Eğri yüzeylere sahip kauçuk takviyeli kompozitlerin darbe davranışlarının araştırılması
Investigation of impact behavior rubber reinforced composites with curved surfaces
Yazar: MUSTAFA ALBAYRAK
Danışman: PROF. DR. METE ONUR KAMAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum kompozitler = Aluminum composites ; Alüminyum matrisli kompozitler = Aluminum matrix composites ; Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Darbe deneyi = Impact test ; Hasar analizi = Damage analysis ; Kauçuk = Rubber

Özet:
Bu çalışmanın amacı cam fiber dokuma kumaşlar arasına EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) kauçuk ara tabakaları ekleyerek eğri yüzey geometrilerine sahip sandviç kompozitler üretmek ve düşük hızlı darbe etkisi altında davranışını sayısal ve deneysel olarak incelemektir. Bunun için eğri formlarda imal edilen çelik kalıplar üzerine cam fiber ve kauçuk tabakalar eklenerek vakum infüzyon yöntemiyle sandviç plaklar üretilmiştir. Elde edilen eğri yüzeyli plakalar üzerine yarı küresel uca sahip vurucular düşürülerek düşük hızlı darbe testleri gerçekleştirilmiş ve eğri yüzey geometrisi ile birlikte cam fiber/kauçuk diziliminin darbe absorbe enerjisi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Kauçuk ara tabakaların kullanılması ile maksimum %45 oranında kompozitlerin enerji absorbe özelliği artırılmıştır. Ayrıca eğri yüzeyli kompozitlerde levha genişliğinin 1.5 katına çıkması absorbe enerjisini %16 oranında artırırken, yüksekliğin 2.3 katı kadar artması %13 azaltmıştır. Kompozitlerin dış yüzeyinde kauçuk tabakaların kullanılması ile maksimum %14 oranında hasar alanında azalma gözlemlenmiştir. Sayısal kısımda, yapılan testler LS-DYNA sonlu elemanlar paket programı kullanılarak modellenmiş ve testler sonrasında kompozit yapıda meydana gelen hasarların (fiber, matris ve delaminasyon) üç boyutlu olarak görülebilmesi için Hashin hasar kriteri tabanlı MAT162 malzeme modeli kullanılmıştır. Sayısal sonuçlar deneysel verilerle absorbe edilen enerji açısından minimum %82 oranında uyumlu elde edilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to produce sandwich composites with curved surface geometries by adding EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) rubber interlayers between glass fiber woven fabrics and to investigate their behavior under the effect of low velocity impact numerically and experimentally.For this purpose, glass fiber and rubber layers were added to steel molds manufactured in curved forms and sandwich plates were produced through the vacuum infusion method. Low-velocity impact tests were performed by lowering strikers with a hemispherical tip on the produced curved-surface plates, and the effect of the surface geometry on the impact absorption energy was researched. With the use of rubber interlayers, the energy absorption feature of the composites has been increased by a maximum of 45%. Furhermore, 1.5 times width increase of the sheet of curved-surface composites increased the absorption energy by 16%, while a height increase of 2.3 times decreased the absorption energy by 13%. With the use of rubber layers on the outer surface of the composites, a maximum 14% reduction in the damage area was observed. In the numerical part, the tests performed were modeled using the LS-DYNA finite element package program and the Hashin damage criterion-based MAT162 material model was used in order to see the damage caused to the composite structure in three dimensions after the tests. Numerical results were obtained in agreement with the experimental data in terms of energy absorbed at a minimum of 82%.