Yüzey plaka kalınlığı ve çekirdek malzeme farklılığının karbon takviyeli sandviç kompozit yapıların hasar toleransına etkisinin araştırılması
An investigation of skin thickness and core material varietyon damage tolerance of carbon fiber reinforced sandwichcomposite structures
Yazar: ERDİNÇ KURŞUN
Danışman: PROF. DR. ÖMER FARUK ELALDI
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hasar toleransı = Demage tolerance ; Karbon fiber takviyeli polimer = Carbon fiber reinforced polymer ; PVC = PVC ; Penetrasyon = Penetration ; Sandviç yapı elemanları = Sandwich structure elements ; Ultrasonik yöntemler = Ultrasonic methods

Özet:
Sandviç kompozitler, mukavemetlerinin ve rijitliklerinin ağırlıklarına oranlarının yüksek olmaları sebebiyle hafifliğin önemli olduğu savunma, inşaat, otomotiv, deniz ve havacılık vb. birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Bu önemli faydalarının yanında sandviç kompozitler darbeye karşı son derece duyarlıdırlar. Düşük hızda darbe hasarının gözle fark edilememesinden dolayı bu kompozitler için en tehlikeli hasar şekli olarak düşünülmektedir.
Bu çalışma, farklı yüzey plaka kalınlığı ve çekirdek tiplerinin sandviç kompozitlerin düşük hızlı darbe performansı üzerindeki etkilerinin araştırılmasına odaklanmaktadır. İki farklı çekirdek malzeme kullanılmıştır: PVC Köpük ve PET Plaka. PVC Köpük, sandviç kompozitlerde çekirdek malzeme olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada çekirdek malzemesi olarak geleneksel çekirdek malzemelerine ek olarak PVC Köpüğün yaklaşık 28 katı nominal yoğunluğu olan PET Plaka kullanılmıştır. Sandviç kompozitlerin alt ve üst yüzey plakaları dokuma karbon fiber/epoksi malzemeden üretilmiştir. 1 ve 2 mm kalınlığındaki alt ve üst yüzey plakalar crossply symmetric oryantasyonuna sahiptir. 4 farklı konfigürasyonda sandviç kompozit üretimi yapılmıştır. Sandviç kompozitlerin üretiminde soğuk pres yöntemi kullanılmıştır. Düşük hızlı darbe deneyleri Başkent Üniversitesi Biyomekanik ve Mukavemet laboratuvarında bulunan ağırlık düşürme darbe cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen sonuçlar ve sandviç yapıların darbe sonrası hasarlarının görüntüleri ve ultrasonik muayene sonuçları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Test sonuçlarına göre çekirdek malzeme olarak PET Plaka kullanılan konfigürasyonların (A-1 ve A-2) darbe yüküne en dayanıklı seçenek olduğu görülmüştür. Penetrasyon derinliği değerleri, B-1 ve B-2 konfigürasyonuna sahip olan bütün numunelerin perfore olduğunu göstermektedir. Çekirdek malzeme nominal yoğunluğu değeri ile sandviç kompozit darbe dayanımı değerinin pozitif bir korelasyon içerisinde olduğu, yüzey plaka kalınlığının ise çekirdek malzeme nominal yoğunluğuna kıyasla darbe dayanımına anlamlı bir etkisinin olmadığı görülmüştür.

Abstract:
Sandwich composites are used in many different fields such as defense, construction, automotive, marine and aerospace, etc. where light weight is important due to their high ratio of strength and stiffness to weight. In addition to these important benefits, sandwich composites are extremely sensitive to impact. Low velocity impact damage is considered to be the most dangerous form of damage for these composites due to its imperceptibility.
This study focuses on investigating the effects of different surface plate thickness and core types on the low speed impact performance of sandwich composites. Two different core materials were used: PVC Foam and PET Plate. PVC Foam is widely used as core material in sandwich composites. In this study, in addition to conventional core materials, PET Plate, which has a nominal density of approximately 28 times that of PVC Foam, was used as the core material. The top and bottom surface plates of the sandwich composites are made of woven carbon fiber/epoxy material. The 1 and 2 mm thick bottom and top surface plates have a crossply symmetric orientation. 4 different configurations of sandwich composites were produced. Cold press method was used in the production of sandwich composites. Low velocity impact tests were carried out with the weight reduction impact device in Başkent University Biomechanics and Strength laboratory. The results obtained from the tests and images of the post-impact damage of the sandwich structures and ultrasonic inspection results are presented comparatively. According to the test results, it is seen that the configurations (A-1 and A-2) using PET Plate as core material are the most resistant to impact load. The penetration depth values show that all specimens with B-1 and B-2 configurations were perforated. The core material nominal density value and the sandwich composite impact strength value are positively correlated, while the surface plate thickness has no significant effect on the impact strength compared to the core material nominal density.