Çelik–fiber lamine kompozitlerin balistik performansına bileşenlerin etkisi
Effect of components on ballistic performance of steel–fiber laminated composites
Yazar: HATİCE AKSU
Danışman: PROF. DR. MEHMET EROĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Hibrit kompozitler, mukavemet/ağırlık oranı, düşük maliyet ve imalat kolaylığının gerekli olduğu mühendislik uygulamalarında önemli kullanıma sahiptir. Hibrit kompozitler, kompozit malzemelerde gerçekleştirilemeyen çekme modülü, basınç dayanımı ve darbe dayanımı gibi özelliklerin kombinasyonunu sağlar. Son zamanlarda hibrit kompozitler, yüksek verimli, yüksek performanslı yapısal malzemeler olarak kabul görmüş ve kullanımları hızla artmaktadır.
Bu çalışmada Jüt, Bazalt, Cam ve Çelik fiber içerikli hibrit kompozitlerin mekanik ve balistik özellikleri incelenmiştir. Deneysel çalışmada, kompozit üretiminde jüt, bazalt, cam ve 304 tipi paslanmaz çelik dokuma kullanılmıştır. Matris malzemesi olarak da sertleştiricisiyle beraber epoxy reçine seçilmiştir. Üretim sürecinde tüm hibrit ve hibrit olmayan kompozitler 8 katman fiber kullanılarak üretilmiştir. Mekanik testler için 4 farklı hibrit olmayan, 3 farklı ikili, 3 farklı üçlü ve 1 adet dörtlü hibrit kompozit üretilmiştir. Kompozit laminatların üretimi için elle yatırma tekniği kullanılmış olup, numunelerin 24 saat süreyle pres altında bekletilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Hibrit kompozit üretimi sonrası gerekli standartlara göre çekme, eğme, tokluk ve kesme numuneleri çıkartılmıştır. Ayrıca, balistik testler için 4'lü hibrit kompozite yüksek karbonlu çelik levha ilave edilerek NIJ -0101.06'ya göre (Seviye-II standartında) atış testi yapılmıştır.
Yapılan mekanik testler sonucunda hibrit olmayan kompozitler de dayanımın yüksekten düşüğe doğru, bazalt, cam, çelik ve jüt şeklinde olduğu tespit edilmiştir. Hibrit kompozitlerde ise en yüksek dayanımı 4'lü hibrit kompozitin sergilediği görülmüştür. Eğme durumu için hibrit olmayan kompozitler de dayanımın yüksekten düşüğe doğru, cam, bazalt, çelik ve jüt şeklinde olduğu tespit edilmiştir. Hibrit kompozitlerde ise en yüksek eğme dayanımını 4'lü hibrit kompozit vermiştir. Tokluk değerlerine bakıldığında hibrit olmayan kompozitlerde en yüksek tokluk çelik dokuma kompozitlerde ve hibrit kompozitler içinde ise 4'lü kompozitte elde edilmiştir. Kesme testlerinde ise benzer sonuçlar elde edilmiştir. Balistik atış testinde ise 4'lü hibrit kompozite 2 mm 48 HV sertliğe sahip 2 mm sac ilavesi mermi geçirimini durdurmuştur.
Sonuç olarak jüte ilave edilen cam, bazalt ve paslanmaz çelik dokumanın mekanik ve balistik özellikleri arttırdığı görülmüştür.

Abstract:
Hybrid composite materials have extensive engineering application where strength to weight ratio, low cost and ease of fabrication are required. Hybrid composites provide combination of properties such as tensile modulus, compressive strength and impact strength which cannot be realized in composite materials. In recent times hybrid composites have been established as highly efficient, high performance structural materials and their use is increasing rapidly.
In this study, tmechanical and ballistic properties of hybrid composites containing Jute, Basalt, Glass and Steel fibers were investigated. In the experimental study, jute, basalt, glass and 304 type stainless steel fabric were used in composite production. Epoxy resin with its hardener was chosen as the matrix material. In the manufacturing process, all hybrid and non-hybrid composites were produced using 8 layers fibers. For mechanical tests, 4 different non-hybrid, 3 different double, 3 different triple and 1 quadruple hybrid composites were produced. The hand lay-up technique was used for the production of composite laminates, and it was carried out by keeping the samples under the press for 24 hours. After hybrid composite production, tensile, flexural, toughness and shear samples were extracted according to the required standards. In addition, for ballistic tests, a high carbon steel plate was added to the 4-hybrid composite and a shot test was carried out according to NIJ Standard-0101.06 (Level-II standard).
As a result of the mechanical tests, it was determined that the strength of non-hybrid composites was from high to low, in the order of basalt, glass, steel and jute. In hybrid composites, it was observed that the 4-hybrid composite exhibited the highest strength. For the bending condition, non-hybrid composites were also found to have strength from high to low, in the order of glass, basalt, steel and jute. In hybrid composites, on the other hand, 4-hybrid composite gave the highest bending strength. Considering the toughness values, the highest toughness was obtained in steel woven composites in non-hybrid composites and in 4-composite among hybrid composites. Similar results were also obtained in shear tests. In the ballistic shooting test, the addition of 2 mm sheet metal with a 48 HV hardness to the 4-hybrid composite stopped the bullet penetration.
As a result, it has been observed that addition of glass, basalt and stainless steel fabric to jute increase the mechanical and ballistic properties.