Kompozit yapıların dijital görüntü korelasyon tekniğiyle mekanik karakterizasyonu
Mechanical characterization of composite structures using digital image correlation technique
Yazar: ELANUR ÇELEBİ KAVDIR
Danışman: PROF. DR. MURAT DEMİR AYDIN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yapıştırma bağlantılarının birçok kritik öneme sahip endüstriyel alandaki kullanımları, onların mekanik davranışlarının belirlenmesinde güvenilir verilerin deneyel, sayısal ve analitik çalışmalarla eldesini zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmanın ilk aşamasında yapısal bir yapıştırıcı (DP810) ve alüminyum alaşımı yapıştırılan malzemenin (AA2024-T3) birleştirilmesi ile üretilen kompozit yapıların mekanik karakterizasyonu deneysel ve sayısal yaklaşımlar vasıtasıyla incelenmiştir. Deneysel analizlerde tüm deformasyon ölçümleri iki boyutlu dijital görüntü korelasyon tekniği (DIC) ile yapılarak; yapıştırıcıya ait elastik özellikler, Mod I ve Mod II'deki kırılma enerjileri, kohesiv bölge yaklaşımı için gerekli model parametreleri farklı deneysel yöntemler kullanılarak belirlenmiştir. Ayrıca, bu parametrelerin sayısal analizlerdeki güvenirliğinin tespit edilmesi amacıyla AA2024-T3 alüminyum alaşımı ve DP810 yapıştırıcısı kullanılarak oluşturulan açısal bindirmeli yapıştırma bağlantı numunelerinin farklı yük koşulları (çekme ve üç noktadan eğme) altındaki davranışları deneysel ve Kohesiv Bölge Modelleme (CZM) tekniği yaklaşımlı sayısal analizleri yapılmıştır. İkinci aşamada, ilk aşamada elde edilen sonuçlar doğrultusunda deneysel parametrelerin güvenilir ve tekrarlanabilir olduğu sonucuna varılarak özellikle havacılık uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir bağlantı tipi olan T-yapıştırma bağlantısı üzerinde parametrik çalışmalar yürütülmüştür. Sonuç olarak; deneysel ve sayısal sonuçlar arasında iyi bir uyum olduğu, yapıştırıcı ile birleştirilmiş kompozit yapıların mekanik karakterizasyonunda DIC tekniğinin önemli bir deformasyon ölçüm aracı olduğu, ayrıca, CZM tekniğinde elastik olmayan etkiler dikkate alındığından özellikle tokluğu yüksek yapısal yapıştırıcıların mekanik davranışları, hasar ve dayanım tahminlerinde doğru ve tekrarlanabilir sonuçlar türettiği belirlenmiştir.

Abstract:
The use of adhesive joints in many critically important industrial areas necessitates obtaining reliable data in determining their mechanical behavior through experimental, numerical and analytical studies. In the first stage of this study, the mechanical characterization of composite structures produced by combining a structural adhesive (DP810) and an aluminum alloy bonded material (AA2024-T3) was examined through experimental and numerical approaches. In experimental analyses, all deformation measurements were made with two-dimensional digital image correlation technique (DIC); elastic properties of the adhesive, fracture energies in Mode I and      Mode II, and model parameters required for the cohesive zone approach were determined using different experimental methods. In addition, in order to determine the reliability of these parameters in numerical analyses, experimental and Cohesive Zone Modeling (CZM) technique approach numerical analyzes were conducted on the behavior of scarf joint samples created using AA2024-T3 aluminum alloy and DP810 adhesive under different load conditions (tensile and three-point bending). In the second stage, in line with the results obtained in the first stage, it was concluded that the experimental parameters were reliable and repeatable, and parametric studies were carried out on the T-bonding connection, which is a connection type widely used especially in aviation applications. In conclusion; it was determined that there is a good agreement between experimental and numerical results, the DIC technique is an important deformation measurement tool in the mechanical characterization of adhesive-bonded composite structures, and since inelastic effects are taken into account in the CZM technique, the mechanical behavior, damage and strength predictions of structural adhesives with high toughness can be accurate and repeatable.