Design of thermoplastic composite manufacturing with automated fiber placement towards in-situ consolidation
Otomatik elyaf yerleştirme ile yerinde konsolidasyona yönelik termoplastik kompozit üretiminin tasarımı
- Tez No: 930974
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI, PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Havacılık sektöründe hafif ve yüksek performanslı malzemelere olan artan talep, termoplastik kompozitlerin ileri üretim tekniklerinin gelişimini tetiklemiştir. Bu tez, yerinde konsolidasyon vurgusuyla Otomatik Elyaf Yerleştirme (AFP) kullanılarak termoplastik kompozit üretiminin tasarımı ve optimizasyonuna odaklanmaktadır. AFP süreciyle ilgili sıcaklık dağılımı, yüzey teması derecesi, tabakalar arası bağlanma ve çok ölçekli geçirgenlik gibi zorlukları ele almak için sistematik bir yaklaşım benimsenmiştir. Araştırmada, karbon fiber/polieterketonketon (CF/PEKK) kompozitlerinin termal ve mekanik performansını değerlendirmek ve geliştirmek amacıyla deneysel ve sayısal yöntemlerin bir kombinasyonu kullanılmaktadır. Anahtar çalışmalar, serim sırasında sıcaklık geçmişlerini tahmin etmek için termal temas direncini içeren termal modellerin geliştirilmesini ve doğrulanmasını kapsamaktadır. Deneysel araştırmalar, fiber yönelimi ve serim hızının yüzey teması derecesi ve tabakalar arası bağlanma dayanımı üzerindeki etkilerini nicel olarak belirlemektedir. Bağlanma tahmin modelleri için yenilikçi düzeltme faktörleri, süreç sonuçlarının doğruluğunu artırmak amacıyla sunulmaktadır. Sonuçlar, optimize edilmiş termal ve mekanik koşulların bağlanma kalitesini önemli ölçüde artırdığını ve boşluk oluşumunu azalttığını ortaya koymaktadır. Darbe-boşalma ve mikro-bilgisayarlı tomografi yöntemleri kullanılarak yapılan çok ölçekli geçirgenlik analizi, süreç parametreleri ile mikro yapısal özellikler arasındaki ilişkiyi vurgulamaktadır. Bulgular, AFP süreç dinamiklerinin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunarak, yüksek performanslı termoplastik kompozitlerin sürdürülebilir ve verimli üretimi için yol açmaktadır. Çalışma, termoplastik kompozit üretiminde AFP'nin uygulanmasını daha da geliştirmek için süreç optimizasyonuna ve gelecekteki araştırma yollarına yönelik önerilerle sonlandırılmaktadır. Bu çalışma, ileri üretim tekniklerini malzeme bilimiyle entegre etmek için kapsamlı bir çerçeve sunarak endüstri gereksinimlerini karşılamaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing demand for lightweight, high-performance materials in the aerospace sector has driven the evolution of advanced manufacturing techniques for thermoplastic composites. This thesis focuses on the design and optimization of thermoplastic composite manufacturing using Automated Fiber Placement (AFP) with an emphasis on in-situ consolidation. A systematic approach is undertaken to address the challenges associated with the AFP process, including temperature distribution, degree of intimate contact, interlaminar bonding, and multi-scale permeability. The research employs a combination of experimental and numerical methods to evaluate and enhance the thermal and mechanical performance of carbon fiber/polyetherketoneketone (CF/PEKK) composites. Key studies include the development and validation of thermal models incorporating thermal contact resistance to predict temperature histories during layup. Experimental investigations quantify the effects of fiber orientation and layup speed on the degree of intimate contact and interlaminar bonding strength. Novel correction factors for bonding prediction models are introduced to improve the accuracy of process outcomes. Results reveal that optimized thermal and mechanical conditions significantly improve bonding quality and reduce void formation. Multi-scale permeability analysis using pulse-decay and micro-computed tomography methods highlights the interplay between process parameters and microstructural properties. The findings contribute to the broader understanding of AFP process dynamics, paving the way for sustainable, efficient manufacturing of high-performance thermoplastic composites. The study concludes with recommendations for process optimization and avenues for future research to further enhance the application of AFP in thermoplastic composite production. This work provides a comprehensive framework for integrating advanced manufacturing techniques with materials science to meet industry requirements.
Benzer Tezler
- 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
CEREN YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Material properties of thermoplastic matrix carbon fiber reinforced high performance composites using automated fiber placement
Termoplastik bazlı karbon fiber ile güçlendirilmiş ve otomatik fiber yerleştirme ile serilmiş kompozit malzemelerin malzeme özelliklerinin incelenmesi
HATİCE AKÇAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. MOHAMMADREZA NOFAR
- Co-consolidation of additively manufactured, patterned metal interfaces with thermoplastic composites using automated fiber placement
Eklemeli üretilmiş, paternli metal arayüzler ile termoplastik kompozitlerin otomatik fiber serme metoduyla birleştirilmesi
ÖZKAN OKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Fracture analysis of interleaved composites with resin-rich layers using mechanical testing, acoustic emission, and micro-visualization
Reçine zengin tabakalara sahip aralı kompozitlerin kırılma analizi: mekanik testler, akustik emisyon ve mikro-görselleştirme kullanılarak
SASAN KARIMI
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
- Yüksek performanslı termoplastik kompozitler için otomatik elyaf serim/sarım sistemleri ile profil üretim yöntemi geliştirilmesi
Development of profile production method with automatic fiber laying/winding systems for high performance thermoplastic composites
PINAR KARBUZ PIRIKOĞLU
Doktora
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELMA ÖZBEK
DR. MUSTAFA DOĞU