Karbon elyaf takviyeli filaman sarım kompozit boruların düşük hızlı darbe cevabının incelenmesi
Investigation of low velocity impact response of carbon fiber rainforced filament winding composite pipes
Yazar: OZAN KEKÜÇ
Danışman: DOÇ. DR. LOKMAN GEMİ ; DOÇ. DR. ŞAKİR YAZMAN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik ve Mukavemet Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Darbe = Impact ; Delaminasyon analizi = Delamination analysis ; Düşük hız = Low velocity ; Karbon fiber takviyeli polimer = Carbon fiber reinforced polymer ; Kompozitler = Composites

Özet:
Filaman sarım yöntemi ile üretilen KTP (Karbon Takviyeli Polimer) kompozit borular, endüstride sıklıkla tercih edilen bir malzeme haline gelmiştir. KTP kompozit borular üretim veya kullanım esnasında çeşitli nedenlerden dolayı farklı hızlarda veya enerji seviyelerinde darbe ve iç gerilme yüklemeleri ile karşılaşabilmektedir. Karbon borularda darbe yükü altında oluşan hasarlar mukavemet değerlerini ve servis ömürlerini önemli derecede etkilemektedir. Bu çalışmada farklı çaplara sahip kompozit boruların darbe ve çekme yükleri altındaki davranışını incelemek için ±55° sarım açısına sahip 54, 72 ve 96 mm çaplarında karbon elyaf takviyeli borular üretilmiştir. Üretilen boruların mekanik özelliklerini belirlemek için ASTM D 2290 standardına göre halka çekme numuneleri hazırlanmış ve deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlardan gerilme-birim şekil değiştirme grafikleri elde edilerek karşılaştırmalı olarak yorumlanmış ve ayrıntılı olarak hasar analizleri yapılmıştır. Gerilme/Birim şekil değiştirme grafikleri karşılaştırmalı olarak incelendiğinde, Ø72 boru numunesinin Ø54 numuneye göre yer değiştirme miktarı %8.35 artmış fakat çekme dayanımı %7.33 oranında azalmıştır. Ø96 boru numunesi Ø72 numune ile kıyaslandığında yer değiştirme miktarı %16.64 oranında artmış, çekme dayanımı değeri %3.13 oranında azalmıştır. Deneylerden elde edilen veriler mukayese edildiğinde çap artışının yer değiştirme miktarlarını artırırken çekme dayanımını azalttığı görülmüştür. Benzer şekilde farklı çaplarda üretilmiş borular üzerine ASTM D 7136 standartına göre 1.5, 2, 2.5, 3 m/s hızlarda darbe yüklemeleri uygulanmıştır. Düşük hızlı darbe testleri sırasında kuvvet-zaman, kuvvet-deplasman ve enerji-zaman grafikleri elde edilerek karşılaştırmalı olarak yorumlanmıştır. Darbe sonrası numunelerin darbe bölgelerinden kesitler alınmış ve hasar bölgeleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Karbon kompozit borularda çap değişimi ile darbe cevabının değiştiği ve hız artışı ile darbe bölgesinde hasarların arttığı görülmüştür. Karbon kompozit boru cidarında; matris çatlağı, debonding, elyaf hasarı, transfer çatlağı ve delaminasyon hasar modlarının oluştuğu tespit edilmiştir.

Abstract:
CRP (Carbon Reinforced Polymer) composite pipes produced by filament winding method have become a frequently preferred material in the industry. CRP pipes can be exposed to impacts at different speeds or energies and internal loads during production and service. In this study, carbon fiber reinforced pipes of 54, 72 and 96 mm diameters with ±55° winding angle were produced to investigate the behavior of composite pipes with different diameters under impact and tensile loads. In order to determine the mechanical properties of the pipes, ring tensile test samples were prepared according to the ASTM D 2290 standard and their tests were carried out. Stress-strain graphs were obtained from the results obtained and interpreted comparatively and detailed damage analyzes were made. Comparing the stress/strain graphs, the displacement amount of the Ø72 pipes compared to the Ø54 sample increased by 8.35% but the tensile strength decreased by 7.33%. When the Ø96 pipe sample is compared to the Ø72 sample, the amount of displacement increased by 16.64% and the tensile strength value decreased by 3.13%. When the data obtained from the experiments are compared, it is seen that the increase in diameter increased the displacement amount and decreased the tensile strength. Similarly, impact loads at 1.5, 2, 2.5, 3 m/s velocities were applied according to ASTM D 7136 standard on pipes produced in different diameters. During low velocity impact tests, force-time, force-displacement and energy-time graphs were obtained and interpreted comparatively. After the impact tests, sections were cut from the impact areas of the samples and the damaged areas were examined in detail. It was observed that the impact response changed with the diameter change in carbon composite pipes and the damage in the impact area increased with the increase in impact speed. In carbon pipes, samples will be taken from diameter shrinkage and impact to impact and speed and impact. On the carbon composite pipe wall; matrix cracking, debonding, product webs, transfer cracking and damage modes were detected. On the carbon composite pipe wall, it was determined that matrix crack, debonding, fiber damage, transfer crack and delamination damage modes occur.