Doğal elyaf takviyeli kompozitlerde ömrün analitik ve nümerik incelenmesi
Analytical and numerical investigation of fatigue life in natural fiber reinforced composites
Yazar: TAHA ÇALIŞKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Lifli kompozitler = Fiber composites ; Yorulma = Fatigue

Özet:
Havacılık ve uzay endüstrisi ile başlayan kompozit malzeme kullanımı günümüzde hafiflik-dayanım, maliyet-dayanım gibi iki etkin özelliğin istendiği birçok endüstride sıklıkla tercih edilmektedir. Dünyada son dönemde öne çıkan sürdürülebilirlik kavramı ile doğal kaynaklardan elde edilen kompozit bileşenlerinin kullanımı da artış göstermektedir. Bu kullanım artışıyla beraber öngörülmesi zor olan kompozit malzeme özelliklerinin tespiti de önem kazanmıştır. Bu çalışmada kompozit malzeme yapısını anlamada önemli bir araç olan Digimat yazılımı ile 5 mm boyunda ve 0,12 mm çapında kısa-rastgele dağılımlı lif takviyeli kompozit malzeme modellemesi yapılmış; %8, %12, %16 ve %20 kütlesel oranlarda muz lifi, kenaf, keten ve cam elyaf takviye bileşenli epoksi kompozitin nihai özellikleri tespit edilmiştir. Numunelerin çekme dayanımına, birim uzamaya ve ömür dayanımına etkisi yapılan analitik hesaplamalar ve ANSYS analizleri ile değerlendirilmiştir. Gerilme dayanımının, %20 takviye oranlı numunelerde %8 takviye oranlı numunelere kıyasla, muz lifi için %5, kenaf için %14, keten için %23, cam elyaf için %46 iyileşme göstererek sırasıyla 58,2 MPa, 67 MPa, 76,5 MPa ve 107,8 MPa olduğu görülmüştür. Sendeckyj metodu ile elde edilen gerilme – ömür verileri ile yorulma dayanımı analizi yapılarak numunelerin ömür dayanımları hesaplanmış, %8 cam elyaf katkısının yerine doğal bir alternatif olarak %16 ve %20 keten takviyesinin kullanılabileceği hem analitik hem de nümerik olarak tespit edilmiştir. Bu çalışma ile farklı özelliklere sahip doğal lifli kompozit yapıların sürdürülebilirlik temel hedefiyle nümerik ortamda mekanik özelliklerinin hızlı bir şekilde değerlendirilmesi amaçlanmıştır.

Abstract:
The use of composite materials, which started with the aerospace industry, is frequently preferred in many industries where two effective properties such as weight-strength and cost-strength are desired. With the concept of sustainability, which has come to the fore in the world recently, the use of composite components obtained from natural resources is also increasing. With this increase in usage, determination of composite material properties, which are difficult to predict, has gained importance. In this study, a short-random distributed fiber-reinforced composite material with a length of 5 mm and a diameter of 0.12 mm fiber was modeled with Digimat software, which is an important tool in understanding the composite material structure; the final properties of the epoxy composite with banana fiber, kenaf, flax and glass fiber reinforcement components at 8%, 12%, 16% and 20% by mass were determined. The effects on the tensile strength, elongation and life strength of the samples were evaluated with analytical calculations and ANSYS analyzes. The tensile strength of the samples with 20% reinforcement was 58.2 MPa, 67 MPa, 76.5 MPa and 107.8 MPa, respectively, with 5% improvement for banana fiber, 14% for kenaf, 23% for flax and 46% for glass fiber compared to samples with 8% reinforcement. By performing fatigue strength analysis with the stress-life data obtained by the Sendeckyj method, the fatigue life of the samples were calculated, and it was determined both analytically and numerically that 16% and 20% flax reinforcement could be used as a natural alternative to 8% glass fiber additive. With this study, it is aimed to quickly evaluate the mechanical properties of natural fiber composite structures with different properties in numerical environment with the main goal of sustainability.