Üç boyutlu (3D) saç örgülerin topolojik esaslı geometrik karakteristiği ve birim hücrelerin bilgisayar uygulamaları
The geometric characterization of three dimensional (3D) braidings based on topology and computer application of their unit cell
Yazar: NESRİN ŞAHBAZ
Danışman: PROF. DR. ABDULKADİR BİLİŞİK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Bölümü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Bu çalışmada üç boyutlu (3D) tamamı ile saç örgü ve çözgü uzantılı saç örgülü önşekiller geliştirilmiştir. Bu amaç için manuel olarak çalışan bir prototip aparat tasarlanmış ve yapılar bu aparatta temsili iplik olarak seçilen PVC tüplerin kullanılması ile üretilmiştir.Geliştirilen önşekillerde yapısal parametreler olan katsayıların ve yapı eninin etkileri ve proses parametresi olan adım sayılarının etkileri irdelenmiştir. Bu doğrultuda önşekiller üzerinde iplik açıları ve uzunlukları ile sıklık ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler yapının açılma koşulları için tekrar edilmiştir.Düzlem dışı açının yapının katsayısından bir derece etkilendiği ancak kumaş eninden bağımsız olduğu anlaşılmıştır. Benzer sonuçlar yüzey ve kenar açıları için de elde edilmiştir. Yapının sıklığının katsayı ve kumaş eninden etkilenmediği anlaşılmıştır.İplik uzunluklarının doğrusal uzunluk, yüzey-kenar-köşe ark uzunlukları ile iplik yüzey uzunluğu ve gerçek iplik uzunluklarının yapının katsayısından etkilendikleri ve katsayının artması ile uzunlukların artığı sonucuna varılmıştır.Proses parametrelerinden tekli adım sayılarda yapının katmanlarının birbirleri ile kilitlemeli kompakt bir formda gerçekleştiği ve özellikle iplik açı ve uzunlukları ile sıklığın bundan az etkilendiği sonucuna varılmıştır.Çiftli adım sayılarında ise tamamı ile saç örgülü yapının düzlemde saç örgü tipinde kesişmelerle bir araya geldiği ancak düzlem dışında katlar arasında kilitlenmediği sadece yapının kenarında kilitlendiği ve düzlemdeki katları bir arada tuttuğu dolayısı ile katlar arasında cep şeklinde boşluklu bir yapı formunun oluştuğu; çözgü uzuntılı saç örgülü yapıda ise düzlemde üçeksenli saç örgü tipinde kesişmelerle her bir katın bir arada tutulduğu ancak düzlemdışında kesişmelerin olmaması nedeni ile katlar arası açılmanın olduğu ve her bir katında sadece yapının kenarında bir arada tutulduğu ve cep şeklinde boşluklu bir yapı formunun meydana geldiği anlaşılmıştır. Bu durumda iplik açı ve uzunlukları ile sıklığın bundan düzlem dışında etkilenmediği düzlemde de az etkilendiği sonucuna varılmıştır.Geliştirilen her yapı üzerinde yapının açılma koşulları altında iplik açı ve uzunlukları ile sıklıklarının etkilendiği sonucuna varılmıştır.Geliştirilen her iki tip yapınında birim hücreleri (unit cell) yakından incelendiğinde ince yapılardaki ipliklerin yörüngesinin tek adımlı olduğu yani kumaş kenarından tek adımda yön değiştirip yapı içinde benzer yörüngeye oturduğu, kalın yapılarda ise yüzeydeki iplik yörüngesinin tek adımlı ancak yüzey altındaki katlarda iplik yörüngesinin kumaş kenarından iki adımda yön değiştirip yapı içinde benzer yörüngeye oturduğu anlaşılmıştır. Bu ise iki adımlı yörüngede ek bir iplik uzunluk biriminin eklenmesi ile kendini göstermiştir. Bu uzunlukta yapı kalınlığından dolayı iplik uzunluğu olarak adlandırılmıştır.Elde edilen bu sonuçların özellikle üç boyutlu saç örgülü önşekillerin üretimi ve ayrıca üç boyutlu saç örgülü kompozitlerin mekaniği ile ilgilenenlere yol göstereceği söylenebilir.Anahtar Kelimeler: 3D saç örgülü önşekil, 3D çözgü uzantılı önşekil, Düzlem dışı açı, Adım sayısı, İplik yörüngesi, Önşekil açılma koşulları.

Abstract:
In this study 3D braided and 3D axial braided preforms were developed. For this reason, manually operated rig was designed and representative yarns were chosen as PVC tubes to fabricate the preforms.Developed preforms were investigated based on number of layers and width of the structure which are structural parameters, and number of steps which is processing parameter. In this respect, the measurements of yarn angles and lengths and yarn density on the preforms were made. The measurements on the preforms were repeated in the case of jamming conditions.It is understood that out of plane angle somehow influenced by the number of layers but, it is independent from the structure width. Similar results get from the surface and edge angles. It is also understood that structure density is not affected by the number of layers and structure width.Yarn lengths as linear length, surface-corner-edge arc lengths and yarn surface-total yarns lengths are affected by structure layers and the increasing the layer numbers causes the increasing the yarn lengths in the structure.The processing parameter in the single step case, the layers in the structure are interconnected all together to result integrated preform therefore, the yarn angle, length, density are not affected much.In the double step case, yarn sets in 3D braiding are intertwined to each other and lock the yarn sets in each in-plane direction whereas there is no interconnection such layer through the out of plane direction. Yarn connection was occurred only both edges of the structures so that each layer lock all together. As a result, there is an empty pocket between each single braided layer.In the 3D warp laid braiding, each layer in the structure is locked to form as if the triaxial layer to the in-plane direction but, there is no interconnection between the layers to the out of plane direction. But, yarn connection was occurred only both edges of the structures so that each layer lock all together. As a result, there is an empty pocket between each single braided layer. In this case, yarn angle and length and density are not affected to the out of plane direction however they are affected a little to the in-plane direction.The yarn angle, length and density in each developed structure are affected by structure jamming conditions.The unit cell of both types of developed structures were analyzed and yarn orbit in the thin structure is single step mean change the route at single step in the preform edge and then move in to the similar orbit in the structure as before.In the case of thick structure, yarn orbit in the both surfaces is single step but under the surface layers, yarn orbit changes its direction at two steps and move in the similar orbit in the structure. This causes additional yarn length to be introduced in the structure. The additional length is called the yarn length due to the structure thickness.The results from the study can lead the researcher who is working on the 3D braided preform fabrication and the mechanics of 3D braided composite.Keywords: 3D braided preform, 3D axial braided preform, Out of plane angle, Row step, Yarn orbit, Preform jamming conditions.