Örgülü kompozit malzemelerin çeşitli parametrelerde yorulma davranışlarının incelenmesi
Investigation of fatigue behavior of woven composite materials in various parameters
Yazar: RAŞİT KORAY ERGÜN
Danışman: PROF. DR. HAMİT ADİN
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hasar analizi = Damage analysis ; Histerezis eğrileri = Hysteresis curves ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Sönümleme = Damping ; Taramalı elektron mikroskobu = Scanning electron microscope ; Yorulma test makinesi = Fatigue testing machine

Özet:
Son yıllarda ileri teknoloji ürünü olan nanopartiküllerin önemi giderek artmaktadır. Nanopartiküller birçok alanda kullanıldığı gibi kompozit malzemeler alanında da kullanılmaktadır. Konstrüksiyon sektörü de kompozit malzemeler için yeni bir alan olarak ortaya çıkmıştır. Konstrüksiyon sektöründeki özel ihtiyaçlar birçok fırsat doğurmaktadır.
Bu çalışmada, 5 farklı katman yapısında nanopartikül takviyesiz ve kütlece farklı oranlarda (%0.5, %1 ve %3) Al2O3, CuO ve MgO nanopartikül takviyeli olarak üretilen dokuma tip kompozit malzemeler yorulma testlerine tabi tutulmuştur. Yorulma testlerine başlamadan önce, numunelerin sadece çekme-basma yönündeki yüklere maruz kalması ve eğilme momentinden etkilenmemesi için kompozit malzemelerin uçlarına 40x25mm ölçülerinde parçalar yapıştırılmıştır. Yorulma testleri Batman Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuvarı'nda bulunan Shimadzu marka 100 kN'lik yük hücresine sahip Servo-Hidrolik Yorulma test cihazı ile yapılmıştır. Numunelerin yorulma limitlerini belirlemek için R=-0.1 yük oranı, 6 Hz frekans ve sinüs dalgası şeklinde yük uygulanarak yorulma testleri yapılmıştır. Yorulma deneyleri sonrasında nanopartikül takviyeli ve takviyesiz olarak üretilen dokuma tip kompozit malzemelerin Yük Seviyesi (%) – Çevrim Sayısı (N) diyagramları, sönümleme oranları ve histerezis eğrileri incelenmiş, elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Ayrıca dokuma tip kompozit malzemelerde oluşan hasar mekanizmalarının SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri yapılmıştır. En yüksek yorulma ömürleri ve sönümleme oranları KM-3 katman yapısına sahip nanopartikül takviyeli ve takviyesiz olarak üretilen kompozit malzemelerde tespit edilmiştir. Üretim açısından tavsiye edilen dokuma kompozit malzemeler KM-3 katman yapılı numunelerdir. Nanopartikül takviyeli ve takviyesiz üretilen dokuma kompozit malzemelerde genel olarak simetrik histerezis eğrileri oluştuğundan deformasyon davranışlarının lineer elastik olduğu anlaşılmaktadır.

Abstract:
In recent years, the importance of nanoparticles, which are high-tech products, has been increasing. Nanoparticles are used in many fields as well as in the field of composite materials. One of the new application areas for composites in recent years is the construction sector. The special requirements in this industry offer many opportunities. The most important feature of composites consisting of a combination of glass and carbon fiber resin is the capacity to produce endless new materials according to the quality of the selected material.
In this study, woven type composite materials produced with 5 different layer structures without nanoparticle reinforcement and with different ratios by mass (0.5%, 1% and 3%) with Al2O3, CuO and MgO nanoparticle reinforcement were subjected to fatigue tests. Before starting the fatigue tests, pieces of 40x25mm were attached to the ends of the composite materials so that the samples were only subjected to loads in the tensile and compression direction and not affected by bending moment. Fatigue tests were carried out with a Shimadzu Servo-Hydraulic Fatigue Tester with 100 kN load cell in the Laboratory of the Mechanical Engineering Department of Batman University. In order to determine the fatigue limits of the samples, fatigue tests were carried out by applying R=-0.1 load ratio, 6 Hz frequency and sine wave load. After fatigue tests, Load level (%) – Cycle number (N) diagrams, damping ratios and hysteresis loops of woven type composite materials produced with and without nanoparticle reinforcement were examined and the results were interpreted. In addition, SEM (Scanning Electron Microscope) analyzes of damage mechanisms in woven composite materials were investigated. The highest fatigue cycles and damping ratios were determined in woven composites with KM-3 stacking sequence. Woven composites recommended for production were samples with KM-3 stacking sequence. Since generally symmetrical hysteresis curves occured in woven composite materials produced with and without nanoparticle reinforcement, the deformation behavior was thought to be linear elastic.