Ön gerilmeli elyaf takviyeli kompozit malzemelerin deneysel ve teorik incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 1996
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: NEVZAT TARIM
Danışman: Mustafa Kurt
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İki veya daha fazla malzemenin uygun özelliklerini tek malzemede toplamak veya yeni bir özellik ortaya çıkarmak amacıyla makro düzeyde birleştirilmesi sonucu oluşturulan malzemeler " Kompozit Malzemeler " denir. Diğer bir ifade ile güçlendirici (partikül) veya fiber şeklinde bir malzeme ile bir matris yada bağlayıcı bir maddenin karışımıdır. Kompozit malzeme kullanılan belli başlı malzemelerden değişik performansı beklenmektedir. Her nekadar tüm kullanıcılar en yüksek performansı en hızlı bir üretimle ve en düşük maliyetle gerçekleştirmeyi arzulasalarda, bu üç faktörü aynı anda karşılamak hemen hemen imkansızdır, örneğin havacılık sanayii için öncelik, güvenlik açısından yüksek performans hem de maliyet önemlidir. Otomobil sanayii ise düşük maliyet ile hızlı bir üretime öncelik verilmektedir. Kompozitlerin bu denli ilgi çekmelerinin metal ve diğer malzemelere alternatif hale gelmelerinin en önemli nedeni aynı ağırlıktaki metallere oranla mukavemetlerinin çok daha fazla olmasıdır. Buna ek olarak kompozitlerin yeni tasarım esnekleri sunmaları korozyona karşı mükemmel özellikleri, aşınmaya karşı dirençleri ve düşük ısı geçirgenlikleri gibi nedenlerden dolayı büyük ilgi çekmektedir. Bakalitin (resin) bulunması, polyester, epoksi, polyamid, ve silikon gibi diğer resullerin geliştirilmesine yol açmıştır. Ancak bu malzemelerin çok kırılgan ve esnek olması onların tek başlarına kullanılmasını mümkün kılmamış, çeşitli dolgu maddeleriyle takviyesini gerektirmiştir. Yeni geliştirilen resullerin takviye yöntemiyle arzulanan özellikleri haiz kılmak II. Dünya Savaşı ve sonrası önemli bir araştırma konusu olmuş bu konuda pek çok deney ve uygulama yapılmıştır. Bu araştırma ve geliştirme çalışmaları cam fiberin geliştirilmesine ve bu polyesterle birlikte kompozitin malzeme haline getirilmesine yol açmıştır. Cam fiber/polyester matrisli bu kompozitin çeşitli uçaklarda balpeteği ile sandiviç yapı formunda kullanılmış ve sonuçlar arzulanan doğrultuda olmuştur. Savaş sonrası polyesterlerin yerine epoksilerin almasına karşın cam fiberler günümüzde de mekanik özellikleri ve maliyet avantajları ile pazarda önemli yer tutmaktadır. Kompozitler üzerine araştırmalar her zaman kimyacıların destek ve katkılarıyla yürütülmüştür, örneğin rijitliği yüksek malzemelerin atomik yapısı küçük sık ve kuvvetli bağ içeren katı elementlerden oluşmaktadır. Periyodik cetvel incelendiğinde bu özelliklere en yalan elementlerin Berilyum, Bor, Karbon, Nitrojen, Oksijen, Alüminyum, ve silikon olduğu görülür. Kullanılan malzemelerin mekanik özellik sınırlarını yükseltmesine karşın hala kullanılan malzemeler atomik kuvvetlerinin bir kaç mertebe azı mukvemete sahiptirler. Buna atomik düzendeki hatalar ve mikroskobik çatlaklar sebep olmaktadır. Yeni kompozit malzeme bileşenlerini bulmak kadar çatlak mekaniği ile malzeme özelliklerini artırmak da başlıca araştırma konularından biridir.Kompozit parça imalatı metodlarının geliştirilmesi, kompozit teknolojisi alanında uğraş verenlerin birinci hedefidir. Mekanik özellikler geliştirirken; ekonomik imalat yöntemleri araştırılmaktadır. Bu tezde imalat edilen parçalar elle yayma tekniği (ıslak metod) ile yapılmıştır. Vakum torbası hazırlama işlemi, parça imalatının en kritik işlemlerinden birisidir. Otoklavda pişirilmiş parçalar, basınçsız pişirilmiş parçalara nazaran daha kaliteli olup havacılık sanayiinde kompozit parça üretiminde hemen hemen vazgeçilmez bir ekipman durumuna gelmiştir. Bu çalışmada yüzey levhalı ve levhasız kompozit malzemeler Yeşilköy Türk Hava Yolları kompozit atölyelerinde üretilmiştir. Alüminyum yüzey levhalı cam elyaf takviyeli kompozit malzemenin darbe performansları araştırıldı. Çalışmalara kevlar, grafik ve cam elyaf takviyeli malzemeler üzerine balistik deney testleri gerçekleştirildi. Yüzey levhalı kompozit malzemeler yüksek rijitlik