and safety, such as the aviation industry. It provides superior impact resistance and energy absorption compared to conventional composites, as well as high fatigue strength, low density and corrosion resistance. In aircraft structures where the potential for low-speed impact is high, situations such as stone impact during take-off, equipment drop during service or object impact at rest pose structural risks. Therefore, the low speed impact behaviour of CARALL FML composites is an important issue. In this study, the effect of fibre orientation and Graphene Nanoparticle (GNP) doping on CARALL FML composites, which are relatively new members of the FML family, were investigated by experimental and numerical methods. In the study, the mechanical properties of CARALL materials by tensile and 3-point bending tests, as well as the effect of low velocity impact behaviour at different temperatures (-40 °C, 23 °C and 80 °C) and different energy levels (23J, 33J and 48J) were investigated using non-destructive testing methods. In addition to these, low velocity impact tests at room temperature were verified experimentally and numerically in order to guide the design optimisation of CARALL materials in the future. As a result of the study, no significant effect of GNP additive was observed in tensile and 3-point bending tests where fibre orientation was more effective. In low speed impact tests, it was observed that the specimens with 0°-0° fibre orientation showed better results in terms of both damage and maximum peak load. Temperature was found to be effective on low speed impact behaviour. Experimental and numerical results were found to be compatible with each other.
Benzer Tezler
- Nanosilika katkılı ve kırpılmış bazalt elyaf takviyeli karbon/alüminyum bal peteği sandviç kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical proporties of nanosilica added and chopped basalt fiber reinforced carbon/aluminum honeycomb sandwich composites
ONUR DÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET TURAN DEMİRCİ
- Karbon elyaf takviyeli polimer kompozitlerin metal malzemelerle birleştirilmesi ve birleştirmede hasar analizi
Adhesive bonding of carbon fiber reinforced polymer composites with metal materials and failure analysis in joining
GİZEM CANDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Savunma ve Savunma TeknolojileriGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZÇATALBAŞ
- Development of aluminum honeycomb cored carbon fiber reinforced polymer composite based sandwich structures
Aluminyum bal peteği ara tabaka içeren karbon elyaf takviyeli polimer kompozit esaslı sandviç yapıların geliştirilmesi
MEHMET ZİYA OKUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Karbon elyaf takviyeli petek yapılı sandviç kompozitlerin mekanik özelliklerine çekirdek malzemenin türü ve kalınlığının etkisi
Effect of type and thickness of core material on mechanical properties of carbon fiber reinforced honeycomb sandwich composites
BURAK GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mühendislik BilimleriUludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RUKİYE ERTAN
- Design and optimization of variable stiffness composite structures modeled using Bézier curves
Bézier eğrileriyle modellenen değişken katılıklı kompozit yapıların tasarımı ve optimizasyonu
ONUR COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN