Grafen nanopartikül ve karbon nanotüp modifiyeli stf katkılı sandviç kompozitlerin mekanik ve modal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical and modal properties of sandwich composites reinforced with stf containing graphene nanoparticles and carbon nanotubes
- Tez No: 958843
- Danışmanlar: PROF. DR. HAMİT AKBULUT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Amaç: Bu çalışmada, non-newtonian özellik gösteren kayma ile kalınlaşan akışkan (Shear thickening fluid-STF) yapısının, sandviç kompozit yapıların çekirdek yapısına katılarak, bu yapıların mekanik ve dinamik davranışları üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca, STF'nin grafen nanopartikül (GNP) ve karbon nanotüp (CNT) ile modifiye edilerek malzeme performansında sağlayabileceği iyileştirmeler deneysel olarak incelenmiştir. Yöntem: Sandviç kompozitler, çekirdek yapı, dolgu malzemesi ve yüzey plakalarından oluşacak şekilde tasarlanmıştır. Bal peteği geometrisine sahip çekirdek yapılar, fused deposition modeling (FDM) yöntemi ile 3B yazıcıda PLA+ filament kullanılarak üretilmiştir. Yüzey plakaları ise aramid elyaf takviyeli epoksi matristen oluşmakta olup vakum destekli reçine transferi ile kalıplama (VARTM) yöntemiyle imal edilmiştir. STF akışkanına ağırlıkça %1 oranında grafen nano partikül (GNP) ve karbon nano tüp (CNT) eklenerek üç farklı akışkan hazırlanmış ve bu akışkanlar çekirdek yapıya doldurulmuştur. Hazırlanan numuneler, ASTM standartlarına göre titreşim, 3-nokta eğme ve düşük hızlı darbe testlerine tabi tutulmuştur. Bulgular: Modal analizler sonucunda, STF içeren sandviç kompozitlerin kontrol numunelerine kıyasla ankastre-serbest sınır şartlarında %91 ve serbest-serbest sınır şartlarında %52 oranında daha yüksek sönümleme kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Üç nokta eğme testlerinde, çekirdek yapısı dolu olan numunelerde, çekirdek kayma gerilmesi ve yüzey plaka gerilmelerinde yaklaşık %60'a varan azalma tespit edilmiştir. Ancak STF ve modifikasyonlarının, epoksi bazlı ara yüzey yapıştırıcısı ile olan etkileşimlerinin zayıf olması sebebiyle yapışma performansında düşüşler gözlemlenmiştir. Düşük hızlı darbe testlerinde, 50J enerji seviyesinde STF takviyeli numunelerde, kontrol numunesine kıyasla maksimum kuvvette %10,22 ve enerji absorpsiyonunda %22,98 oranında artış elde edilmiştir. Sonuç: STF yapısının etkisi, numunelerde darbe enerjisi absorpsiyonu ve temas süresinde belirgin artışlar sağlamıştır. Ayrıca, numunelerin sönümleme kapasitesini önemli ölçüde artırmıştır. Fakat, STF akışkanı ve modifikasyonları, kompozit plakalar ile çekirdek yapılar arasındaki epoksi bazlı ara yüzey yapıştırıcılarını olumsuz etkilemiştir. Buna rağmen, elde edilen sonuçlar, STF'nin numunelerin modal ve mekanik performansını iyileştirdiğini ortaya koymaktadır. Bu sandviç yapının, çeşitli mühendislik uygulamalarına katkı sunacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Purpose: In this study, the aim is to investigate the effects of shear thickening fluid (STF), which exhibits non-Newtonian behavior, on the mechanical and dynamic behavior of sandwich composite structures when integrated into the core material. In addition, the potential improvements in material performance through the modification of STF with graphene nanoparticles (GNP) and carbon nanotubes (CNT) were experimentally examined. Method: Sandwich composites were designed to consist of core and face sheets. The core structures with honeycomb geometry were produced using PLA+ filament via fused deposition modeling (FDM) with a 3D printer. The face sheets were composed of aramid fiber-reinforced epoxy matrix and were manufactured using the vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) technique. Three different STF formulations were prepared by adding 1 wt% graphene nanoparticles (GNP) and carbon nanotubes (CNT) to the STF, and these fluids were filled into the core structures. The prepared specimens were subjected to vibration, three-point bending, and low-velocity impact tests in accordance with ASTM standards. Findings: Modal analysis results showed that STF-reinforced sandwich composites exhibited 91% higher damping capacity under clamped-free boundary conditions and 52% under free-free conditions compared to the control specimens. In three-point bending tests, specimens with solid core structures showed up to a 60% reduction in core shear stress and face sheet stress. However, due to the weak interaction between STF (and its modifications) and the epoxy-based interfacial adhesive, reductions in bonding performance were observed. In low-velocity impact tests, STF-reinforced specimens showed a 10.22% increase in maximum force and a 22.98% increase in energy absorption at the 50J energy level compared to the control specimens. Results: The STF structure demonstrated a significant improvement in impact energy absorption and contact duration in the specimens. Moreover, the damping capacity of the specimens was considerably enhanced. However, STF and its modifications adversely affected the epoxy-based interfacial bonding between the composite face sheets and the core structures. Nevertheless, the results reveal that STF improves the modal and mechanical performance of the sandwich composites. It is considered that this sandwich structure may contribute significantly to various engineering applications.
Benzer Tezler
- Elektrokimyasal hibrit afinite elektrotların geliştirilmesi ve genel tarama kiti olarak kullanılabilirliklerinin araştırılması
Development of electrochemical hybrid affinity electrodes and evaluation of their usability as general screening kits
TUNCA KARASU
- Aramid fiber takviyeli kompozitlerde nanopartikül takviyesinin mekanik ve balistik özelliklere etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effects of nanoparticle reinforcement on mechanical and ballistic properties of aramid fiber reinforced composites
SERKAN BATI
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK
- Ambalaj malzemelerinden gıdaya bulaşan ve gıda güvenilirliğini tehdit eden maddelerin elektrokimyasal yöntemle tespiti
Electrochemical detection of substances which diffuse from food packaging materials and threating the food safety
YEŞİM TUĞÇE YAMAN
- Pestisit tayini için elektrokimyasal nanosensörlerin hazırlanması ve uygulamaları
Fabrication of electrochemical nanosensors for determination of pesticides and applications
GÜLÇİN BOLAT
- Nöraminidaz ve hemaglutinin temelli elektro-nano diyagnostik platformlar: ınfluenza ve kanser tanısına yönelik model sistemlerin geliştirilmesi
Electro-nano diagnostic platforms based on neuraminidase and hemagglutin: development of model systems for diagnosis of influenza and cancer
YUDUM TEPELİ BÜYÜKSÜNETÇİ