Delik içeren grafen katkılı karbon/epoksi nanokompozit plakaların mekanik özellikleri ve hasar analizi
Mechanical properties and failure analysis of graphene enhanced carbon/epoxy nanocomposite laminates containing a hole
Yazar: HİLMİ YAVUZ AĞA
Danışman: DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kompozit Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Grafen nanotozlar üstün mekanik, termal ve elektriksel özelliklere sahip oldukları için nano partikül takviyeli kompozit alanında oldukça ilgi çekmektedirler. Kompozit yapılardaki delikler veya süreksizlikler yapıda gerilim konsantrasyonu oluşturduğu için yapının dayanımını oldukça düşürmektedir. Literatürde grafen nanotoz katkısının delikli kompozitlerin dayanımına etkisi araştırılmamıştır. Bu tez çalışmasının kapsamında grafen nanotoz katkısının delikli kompozitlerin dayanımlarına etkisi incelenmiştir. Takviye elemanı olarak karbon fiber, matris elemanı olarak epoksi ve katkı elemanı olarak grafen nanotoz kullanılmıştır. Karbon/epoksi nanokompozit plakalar katkısız, ağırlıkça %0,15; %0,30; %0,45 ve %0,60 grafen nanotoz katkılı olarak üretilmiştir. Grafen nanotozun epoksi içerisinde homojen dağıtımı için iki saat mekanik karıştırma ve bir saat sonikasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Plakaların üretimi işleminde vakum infüzyon yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen plakalar test standartlarına uygun bir şekilde su jeti yardımıyla kesilmiştir. Yakma testi, üç nokta eğme testi, çekme testi, V-çentikli makaslama testi ve açık delik çekme testleri icra edilmiştir. Gerçekleştirilen testlerde grafen nanotoz katkılı numuneler ile katkısız numunelerin sonuçları karşılaştırılmıştır. Yakma testine grafen nanotoz oranı arttıkça yapıda bulunan boşluk hacim oranının artığı gözlemlenmiştir. Üç nokta eğme testinde ise %0,45 grafen nanotoz katkılı numunelerde maksimum dayanım gözlemlenmiştir. Yapılan açık delik çekme testi, çekme testi ve V-çentikli makaslama testinde en yüksek dayanım değeri %0,3 grafen nanotoz katkılı numunelerde gözlemlenmiştir. Tüm grafen katkılı numunelerin katkısız numunelere kıyasla dayanım, elastik modülü ve tokluklarında artış gözlemlenmiştir.

Abstract:
Graphene nanoplatelets are of great interest in the field of nanoparticle reinforced composites because they have superior mechanical, thermal and electrical properties. Hole or discontinuities in composite structures significantly reduce the strength of the structure because they create a stress concentration in the structure. In addition, the effect of graphene nanoplatelets additive on the strength of composite containing a hole has not been studied in the literature. Within the scope of this thesis, the effect of graphene nanoplatelets additive on the strength of composite containing a hole was investigated. Carbon fiber was used as the reinforcing element, epoxy as the matrix element and graphene nanoplatelets as the additive element. Carbon/epoxy nanocomposite plates are produced as non-doped and doped by weight 0,15%; 0,30%; 0,45% and 0,60% graphene nanoplatelets. For the homogeneous distribution of graphene nanoplatelets in epoxy, two hours of mechanical mixing and one hour of sonication were performed. The vacuum infusion method was used for the production process of the plates. The composite plates were cut with the water jet in accordance with the test standards. Burning test, three point bending test, tensile test, V-notch shear test and open hole tensile tests were performed. After the tests, the results of graphene nanoplatelets doped samples and non-doped samples were compared. In the burning test, it was observed that as the graphene nanoplatelets ratio increased, the void volume ratio in the structure increased. In the three-point bending test, the maximum strength was observed in samples doped with 0.45% graphene nanoplatelets. In the open hole tensile test, tensile test and V-notch shear test, the highest strength value was observed in 0.3% graphene nanoplatelets doped samples. It was observed that the strength, elastic modulus and toughness of all graphene-doped samples are greater than non-doped samples.