Eğimli yüzey formlu cam ve karbon takviyeli termoplastik matrisli kompozit malzemelerin dayanımlarının sonlu elemanlar tabanlı matematiksel modellenmesi
Finite element based mathematical modeling of the strength of curved surface form glass and carbon reinforced  thermoplastic matrix composite materials
Yazar: DENİZ ERGİN TOPTAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TAYFUN FINDIK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Kompozit malzemelerin günümüzde kullanımının artmasıyla birlikte, farklı ürün tasarımları ve bu tasarımların bilgisayar destekli mukavemet analizleri de yapılmaktadır. Yapılan bilgisayar destekli tasarımlar önemli bilgiler içermesinin yanı sıra doğru modelleme ile gerçek test sonuçlarına yakın kabul edilebilir sonuçlar da elde edilmektedir. Bu çalışma Sonlu Elemanlar Tabanlı matemetiksel modelleme mantığı ile çalışan ANSYS 2023 R1 programı ile yapılmıştır ve çoğu çalışmanın aksine eğri bir kompozit malzeme için belirli bir kuvvete karşı gösterdiği dayanım ve yer değiştirme analizleri yapılmıştır. Çalışmada otomativ ve havacılık sanayinde yoğun kullanım alanı bulan, aerodinamik avantajlarından kaynaklı eğri düzlemlerde kompozit malzemelerin kuvete karşı dayanım analizleri incelenmiştir.
Karbon, cam ve hem karbon hem cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerden oluşan tasarımlar 10 katmanlı lamine kompozitler olarak tasarlanmıştır. Yapılan kompozit tasarımlar [0⁰], [0⁰/90⁰] ve [0⁰/±45⁰/0⁰] serim açılarıyla toplamda 9 kompozit model üzerinde kuvvet ve yer değiştirme sonuçları incelenmiştir. Kompozit prepregler 0,5 mm olarak hesaplanmış ve her kompozit model 5 mm kalınlığa sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu çalışmada termoplastik kompozit malzemelerin takviye elemanına göre göstermiş olduğu mukavemet sonuçları incelenmiştir. Yapılan çalışmanın sonucunda en yüksek dayanım değeri [0⁰/90⁰] elyaf oryantasyonuna sahip karbon-cam elyaf takviyeli kompozit modelde bulunmuştur ve bu değer 174.67 MPa olarak bulunmuştur. Tüm modellerde en yüksek değerler tüm elyaf tiplerinde [0⁰/90⁰] elyaf oryantasyonunda oluştuğu ortaya çıkmıştır. En düşük dayanım değeri 116.3 MPa olarak [0⁰] elyaf oryantasyonuna ait cam elyaf takviyeli kompozit modelde oluşmuştur. Tüm kompozit modeller incelendiğinde, karbon-cam elyaf takviyeli kompozit modelin [0⁰], [0⁰/90⁰] ve [0/±45⁰/0⁰] elyaf serimlerinin aynı şekilde elyaf oryantasyonundaki karbon elyaf ve cam elyaf takviyeli kompozit modellerin gerilim değerlerinden daha yüksek çıkmıştır.

Abstract:
With the increasing use of composite materials today, different product designs and computer-aided strength analyzes of these designs are also carried out. In addition to the fact that the computer-aided designs contain important information, acceptable results close to the real test results are obtained with the correct modeling. This study was carried out with the ANSYS 2023 R1 program working with Finite Element Based mathematical modeling logic and unlike most studies, strength and displacement analyzes of a curved composite material against a certain force were made. In this study, the strength analyzes of composite materials in curved planes due to their aerodynamic advantages, which are widely used in the automotive and aviation industries, were examined.
The designs consisting of carbon, glass and both carbon and glass fiber reinforced composite materials are designed as 10-layer laminated composites. The force and displacement results of the composite designs made on a total of 9 composite models with [0⁰], [0⁰/90⁰] and [0⁰/±45⁰/0⁰] laying angles were examined. Composite prepregs were calculated as 0.5 mm and each composite model was designed to have a thickness of 5 mm. In this study, the strength results of thermoplastic composite materials according to the reinforcement element were examined. As a result of the study, the highest strength value was found in the carbon-glass fiber reinforced composite model with fiber orientation [0⁰/90⁰] and this value was found to be 174.67 MPa. The highest values in all models were found to occur in fiber orientation [0⁰/90⁰] in all fiber types. The lowest strength value was 116.3 MPa in the glass fiber reinforced composite model belonging to the [0⁰] fiber orientation. When all composite models were examined, the fiber lays of the carbon-glass fiber reinforced composite model [0⁰], [0⁰/90⁰] and [0/±45⁰/0⁰] were found to be higher than the stress values of the carbon fiber and glass fiber reinforced composite models in the same fiber orientation.