Kompozit palakalarda düşük hızlı darbenin modellenmesi
Modelling the low velocity impact on composite plates
Yazar: MUHSİN ALÇI
Danışman: PROF. DR. RECEP GÜNEŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates

Özet:
Modern fiber takviyeli kompozitler düşük ağırlık ve yüksek mukavemeti bir arada sunabilmeleri nedeniyle günümüzde birçok alanda vazgeçilmez mühendislik malzemesi olarak kullanılmaktadır. Ancak düşük hızlı darbe altında gözle görülemeyecek farklı iç hasar türlerinin oluşması ve bu hasar türlerinin fark edilmeden birbirine bağlı olarak ilerlemesi birçok durumda tehlike oluşturmaktadır. Bu durum konunun araştırılmasını ve anlaşılmasını elzem hale getirmektedir.

Bu çalışmada cam fiber takviyeli kompozit malzemenin düşük hızlı darbe davranışı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel kısımda vakum destekli reçine infüzyon yöntemiyle aynı şartlarda üretilen test numunelerinin çekme, basma, kesme, yarı statik zımba kesme, yarı statik zımba ezme, kalınlık boyunca çekme testleri gerçekleştirilerek karakterizasyon çalışması yapılmıştır. Düşük hızlı darbe deneyleri ve darbe sonrası basma deneyleri gerçekleştirilmiştir. 

Sayısal kısımda düşük hızlı darbe deneyi LS-DYNA sonlu elamanlar yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Kompozit malzemenin modellenmesinde delaminasyon hasarını katı elamanlar kullanarak modelleyebilen MAT_162 malzeme modeli kullanılmıştır. Malzeme modeli girdi kartında gerekli olan malzeme özellikleri deneysel kısımda yapılan karakterizasyon çalışmalarından elde edilmiştir. Çalışmada fiber takviyeli kompozitlerin düşük hızlı darbe altındaki davranışında deneysel ve sayısal sonuçlar arasında uyumluluk elde edilmiştir.

Abstract:
Modern fiber-reinforced composites are used as indispensable engineering materials in many fields today due to their ability to offer low weight and high strength together. However, the occurrence of different internal damage modes invisible to the eye under low-velocity impact and the unnoticed progression of these damage modes in an interconnected manner pose a danger in many cases. This situation makes it essential to investigate and understand the subject.

In this study, the low velocity impact behavior of glass fiber-reinforced composite material was investigated experimentally and numerically. Experimentally, tensile, compression, shear, quasi-static punch shear, quasi-static punch crush, and through thickness tensile tests of test specimens produced under the same conditions by vacuum-assisted resin infusion method were performed. Thus, a mechanical characterization study was carried out. Then, low velocity impact tests and compression after impact tests were performed. 

Numerically, the low velocity impact test was modeled using LS-DYNA finite element software. MAT_162 material model, which can model delamination damage using solid elements, was used to model the composite material. The material properties required in the material model input card were obtained from the characterization studies carried out in the experimental part. In the study, the agreement between experimental and numerical results was obtained in the behavior of fiber-reinforced composites under low velocity impact.