Deniz suyu ortamında şartlandırılmış bazalt/karbon/cam/epoksi hibrit kompozitlerin yorulma özelliklerinin deneysel olarakincelenmesi
Experimental investigation of the fatigue properties ofbasalt/carbon/glass/epoxy hybrid composites under sea water environment
Yazar: ESMAEL ADEM ESLEMAN
Danışman: DOÇ. DR. GÜROL ÖNAL
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bazalt = Basalt ; Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Eğilme davranışı = Bending behavior ; Karbon lifler = Carbon fibers ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Tuzlu su = Saline water

Özet:
Günümüzde hibrit kompozitler, daha düşük ağırlık ve daha yüksek mukavemet ve rijitlik, daha iyi korozyon ve aşınma direnci, uzun yorulma ömrü gibi çekici özelliklerinden dolayı kritik yapısal parçalar için farklı sektörlerde kullanılmaktadır. Öte yandan, yapısal çökmenin en yaygın nedeni yorulmadır. Yorulma, tekrarlanan yüklemeye maruz kaldığında, malzemenin maksimum mukavemetinin altındaki bileşenlerin ani bir hasardır. Bu tez, tuzlu suyu koşullarının bazalt, karbon ve cam elyaf/epoksi hibrit kompozitlerin çekme, eğilme ve üç noktalı eğilme yorulma özellikleri üzerindeki etkisini incelemektedir. Beş farklı kompozit plaka: Bazalt/Epoksi (BE), Karbon/Epoksi (CE), Cam/Epoksi (GE), Bazalt-Cam/Epoksi (BGE) ve Bazalt-Karbon-Cam/Epoksi (BCGE), Vakum Destekli Reçine Transfer Kalıplama yöntemi (VARTM) kullanılarak üretilmiştir. PST 650 dekupaj testeresi numuneleri ASTM D3039 ve ASTM D7264 standartlarına göre hazırlamak için kullanılmış ve testlerden önce 60 gün, 120 gün ve 180 gün tuzlu suyu çözeltisine daldırılmıştır. Testler 100 KN kapasiteli Instron 8801 çekme/yorulma test cihazı kullanılarak yapılmış ve her kategoriden üç numune test edilerek deneyin tekrarlanabilirliği gözlemlenmiştir. Ayrıca statik ve yorulma üç nokta eğilme testini yapmak için özel bir fikstür tasarlanıp üretilmiştir. Ağırlık kazancı eğrisi, gerilme-BŞD diyagramı, S-N ve rijitlik (stiffness) bozulma eğrileri oluşturulmuştur. Hibritleme ve tuzlu suyu koşullarının çekme, statik eğilme, yorulma ömrü ve eğilme rijitlik kaybı üzerindeki etkileri tartışılmıştır. Sonuçlar tüm kompozit numunelerin çekme ve eğilme özelliklerinin, şartlandırma süresi arttıkça bozulduğunu/azaldığını göstermektedir. Örneğin, BE kompozitlerinin çekme mukavemeti %21,11 oranında düşerken, CE kompozitleri sadece %9,09 oranında azalmıştır. Aynı şekilde, maksimum ve minimum çekme modülü kaybı sırasıyla BE (%17,12) ve BCGE (%8,68) hibrit kompozitlerde görülmektedir. En yüksek eğilme mukavemeti ve modül kaybı sırasıyla BE (%45,59) ve BCGE hibrit kompozitlerde (%11,18) görülmektedir. Bununla birlikte, BGE hibrit kompozitlerinin çekme mukavemeti, bazalt elyafların varlığı sayesinde GE'ye göre gelişme göstermiştir. Yorulma testi sonuçları, tuzlu su çözeltisi içerisinde şartlandırma süresi arttıkça tüm kompozit numunelerin eğilme yorulma özelliklerinin bir bozulma gösterdiğini ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler: Bazalt Elyaf, Cam Elyaf, Eğilme Yorulma, Hibrit Kompozitler, Karbon Elyaf, Mekanik Testler, Tuzlu Suyu Etkisi, Üç Noktada Eğilme

Abstract:
Nowadays, hybrid composites have been utilized in different sectors for critical structural parts due to their attractive properties like lower weight and higher strength & stiffness, better corrosion & wear resistance, and long fatigue life. On the other hand, fatigue is the most common cause of the structural collapse. Fatigue is a sudden failure of components below the maximum strength of the material when subjected to repeated loading. This thesis examines the influence of saltwater conditions on the tensile, flexural, and three-point bending fatigue properties of basalt, carbon, and glass fibers/epoxy hybrid composites. Five different composite plates: namely, Basalt/Epoxy (BE), Carbon/Epoxy (CE), Glass/Epoxy (GE), Basalt-Glass/Epoxy (BGE), and Basalt-Carbon-Glass/Epoxy (BCGE), were manufactured using Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM). The PST 650 jigsaw cutter was used to prepare the specimens as per ASTM D3039 and ASTM D7264 standards, and then it was immersed in a saltwater solution for 60 days, 120 days, and 180 days before the tests. The tests were performed using an Instron 8801 UTM with a 100 KN capacity, and the repeatability of the experiment was observed by testing three samples from each category. Moreover, a special fixture is designed and manufactured to conduct the static and fatigue three-point bending test. The weight-gain curve, stress-strain diagram, the S-N curve, and stiffness degradation curves were plotted. Moreover, the effects of hybridization and saltwater conditions on the tensile, flexural, fatigue life, and bending stiffness loss were discussed. The result shows that all composite samples' tensile and flexural properties degrade as the conditioning period increases. For example, the tensile strength of BE composites degraded by 21.11%, while CE composites only decreased by 9.09%. In the same way, the maximum and minimum loss of tensile modulus is observed in BE (17.12%) and BCGE (8.68%) hybrid composites, respectively. The highest flexural strength and modulus loss are in BE (45.59%) and BCGE hybrid composites (11.18%), respectively. However, the tensile strength of the unconditioned  BGE hybrid composites shows improvement over the GE, thanks to the involvement of basalt fiber. The fatigue test results reveal that bending fatigue properties of all composite samples show a degradation as the conditioning period on saltwater solution increases.

Keywords: Basalt Fiber, Bending Fatigue, Carbon Fiber, Glass Fiber, Hybrid Composites, Mechanical Tests, Saltwater Effect, Three-Point Flexure