Cam elyaf iplikler ile güçlendirilmiş köpük çekirdekli kompozit sandviç yapıların mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the mechanical properties of composite sandwich structures having glass fiber tows-reinforced foam core materials
Yazar: HACI ÖMER AKDERE
Danışman: DOÇ. DR. ÇAĞRI UZAY
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hibrit malzeme sınıfının bir üyesi olan sandviç yapılar, oldukça düşük yoğunluklu ve nispeten kalın bir çekirdek malzemenin ince yüzey tabakaların arasına yerleştirilmesi ile elde edilen ileri tabakalı kompozitlerdir. Hafifliğine karşın çok yüksek eğme rijitliği sunması sayesinde uzay-havacılık, taşımacılık, enerji, savunma ve gemi inşası gibi çeşitli sektörlerde yapısal mühendislik malzemesi olarak kullanılmakta ve bu mekanik avantajlarını daha da iyileştirmeye yönelik veya farklı fiziksel özellikleri de bir araya getirebilecek çok fonksiyonlu yapıların araştırma geliştirme çalışmaları da devam ettirilmektedir. 
Bu tez çalışmasında, cem elyaf iplikler ile polyvinylchloride (PVC) köpük çekirdeklerin belli bir geometrik düzende güçlendirilmesi ve sonrasında cam elyaf yüzey tabakalara sahip sandviç yapıların mekanik özelliklerine etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda 300-600-1200 tex gibi farklı yoğunluklara sahip cam elyaf iplikler; 10 mm ve 20 mm kalınlıklarında ve 60 kg/m3 ve 80 kg/m3 olmak üzere PVC köpük çekirdekler; 200 gr/m2 alansal yoğunluğa sahip düz dokuma E-cam elyaf kumaşlar kullanılacaktır. Matris malzemesi olarak polimer esaslı epoksi reçine ve ona uygun bir sertleştirici (ağırlıkça 4:1 karışım oranına sahip) kullanılacaktır.
Sandviç yapılar vakum torbalama yöntemi ile üretilecektir. Yapıyı meydana getiren cam elyaf kumaşlar ve çekirdek malzemeler ile çekirdek içerisinde yer alacak ipliklerin aynı anda vakum atmosferi altında kürlenmesi sağlanacaktır. Yukarıda verilen parametreler doğrultusunda referans plakalar (cam elyaf iplik olmayan) ile birlikte toplam 12 adet farklı sandviç yapı üretilecektir. Böylece farklı cam elyaf iplik yoğunluklarının farklı kalınlık ve farklı yoğunluklardaki köpük çekirdek malzeme üzerine etkileri incelenmiş olacaktır.
Mekanik özellikler ASTM C393 Standardına göre üç nokta eğme ve ASTM C365 Standardına göre basma testleri ile araştırılacaktır. Üretilen sandviç plakalardan standartlarda belirtilen uygun ölçülere göre numuneler (eğme test numunesi 200 mm x 50 mm x t; basma test numunesi 50 mm x 50 mm x t) elde edilecektir. Testler neticesinde sandviç yapıların eğme ve basma kuvvetleri altında yük taşıma kapasiteleri belirlenecek ve standartlarda yer alan eşitlikler kullanılarak çekirdek kayma gerilmesi, yüzey tabaka gerilmeleri, basma dayanımı gibi mekanik özellikler hesaplanacaktır. Üretim parametrelerine göre ortaya çıkan sandviç konfigürasyonlarının sonuçlar üzerindeki etkileri değerlendirilecek ve bu çalışmayla erişilecek mekanik avantajlar literatür çalışmaları ile kıyaslanacaktır.

Abstract:
Sandwich structures, a member of the hybrid material class, are advanced layered composites obtained by placing a relatively thick core material with very low density between thin surface layers. Despite its light weight, it offers very high flexural stiffness and is used as a structural engineering material in various sectors such as aerospace, transportation, energy, defense and shipbuilding, and research and development of multifunctional structures that can further improve these mechanical advantages or combine different physical properties is also being carried out. 
In this thesis, it is aimed to reinforce polyvinylchloride (PVC) foam cores with cem fiber yarns in a certain geometric order and then investigate the effect on the mechanical properties of sandwich structures with glass fiber surface layers. For this purpose, glass fiber yarns with different densities such as 300-600-1200 tex; PVC foam cores with 10 mm and 20 mm thicknesses and 60 kg/m3 and 80 kg/m3; plain woven E-glass fiber fabrics with an areal density of 200 gr/m2 will be used. Polymer based epoxy resin and a suitable hardener (with a mixture ratio of 4:1 by weight) will be used as the matrix material.
Sandwich structures will be produced by vacuum bagging method. The glass fiber fabrics and core materials forming the structure and the yarns in the core will be cured under vacuum atmosphere at the same time. In line with the parameters given above, a total of 12 different sandwich structures will be produced together with reference plates (without glass fiber yarns). Thus, the effects of different glass fiber yarn densities on the foam core material with different thicknesses and different densities will be investigated.
Mechanical properties will be investigated by three-point bending tests according to ASTM C393 Standard and compression tests according to ASTM C365 Standard. Specimens (flexure test specimen 200 mm x 50 mm x t; compression test specimen 50 mm x 50 mm x t) will be obtained from the produced sandwich plates according to the appropriate dimensions specified in the standards. As a result of the tests, the load carrying capacity of the sandwich structures under bending and compression forces will be determined and mechanical properties such as core shear stress, surface layer stresses, compressive strength will be calculated using the equations in the standards. The effects of the resulting sandwich configurations on the results will be evaluated according to the production parameters and the mechanical advantages to be achieved with this study will be compared with the literature studies.

Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)