Yaşlandırma işlemi sonrası polimer matrisli kompozit malzemelerin düşük hızlı darbe yüklemesi altındaki davranışlarının belirlenmesi
Determining the behaviors of polymer matrix composite materials under low velocity impact loading after aging process
Yazar: FURKAN BAŞOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR BORA
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Bu çalışmada, E-cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kalın tabakalı kompozit numunelerin düşük hızlı darbe yüklemeleri altındaki davranışları incelenmiştir. Deneyde kullanılması için 10 mm kalınlığa sahip tek yönlü E-cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kalın tabakalı kompozit plaka otoklav yöntemi ile üretilmiştir. Düşük hızlı düşen ağırlık darbe deneyleri için, deney numuneleri 100 mm x 100 mm boyutlarında kesilmiştir. Düşen ağırlık darbe testleri Instron 9250 HV düşük hızlı darbe test cihazı kullanılarak Tübitak–MAM yerleşkesinde gerçekleştirilmiştir. Darbe testlerinde 10 mm çapa sahip, yarı küresel ve düz olarak iki çeşit darbe ucu kullanılarak malzeme tam penetrasyon hasarına uğrayana kadar 15 J-250 J arasında değişen darbe enerjileri altında testler gerçekleştirilmiştir. Uygulanan testler sonrasında numunelerin kuvvet-zaman ve enerji-zaman eğrileri çizilmiştir. Kalın tabakalı kompozit numunelerin enerji-zaman eğrileri deneysel verilerin yanı sıra modelleme tekniği kullanılarak da elde edilmiştir. Enerji-zaman eğrilerinden numunelerin absorbe enerjilerindeki değişim tespit edilmiştir. Yapılan modelleme tekniği ile elde edilen sonuçların deneysel veriler ile tutarlı olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, kalın tabakalı kompozit numunelerinin termal yaşlandırma etkisi altındaki darbe davranışlarını görmek amacıyla bir çevrim süresi 120 dakika olacak şekilde -20 °C ile +80 ºC arasında 250 ve 500 çevrim olmak üzere termal döngülere maruz bırakılmıştır. Yarı küresel darbe ucu kullanıldığında yaşlandırma yapılmayan numunelere göre; 250 termal çevrim görmüş numuneler %4, 500 termal çevrim görmüş numuneler ise %9 daha az darbe enerjisi ile tam penetrasyon hasarına uğramıştır. Düz darbe ucu kullanıldığında yaşlandırma yapılmayan numunelere göre; 250 termal çevrim görmüş numuneler %18, 500 termal çevrim görmüş numuneler ise %22 daha az darbe enerjisi ile tam penetrasyon hasarına uğramıştır.

Abstract:
In this study, the behavior of thick layered composite specimens reinforced with E-glass/ epoxy under low-velocity impact loads has been investigated. A single-directional with thick layered composite specimens reinforced with E-glass/ epoxy a thickness of 10 mm was fabricated using the autoclave method for use in the experiment.  For low-velocity drop-weight impact tests, specimens were cut into dimensions of 100 mm x 100 mm. The drop-weight impact tests were conducted using an Instron 9250 HV low-velocity impact test machine at the Tübitak-MAM facility. In the impact tests, two types of impact tips, hemispherical and flat, with a diameter of 10 mm were used and tests were carried out under impact energies ranging from 15 J to 250 J until the material suffered full penetration damage. After the tests, the force-time and energy-time curves of the samples were drawn. Energy-time curves of thick-layer composite samples were obtained using modeling techniques as well as experimental data. The change in absorption energy of the specimens was identified from the energy-time curves. It has been observed that the results obtained with the modeling technique are consistent with the experimental data. Additionally, in order to observe the impact behavior of the thick layered composite specimens under thermal aging effects, specimens were subjected to thermal cycles ranging from -20°C to +80°C with a cycle time of 120 minutes, totaling 250 and 500 cycles. When the hemispherical impactor tip was used, specimens subjected to thermal aging showed 4% less impact energy for those exposed to 250 thermal cycles and 9% less impact energy for those exposed to 500 thermal cycles leading to complete penetration damage compared to specimens without aging. When the flat impactor tip was used, specimens subjected to thermal aging showed 18% less impact energy for those exposed to 250 thermal cycles and 22% less impact energy for those exposed to 500 thermal cycles leading to complete penetration damage compared to specimens without aging.