Tekstil kompozitlerinin sonlu elemanlar uygulamaları
The finite element applications of textile composites
Yazar: SERHAN GERİKALMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA BAKKAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Sonlu elemanlar = Finite elements

Özet:
Tekstil kompozitleri, tekstil takviyeleri ve polimer matris malzemeleri ile elde edilen kompozit malzemeleri ifade etmektedir. Rastgele dağılmış liflerle takviyeli tekstil kompozitleri, yeni üretim teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte birçok mühendislik alanında geleneksel malzemelere alternatif olarak gelişmektedir. Bu kompozitlerinin yaygın olarak kullanılması için kompozit malzemelerin mekanik davranışının güvenilir şekilde tahmini gerekmektedir. Tahmin analizlerinde kullanılan yöntemlerden biri de Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY)'dir. SEY analizlerinde çoğunlukla tüm yapıyı temsil eden, temsili hacim elemanları kullanılmaktadır.Gerçekleştirilen çalışmada rastgele dağılmış liflerle takviyeli kompozit malzemelerin deformasyon davranışının analizi sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçların deneysel bulgularla uyumu tartışılmıştır. Modeller aracılığı ile deneylerle ölçülmesi mümkün olmayan fazlar arasındaki yük paylaşımı, fazlar arası dayanım, fazların hasara uğradıkları yük seviyeleri gibi malzeme tasarımı için çok kullanışlı olan bilgiler incelenmiştir.Çalışmayı deneysel ve sonlu elemanlar analizi şeklinde iki kısma ayırabiliriz. Deneysel çalışmalarda atık pamuklu kumaş ile %7.5 ve %15 hacim oranlarında takviyelendirilmiş polimer (polieitilen) matrisli kompozit levhalar ekstrüzyon yöntemiyle elde edilmiştir. Üretilen levhaların bazıları granülatör denilen kırıcıda küçük parçalar haline getirilerek tekrar tekrar levha üretiminde kullanılmıştır. En çok 6 defa tekrarlanan bu işlemler sonucunda her seferinde elde edilen levhalar, çekme deneylerine maruz bırakılarak gerilme-birim şekil değişimi grafikleri elde edilmiştir.İkinci bölüm olan sonlu elemanlar analizinde ise, deneysel çalışmalarda kullanılan kompozit malzemeler aynı hacim oranlarında bilgisayar ortamında modellenerek doğrusal olmayan analiz yapılmıştır. Analizler sonucu elde edilen veriler, deneysel olarak bulunan verilerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, matris ve lif için şekil değişim enerji oranları da elde edilerek takviye malzemelerin etkinlik oranları incelenmiştir.

Abstract:
Textile composites are the composite materials that acquired from textile reinforcements and polymer matrix. Random fiber reinforced textile composites are growing as an alternative for traditional materials with the new developing manufacturing technologies. For the popularity of these materials? usage, the reliable prediction of the mechanical behavior of the composite materials? is necessary. The Finite Elements Method is one of the methods for the prediction analysis. The representative volume elements (RVE) that represent the whole structure are commonly used in finite element analysis.In this study, the deformation behavior analysis of the random fiber reinforced composite materials is performed by finite element methods. The harmony of the acquired results and experimental findings is discussed. Useful information for material design like the immeasurable load sharing between phases, the strength between phases and load levels of the failure of phases are examined.We can separate our work into two steps as experimental studies and finite element analyses. In experimental studies, composite plates with polymer (polyethylene) matrix and waste cotton fabrics reinforcements were manufactured in two different volume fractions (7.5% and 15%) by extrusion technique. Some of the produced plates granulated down to the size enough to use in extrusion process and used again for plate production. These processes were repeated at most 6 times. Each processed material was subjected to uniaxial tensile experiments and stress-strain curves were obtained.In the finite elements analysis step, the same composite materials in experimental studies were designed in computer environment with the same volume fraction and nonlinear analyses were made. Finite element analysis results were compared to experimental test results and also effectiveness of fibers are investigated by the use of range of strain energy.