İleri termoplastik matrisli kompozitlerin ısı ile şekillendirilebilirliğinin araştırılması
Investigation of thermoforming of advanced thermoplastic matrix composites
Yazar: İBRAHİM MURAT ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmal Usulleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çeşitli endüstriyel uygulamalarda sürdürülebilir ve yüksek performanslı malzemelerin tercih edilmesi, termoplastik matrisli kompozitlere talebin artmasına neden olmuştur. Çalışmanın, farklı endüstriyel uygulamalar için termoplastik matrisli kompozitlerin tasarımı ve üretimine ilişkin önemli bilgiler sağlayarak katkıda bulunması amaçlanmıştır. Çalışma, cam fiber takviyeli polipropilen, karbon fiber takviyeli poliamid ve karbon fiber takviyeli polietereterketon plakalarının, düz plaka formundan kubbe formuna şekillendirilmesi sürecini modellemek ve simüle etmek için Abaqus CAE programını kullanmıştır. Isı ile şekillendirme koşullarını doğru bir şekilde oluşturabilmek için, temel simülasyon geometrisi olarak 304 paslanmaz çelik özelliklerinde bir erkek ve bir dişi kalıp tasarlanmıştır. Simülasyon düzeneği, kompozit plakanın altına yerleştirilmiş sabit bir dişi kalıp içerirken, plakanın üzerinde bulunan erkek kalıp, uygulanan kuvvet ile birlikte negatif z yönünde hareket edecek şekilde programlanmış ve düz kompozit plakanın iki kalıp arasında bir kubbe formunu almasını sağlamıştır. Nihai ürün üzerindeki kalınlık değişimi ve kırışıklık oluşumu etkilerini incelemek için değişen parametreler ile tekrarlanan simülasyon sonuçlarında, her bir malzeme çiftinin 1 mm, 2 mm ve 4 mm kalınlığındaki plakalarının şekillenme durumu, kalınlık değişimi, kesit alana düşen kuvvetleri ve gerilmeleri karşılaştırılmıştır. Abaqus CAE yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen simülasyonlar, ileri termoplastik matrisli kompozitlerin ısı ile şekillendirme prosesini modellemiştir. Plakanın kubbe formunu aldığında ortaya çıkan şekillenme durumu, kalınlık değişimi, kesit alana düşen kuvvetleri ve gerilmeler incelenmiştir.

Abstract:
The preference for sustainable and high-performance materials in various industrial applications has led to an increased demand for thermoplastic matrix composites. The study aims to contribute by providing important information on the design and production of thermoplastic matrix composites for different industrial applications. The study used Abaqus CAE software to model and simulate the forming process of glass fibre reinforced polypropylene, carbon fibre reinforced polyamide and carbon fibre reinforced polyetheretherketone plates from flat plate form to dome form. To accurately create the heat forming conditions, a male and a female mold with properties of 304 stainless steel were designed as the basic simulation geometry. The simulation setup included a stationary female mold beneath the composite plate, while the male mold on top was programmed to move in the negative z direction along with the applied force, enabling the flat composite plate to take a dome form between the two molds. In repeated simulation results with varying parameters to examine the effects of thickness variation and wrinkling formation on the final product, the forming condition, thickness variation, section forces, and stresses of each material pair's plates with 1 mm, 2 mm, and 4 mm thicknesses were compared. Simulations conducted using Abaqus CAE software modeled the thermoforming process of advanced thermoplastic matrix composites. The forming behavior, thickness variation, section forces, and stresses observed when the plate assumes a dome shape have been analyzed.