Alüminyum ve EPS dolgulu sentetik köpükten oluşan tabakalı hibrit köpüklerin mekanik ve dinamik davranışlarının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of mechanical and dynamic behaviors of layered hybrid foams formed by aluminum and EPS filled syntactic foam
Yazar: KÜBRA ÇAĞLA ÇIBIKÇI
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YAMAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve  Dinamiği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Havacılık, otomotiv ve tüketim malları endüstrilerinde kompozit tabakalı yüzey elemanları olan sandviç yapılarda çekirdek dolgu elemanı olarak kullanılabilecek mukavemeti, darbe direnci ve enerji emilimi yüksek aynı zamanda hafif hibrit kompozit malzeme türü olan hibrit köpük malzeme tasarlayıp, üretip, analizlerini yapmak amaçlanmıştır. 
Yöntem: Çalışmada tabakalı hibrit köpüğü üretmek için, kapalı hücreli alüminyum köpük ve EPS dolgulu sentetik köpük kullanılmıştır. EPS dolgulu sentetik köpükler, genleştirilmiş polistiren (EPS) boncukların türleri değiştirilerek geleneksel kalıp döküm tekniği (CMCT) ile üretilmiştir. Bu yeni geliştirilen tabakalı hibrit köpüğü oluşturan kapalı hücreli alüminyum köpük ve EPS dolgulu sentetik köpüğün yapıları mikroskobik olarak incelenmiş, tabakalı hibrit köpüğün basma, titreşim ve eğilme davranışları deneysel ve nümerik olarak araştırılmış ve geleneksel tek köpük malzemelerle karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Yoğunluğu 0,469 g/cm3 ile 0,487 g/cm3 arasında olan EPS dolgulu sentetik köpüklerin ortalama basma dayanımları 5,91 MPa ile 7,77 MPa arasında değişmiştir. Kapalı hücreli alüminyum köpüğün ise doğrusal elastik bölgede gözlenen maksimum gerilim 5,34 MPa' dır. Tabakalı hibrit köpüklerin basma pik yükünde, alüminyum köpüğe kıyasla eksenel basma altında ~%130 varan artış gözlemlenmiştir. Tabakalı hibrit köpüklerin sönümleme oranı alüminyum köpüğe göre yaklaşık 2,5 kat artmıştır. Hibridizasyon eğilme parametrelerinin artmasına önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. Tabakalı hibrit köpükler, alüminyum köpüğe kıyasla gelişmiş bir eğilme davranışı göstermiştir. Alüminyum köpüğün EPS dolgulu sentetik köpükle hibritleştirilmesi, eğilme mukavemetinde yaklaşık %103' lük bir artışa sebep olmuştur.
Sonuç: Kapalı hücreli alüminyum köpük ve EPS dolgulu sentetik köpük ile üretilen tabakalı hibrit köpüklerin geleneksel tek köpük malzemelere kıyasla mekanik özelliğinde potansiyel bir artış gözlemlenmiştir. Analizlerin deneysel sonuçları ile nümerik sonuçları ise iyi bir uyum içindedir.
Anahtar Kelimeler: kapalı hücreli alüminyum köpük, EPS dolgulu sentetik köpük, tabakalı hibrit köpük, basma davranışı, titreşim özellikleri, eğilme davranışı

Abstract:
Purpose: It is aimed to design, produce, and analyze hybrid foam material, which is a lightweight hybrid composite material with high strength, impact resistance, and energy absorption, which can be used as a core filling element in sandwich structures with composite layered surface elements in the aerospace, automotive and consumer goods industries.
Method: In the study, closed-cell aluminum foam and EPS-filled syntactic foam were used to produce layered hybrid foam. EPS-filled syntactic foams are produced by the conventional molding casting technique (CMCT) by changing the types of expanded polystyrene (EPS) beads. The structures of the closed-cell aluminum foam and EPS-filled syntactic foam forming this newly developed layered hybrid foam were investigated microscopically, and compressive, vibration, and bending properties of the layered hybrid foam were investigated experimentally and numerically, and compared with.
Findings: The average compressive strength of EPS-filled syntactic foam with a density of 0.469 g/cm3 and 0.487 g/cm3 varied between 5.91 MPa and 7.77 MPa. The maximum stress observed in the linear elastic region of closed-cell aluminum foam is 5.34 MPa. An increase of approximately 130% in the compressive peak load of layered hybrid foams under axial compression was observed compared to closed-cell aluminum foam. The damping rate of layered hybrid foam increased approximately 2.5 times compared to closed-cell aluminum foam. Hybridization contributed significantly to the increase of bending parameters. The layered hybrid foams showed an improved flexural behavior compared to the closed-cell aluminum foam. The hybridization of closed-cell aluminum foam with EPS-filled syntactic foam resulted in an approximately 103% increase in bending strength.
Results: A potential increase in the mechanical properties of the layered hybrid foam produced with closed-cell aluminum foam and EPS-filled syntactic foam was observed compared to conventional single-foamed materials. The experimental results and numerical results of the analyses are in good agreement.
Keywords: closed-cell aluminum foam, EPS-filled syntactic foam, layered hybrid foam, compressive behavior, vibration properties, bending behavior