Yüzey çatlaklı ve çatlaksız ±55° filaman sarım cnt takviyeli ctp kompozit boruların mekanik özelliklerinin ve iç basınç etkisi altındaki yorulma davranışının araştırılması
Investigation of mechanical properties and fatigue behavior under internal pressure effect of the ±55° fi̇lament wi̇ndi̇ng cnt reinforced ctp composite pi̇pe wi̇th and wi̇thout surface crack
Yazar: MUSTAFA TAŞYÜREK
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN TARAKÇIOĞLU
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, filaman sarım metodu ile imal edilen E camı - epoksi kompozit boruları ile, çok duvarlı karbon nanotüplerle takviye edilen nanokompozit boruların iç basınç etkisi altında yorulma ömürleri deneysel olarak araştırılmıştır. 
Farklı derinlik oranlarında (a/t=0,25 ve a/t=0,50) açılmış olan eliptik yüzey çatlakları incelenmiştir. Yapılan tüm deneyler esnasında yüzey çatlağı, yorulma çatlak büyüme oranı ve kırılma tokluğu incelenmiştir. Çalışmada, % 0,5 ve % 1 olmak üzere iki farklı oranda nano malzeme takviyesi kullanılarak, referans malzemesi olan takviyesiz cam takviyeli plastik (CTP) ile kıyaslama yapılmıştır. Ayrıca her çeşit numunenin hem yüzey çatlaklı numunelerin hem de çatlaksız numunelerin yorulma ömrüne etkisi araştırılmıştır.
Araştırma sonuçlarında cam elyaf ve reçine oranını belirlemek için yakma testi yapılmış, daha sonra yüzey çatlağı açılmış ve açılmamış olan numunelere statik iç basınç testi uygulanmıştır. Statik iç basınç testi değerlerinde, karbon nanotüp takviyesi ile % 10'a kadar artış bulunmuştur. Yorulma ömürlerinin tespit edilmesi için farklı yorulma gerilmesi değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar yorumlanmıştır. Yorulma ömrü % 1 CNT takviyesiyle 5 kata kadar attırılmıştır. Bu artış yüzey çatlaklı borularda 7 kat artmıştır. Tüm bu deneyler ile malzeme sabitleri ve hasar mekanizmaları belirlenmiştir. Bunların yanı sıra deneysel olarak elde edilen σN- a/t değişim grafiği teorik bağıntı mukavemet değişimi karşılaştırılarak filaman sarım işlemi ile imal edilen kompozit ve nanokompozit CTP borulardaki uygunluğunun bulunması için Newman-Raju analitik yaklaşımı kullanılmıştır. Tüm deneylerde ilgili standartlar ve referanslar kullanılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda patlama mukavemeti ve yorulma ömrü karbon nanotüp takviyesi ile artmıştır. Sonuç olarak yüzey çatlaklı ve çatlaksız CTP boruların karbon nanotüp takviyesinin malzeme özellikleri üzerine etkisinin belirlenmesi ile elde edilen sonuçlar irdelenerek değerlendirilmiştir. Deney şartlarına göre % 1 CNT'nin CTP'lere takviye edilmesinin daha uygun olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, fatigue life of glass fiber - epoxy matrix material produced by the filament winding composite pipes and matrix material reinforced with multi-walled carbon nanotubes nanocomposite filament winding tubes were determined experimentally under the influence of internal pressure. 
Elliptical surface cracks which opened in different depth ratio (a/t=0,25 ve a/t=0,50) were examined. During all the experiments, the surface crack, fatigue crack growth rate and fracture toughness were investigated. In this study, two different rates of 0,5% and 1% by addition of nano-reinforced material were compared with the pure epoxy material (CTP). Also, fatigue life of both surface cracks samples and non-cracks samples were investigated.
In the research results, combustion test was performed to determine the proportion of glass fiber and resin then the static internal pressure test was applied to the samples of opened and unopened surface flaw. Static internal pressure test values were increased by up to 10% with the addition of carbon nanotubes. Fatigue test performed at different stress values to determine the fatigue life. Fatigue life up to 5 times increased with 1% CNT reinforcement. It also fractured surface in pipes 7 times. The material constants and failure mechanisms were determined at all these experiments. Experimentally obtained graph of σN- a/t compared with theoritical correlation for investigation suility composite and nanocomposite pipe by fabricated filament winding process. So Newman-Raju analytic approach was utilized. For all these experiments the relevant standards and references were utilized. As a results of this work, it was determined that the explosion strength and fatigue life increases with carbon nanotubes rate. In conclusion, by determining of the effect of the reinforcement of carbon nanotubes GRP pipes with and without surface cracks on the material properties were discussed. According to the experimental conditions, the suitability of 1% CNT reinforcement to the CTP pipes was determined.