Hava araçlarında kullanılan kompozit yapısalların onarım yöntemlerinde uygulanan yapıştırma bağlantılarının optimizasyonu
Optimization of adhesive joints applied in repair methods of composite structures used in aircraft
Yazar: MEHMETCAN EVREN
Danışman: PROF. DR. AHMET ÜNAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bugünün dünyasında polimer matrisli kompozitlerin çeşitli endüstrilerdeki kullanımı hızla artmaktadır. Bu artış, üretim ve montaj yöntemlerinin sürekli olarak geliştirilmesini sağlamıştır. Bu çalışma, polimer matrisli karbon fiber takviyeli kompozitlerin onarım yöntemlerinden olan kademeli ve açılı yapıştırma tamir metotlarını detaylı bir şekilde incelemiştir. Açılı ve kademeli yapıştırma tamir yöntemleri, özellikle yüksek mukavemet geri kazanımı ve aerodinamik gereksinimlerin önemli olduğu alanlarda tercih edilmektedir. Bu yöntemler, tamir edilen bölgenin mekanik performansının anlaşılması için kritik öneme sahiptir.

Çalışmada, termoset epoksi matrisli karbon prepreglerden üretilen kompozit malzemeler kullanılmıştır. Numunelerin üretiminde vakum torbalama ve otoklav yöntemleri kullanılmıştır. Bağlantı yöntemleri için yapışma yüzeyi, yapışma açısı ve fiber oryantasyonu gibi değişkenler üzerinde deneyler yapılmıştır. Plaka üretimi her iki bağlantı tipi için de aynı kalınlıkta ve standartlarda gerçekleştirilmiştir. Adeziv bağlantı için imal edilen numuneler montaj öncesi plazma cihazı ile hazırlanmıştır. Kademeli ve açılı bağlantı numuneleri ASTM D3039 ve ASTM D790 standartlarına uygun olarak talaşlı imalatta kesilmiştir. Yapışma geometrisi, kademeli yapışma ve açılı bağlantılarda değişkenlik göstermektedir.

Üretim sonrasında numunelere çekme dayanımı, eğme dayanımı ve kalsinasyon gibi mekanik ve fiziksel testler uygulanmıştır. Ayrıca, deney numunelerinin kırık yüzey görüntüleri laboratuvar ortamında taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. Tez kapsamında yürütülen deneyler ASTM standartları referans alınarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, kompozit onarımının deneysel ve sayısal analizine sistematik bir yaklaşım sunmaktadır. Deney sonuçları, hem onarım bölgelerinin mekanik davranışının daha iyi anlaşılmasını sağlamış hem de farklı karbon fiber takviyeli kompozitlerin yapı-özellik ilişkilerinin gelecekteki analizi için bir temel oluşturmuştur.

Abstract:
The use of polymer matrix composites in various sectors is steadily increasing today. Consequently, there has been a surge in the development of production and assembly methods. This study focuses on the examination of the incremental and scarf bonding repair methods for polymer matrix carbon fiber reinforced composites, stemming from the main idea stated. Incremental and scarf bonding repair methods are primarily used as the preferred choice where high strength recovery and aerodynamic requirements are inevitable. Understanding the mechanical performance of the repaired area is crucial.
The study utilizes composite materials produced from carbon prepregs with a thermoset epoxy matrix. Vacuum bagging and autoclave methods were employed in the production of the specimens. Experiments were conducted varying bonding surface, bonding angle, and fiber orientation in the bonding methods. Plate production was carried out at the same thickness and standards for both bonding types. Specimens prepared for adhesive bonding were surface treated with a plasma device prior to assembly. For adhesive bonding, specimens were machined according to ASTM D3039 and ASTM D790 standards. The bonding step varies in scarf and incremental bonding experiments.

After production, mechanical tests including tensile strength, flexural strength, and physical tests such as calcination were conducted on the specimens. Additionally, the fractured surface images of the specimens were examined using scanning electron microscopy (SEM). All experiments were conducted in accordance with ASTM standards. This study presents a systematic approach to the experimental and numerical analysis of composite repair. The experimental results have facilitated a deeper understanding of the mechanical behavior of repair regions and provided a foundation for the future analysis of different Carbon Fiber Reinforced Composites and their structure-property relationships.