ve dayanım göstermektedir.Kompozit parçalar üzerindeki darbenin dinamik davranışları. Analitik metod ile izlenmiştir. Ayrıca parçalar tahribatsız muayenelerde kullanılan ultrosonik problarla test edildi. Analitik metodla bulunan ultrosonik porblarla yapılan deneylerin uygunluğu gözlendi. Son yıllarda özellikle uçak sanayiinde yaygın kullanım sahası bulan fiber takviyeli kompozit malzemeler birim ağırlık basma mukavemet yönünde önemli gelişmeler gösterdi ve aliminyum alaşımlarının yerini almaya başladı. Kompozit malzemelerin yaygın kullanımını engelleyen faktörlerin başında darbe mukavemetlerinin düşüklüğü gelmektedir. Gerek kompozit malzemeyi takviye etmek gerekse dış ortamdan korunmak için alaşımlardan yapılmış levhalar kompozit laminelere yapıştırılır. Bu kompozit malzemelerde paramid glass veya karbon elyaflar kullanılabilir. Darbeye uğramış bir kompozit levhadaki modları elyaf kopması, laminelerin ayrılması ve matris kırılması görülür. Elyaf kopması yüksek hızlı çarpmalarda, çarpan cismin kompozit malzemeyi delmesi şeklinde ortaya çıkmaktadır. Düşük hızlı daha çok hasar modlarından lamine ayrılması ve matris çatlaması şeklinde meydana gelmektedir. Çarpma deneyi yüzey levhalı kompozit malzeme için tekrarlanmış ve levhanın kompozit malzeme için rijit bir zemin oluşturduğu gözlenmiştir. Bir plaka etkisi yaptığı gerilmelerin daha geniş bir yüzeye yayılmasını sağlayacak ve dolayısıyla maxsimum gerilme düzeyini düşürecektir. Yüzey levhaları çarpma süresini bir miktar küçültmektedir. Kompozit tasarımcısının önünde en büyük zorluklardan birisi, kompozit malzemelerin izotropik özellik göstermemesidir. Yani metallerin aksine nihai parçanın sertlik, mukavemet, ısısal genleşme katsayısı gibi özellikleri parçanın her noktasında aynı değildir. Bu yüzden tasarıma parçaya hangi yönden ne kadar yük geleceğini ve parçanın hangi noktasında ne kadar gereksinim olduğunu çok iyi anlayıp fiberlerin yerleşim açılarına göre karar verebilmelidir. Bu amaçla geliştirilmiş bilgisayarlı modelleme teknikleri mevcuttur. Yapılan bir çok araştırma kuralım iki fazlı malzemenin elosto-plastik davranışların incelenmesi ve bu tip malzemelerin deformasyon davranışların " Sonlu elemanlar yöntemi " kullanılmaya başlanmıştır.Bu yöntemle elde edilen sonuçlar deneysel yollarla bulunan sonuçlar arasında yakınlık gözlenmiştir. 1. Bölümde kompozit malzemelerin tanımı, Mühendislik malzemeleri arasındaki yeri ve mekanik özellikleri anlatıldı.Kompozit malzemelerin avantaj ve dezavantajları verildi.Fiber takviyelerin üretim yöntemleri verildi.2. Bölümde, Fiber kompoziterin mekanik analizi anlatıldı.Fiberlerde Young Modülü, Poisson oranı,Kayma modülü hesaplanması anlatıldı.Kompozit malzemelerde matris ve fiberlerin davranışları incelenmesi verildi. 3. Bölümde, Polimer matrisli kompozitlerde kullanılan pekiştiriciler ve cam fiberlere uygulanan yüzey işlemleri anlatildı.Plastik matris kompozitlerin üretim tekniklerinden elle kalıplama, otoklavda torba kalıplaması, filaman sarma, profil çekme ve preste kalıplama anlatıldı. 4. Bölümde, kompozit parça imalatının hazırlanması, otoklavda kuring sertleştirme işlemi ve kompozit parçanın delme,kesme ve boyutlandırma işlemleri anlatıldı. Balistik koruyucu malzemeler ile ilgili teknik bilgiler verildi. Ayrıca hız ölçme sistemi hakkında bilgi verildi. Değişik ebatta mermi hızlan ölçüldü. Çarpışma esnasındaki plakanın esneme hızı ölçüldü. 5. Bölümde, Yüzey levhalı ve yüzey levhasız cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemelerin performansları incelendi.Kompozit malzemelerde meydana gelen darbenin sebep olduğu elyaf kopması, tabaka ayrışması ve matris çatlaması incelendi.Kompozit malzemelerin darbe testleri yapıldı.Balistik mukavemetin araştırılmasında plakalarada oluşturduğu iz çapı, iz derinliği, şişme yükseklikleri, iz alanaları ve hacmi enerji yutma oranlan verilmiş muhtelif kalınlıklardaki parçaların delinip delinmediğini ve mermi deformasyonunu hıza bağlı olarak veren porfil haritası ve balistik verim eğrileri elde edilmiştir. Ultrosonik test cihazı ile kompozit malzemelerin darbesiz hasar analizi yapıldı.