Sandviç yapılı kompozit pervane pallerinde çekirdek malzemenin mekanik davranışlara etkisi
The effect of core material on mechanical behavior in sandwich composite propeller blades
Yazar: GÜRCAN CANBAY
Danışman: PROF. DR. KEREM ALTUĞ GÜLER ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BURÇİN ÖZBAY KISASÖZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Sandviç yapılı kompozitler, yüksek özgül mukavemet ve ağırlıkta önemli bir artış olmaksızın artan eğilme mukavemeti nedeniyle çok popüler hale gelen özel bir kompozit malzeme sınıfıdır. Bu yapılar düşük yoğunluklu çekirdek malzemelere sert ve güçlü yüzey malzemelerinin yapıştırılması veya birlikte kürlenmesi sonucu oluşturulurlar. 
Eklemeli imalat yoluyla üretilen polimer matrisli kompozitler, özellikle havacılık ve savunma sanayi gibi alanlardaki uygulamalar için, sağladığı düşük ağırlık ve geometrik karmaşıklıkta yüksek tasarım özgürlüğü sayesinde daha çok ilgi kazanmaya başlamıştır. Öte yandan ekstrüzyona dayalı prosesler kullanılarak, sandviç yapılı kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirmek için yüksek performanslı termoplastik parçalar tasarlanabilir ve uygulanabilir. 
Sandviç yapılı kompozit malzemede dış katmanlar haricinde farklı çekirdek malzeme türü kullanılarak sandviç yapının mekanik özellikleri arttırılabilir. Bu çalışmada dış katmanlar sabit laminasyon kalınlığa sahip 0/90ᵒ yönlü laminasyon oryantasyonunda 4 kat CD245 prepreg ile üretilmiştir. Çekirdek malzeme olarak genişletilmiş peteksi yapı, hekzagonal peteksi yapı, Polimetakrilimid, Polivinil klorür köpükler ile 3 boyutlu yazıcıdan üretilen Polieterimid ve karbon fiber takviyeli Poliamid 12 kullanılmıştır. ASTM C393, ASTM C365 standartlarında test edilmiş ve sandviç yapının hasar alan bölgelerinin karakterizasyonları yapılmıştır.
Bu çalışmada, aerodinamik yükleme altında geniş bir hız aralığında çalışan, daha hafif bir kompozit pervane palinin tasarımına yönelik optimum dayanım sağlamak amacıyla Polieterimid ve fiber takviyeli Poliamid 12'nin, geleneksel çekirdek malzeme olan genişletilmiş peteksi yapı, hekzagonal peteksi yapı, Polimetakrilimid ve Polivinil klorür yapısal köpükleri ile elde edilen numunelerin mekanik özellikleri karşılaştırılmıştır. Dış yüzeydeki eğme gerilimi 7,16 MPa ve çekirdek malzemeye ait kayma gerilmesinde 286,55 MPa değerleri ile maksimum dayanımı Polieterimid çekirdek malzemesi ile üretilen sandviç yapılı kompozit malzeme sağlamaktadır. Özgül basma dayanımları incelendiğinde S-AH-3.2-82 kodlu sandviç yapılı kompozit numunenin maksimum 8,21 kN.m/kg değeri ile düşük ağırlıkta üstün basma dayanım değeri elde edilebildiğini göstermektedir.
Bunlara ek olarak üretilen numunelerin mikroskobik görüntüleme incelemesi yapılmıştır. Elde edilen veriler sonucunda kompozit pal imalatına yönelik incelenen çekirdek malzeme türlerinin kıyaslaması yapılmıştır.

Abstract:
Sandwich-structured composites are a special class of composite materials that have become very popular due to their high specific strength and increased flexural strength without a significant increase in weight. These structures are formed by bonding or co-curing strong surface materials to low-density core materials.
Polymer matrix composites produced by additive manufacturing have started to gain more attention, especially for aerospace and defense industries, thanks to their low weight and design freedom with geometric complexity. High-performance thermoplastic parts can be designed and applied to improve the mechanical properties of sandwich-structured composites in using extrusion-based processes.
In this study, outer layers were produced with 4 layers of CD245 prepreg in 0/90ᵒ directional lamination orientation with constant lamination thickness. Over-expanded and hexagonal honeycomb, Polymethacrylamide and Polyvinyl Chloride foams, Polyetherimide, Polyamide 12 reinforced with carbon fiber produced from 3D printer were used as core materials. It has been tested in ASTM C393, ASTM C365 standards and the damaged areas of the sandwich structure have been characterised.
The mechanical properties of the samples obtained with over-expanded honeycomb, hexagonal honeycomb, Polymethacrylamide foam, Polyvinyl Chloride foam were compared. The sandwich-structured composite material produced with Polyetherimide material provides a maximum strength of 7.16 MPa in bending stress on the outer surface and 286.55 MPa in shear stress of the core material. It has been determined that the sandwich-structured composite with S-AH-3.2-82 code, with a maximum specific compressive strength value of 8.21 kN.m/kg, has a better compressive strength value than other materials.
In addition to these, microscopic imaging examination of the samples was made. A comparison of the core material types examined for the production of composite blades was made.