Investigation of delamination during drilling of glass fiber reinforced composite materials used in defense industry
Savunma sanayinde kullanılan cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerin delinmesi sırasında oluşan delaminasyonun incelenmesi
- Tez No: 946261
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ ALİ BİRCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Bu çalışma, kalın Cam Elyaf Takviyeli Polimer (CETP) kompozitlerde delme işlemi sırasında meydana gelen delaminasyon problemini ele almaktadır. Söz konusu yapısal kusur, hem mekanik bütünlüğü zayıflatmakta hem de üretim sürecinde malzeme kayıplarına yol açarak özellikle yüksek risk içeren uygulamalarda ciddi güvenlik tehditleri oluşturmaktadır. CETP kompozitlerin zırhlı kara ve deniz platformlarında, özellikle parçacık (spall) astarları gibi balistik koruma bileşenlerinde yaygın olarak kullanılması nedeniyle, bu problem savunma sanayi açısından kritik öneme sahiptir. Delaminasyon, bu tür uygulamalarda darbe dayanımını ve parça bütünlüğünü olumsuz etkileyerek mürettebatın hayatta kalma olasılığını doğrudan tehlikeye atmaktadır. Literatürdeki mevcut çalışmaların büyük bölümü ince laminatlara ve geleneksel kesme hızlarına odaklanmakta olup, sanayi sektörlerinin ihtiyaç duyduğu yüksek performans ve güvenilirlik kriterleri doğrultusunda daha kalın kompozit malzemelerin yüksek hızlarda işlenmesine yönelik analizler sınırlı kalmaktadır. Bu çalışma kapsamında, 10 mm kalınlığındaki laminatlar üzerinde kesme hızı (500–7500 Rpm), ilerleme hızı (200–460 µm/dev) ve matkap çapı (6, 8, 10 mm) parametrelerinin soyulma (peel-up) ve itme çıkışı (push-out) delaminasyonu üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel veriler Taguchi yöntemi ile değerlendirilerek, delaminasyonu asgari düzeye indiren optimal işleme parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, kesme hızının delaminasyon üzerindeki etkinin yüksek olduğu ve yüksek kesme hızlarının termal hasarı ve itme kuvvetlerini azalttığını göstermektedir. Düşük ilerleme hızları katmanlar arası ayrılmayı sınırlarken, daha büyük matkap çaplarının yük dağılımı ve talaş tahliyesinde sağladığı avantajlar sayesinde, 6 mm çapındaki matkaplara kıyasla itme çıkışı delaminasyonunu oranında azalttığı saptanmıştır. Belirlenen optimal parametrelerin uygulanması sonucunda delaminasyon çok yüksek bir oranında, üretim fire oranları ise anlamlı ölçüde düşürülmüştür. Bu sonuçlar, savunma sanayi uygulamaları açısından değerlendirildiğinde, parçacık astarlarının balistik dayanımını artırmakta, deniz ortamlarında korozyon direncinin uzamasına katkı sağlamakta ve patlama kaynaklı yükler altında daha güvenilir bir yapısal performans sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study addresses the critical challenge of drilling-induced delamination in thick Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) composites, a defect that compromises structural integrity, increases manufacturing waste, and poses significant risks in critical applications. The study holds particular importance for defense systems, where GFRP composites are extensively employed in ballistic protection components such as spall liners for armored vehicles and naval vessels. Delamination in these applications directly weakens crew survivability by reducing impact resistance and fragment containment capabilities. While existing studies focus on thin laminates and conventional cutting speeds, industrial and defense demands increasingly require high-speed machining of thicker composites to meet stringent performance and reliability standards. This work investigates the effects of cutting speed (500–7500 Rpm), feed rate (200–460 µm/rev), and drill diameter (6, 8, 10 mm) on peel-up and push-out delamination in 10 mm-thick GFRP laminates. Using the Taguchi method, optimal parameters to minimize delamination were identified. Results demonstrate that cutting speed dominates delamination effect, with higher speeds reducing thermal degradation and thrust forces. Lower feed rates mitigate interlaminar separation, while larger drill diameters reduce push-out damage compared to 6 mm tools. Optimal parameters reduce delamination and production reject rates. The study bridges theoretical and industrial gaps, advancing sustainable manufacturing through reduced material waste and enabling precision machining for aerospace, marine, and defense industry.
Benzer Tezler
- Eğri yüzeyli cam elyaf takviyeli polimer kompozitlerin delinmesinde delme performansının araştırılması
Investigation of drilling performance of curved surface glass fiber reinforced polymer composites
SERKAN YASAKCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN BAHÇE
- Kriyojenik ısıl işlem uygulanmış özel tasarlanmış matkap uçları ile fiber takviyeli cam-epoksi kompozitin delme performansı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of drilling performance and mechanical properties of fiber reinforced glass-epoxy composite with cryogenically treated special design drill bits
MEHMET ŞÜKRÜ ADİN
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN İŞCAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEHMUS BADAY
- Cam elyaf takviyeli plastik malzemelerin çift yönlü delik delme işleminde delaminasyon faktörünün incelenmesi
Investigation of delamination factor in bi-directional drilling of glass fibre reinforced plastic materials
ERHAN KARATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ KOÇAR
- Nomex kompozit malzemelerin işlenebilirliğinin araştırılması
Investigation of machinability of nomex composite materials
FATİH ERGENÇİÇEĞİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET UYUMAZ
DOÇ. DR. GÜLTEKİN BASMACI
- Yüksek performanslı hibrit kompozitlerde delik delme işleminin deneysel ve analitik olarak incelenmesi
Experimental and analytical investigation of drilling in high performance hybrid composites
METE KAYIHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT KARAGÜZEL