Farklı geometrik özelliklere sahip alüminyum balpeteği kompozit panellerin termal çevrim sonrası mekanik özelliklerindeki değişimin incelenmesi
Investigation of the change in mechanical properties of different geometrical properties aluminum honeycomb composite panels after thermal cycle
Yazar: ZEKİ ÇATLI
Danışman: PROF. DR. NECATİ ATABERK
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum kompozitler = Aluminum composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Kompozit malzemeler kullanım alanlarına göre farklı ısıl yüklere maruz kalmaktadır. Örneğin, havacılık ve uzay sektöründe yapı malzemesi olarak kullanılan kompozitler sıcaklık farkı yüksek ortamda çalışması gerekmektedir. Değişken sıcaklık koşulları altında çalışan malzemelerin termal çevrim sonrası mekanik özellikleri detaylı olarak incelenmelidir. Malzemelerin farklı sıcaklıklar altında çalışma özellikleri tasarım aşamasında dikkate alınmazsa yapı üzerinde mikro çatlaklar oluşabilmektedir. Mikro çatlaklar kompozit malzemeler için tabakalı kompozit malzemelerde tabakalar arasında ayrılmaya ve katmanlarda kopmaya sebep olmaktadır. Bu nedenle kompozit malzemelerin termal çevrimler sonrası mekanik özelliklerindeki değişimler birçok araştırmaya konu olmuştur. Bu çalışmada farklı geometrik özelliklere sahip bal peteği kompozit sandviç panellerin farklı sıcaklık koşulları sonrasında mekanik özelliklerindeki değişime odaklanılmıştır. Bu çalışmada savaş uçaklarının hareketli kısımlarında yaygın olarak kullanılan Al/Al bal peteği sandviç kompozit kullanılmıştır. Kullanılan bal peteği sandviç kompozitler, poliüretan yapıştırıcı kullanılarak birbirine yapıştırılan alüminyum alaşımlı (5754-H22) yüzey tabakaları ve alaşımlı (3005-H19) bal peteği çekirdekten üretilmiştir. Alüminyum esaslı kompozit yüzey tabakaları ve bal peteği çekirdeği arasında kullanılan poliüretan yapıştırıcı 80 °C kürlenme sıcaklığında, atmosferik basınç altında 15 dakika kürlenmiştir. Sandviç kompozit paneller ASTM C393 / C393M standardında belirtildiği gibi üç nokta eğilme testleri için uygun boyutta 2 farklı yükseklikte kesilmiştir. Deney parçaları standart deney parçası boyutları olan (200 mm × 75mm × 15 mm) ve (200 mm × 75mm × 20mm) boyutlarında hazırlanmıştır. Alüminyum bal peteği sandviç paneller imalat süreci sonrasında tipik savaş uçaklarının gözetleme faaliyetlerinde maruz kaldığı hava koşulları göz önüne alınarak termal döngü testlerine maruz bırakılmıştır. İlgili hava koşullarını simüle etmek amacıyla iklimlendirme kabinleri kullanılarak Al/Al bal peteği sandviç paneller farklı sayıda termal döngülerde test edilmiştir. Bal peteği sandviç paneller hem mekanik özelliklerini belirlemek hem de üç nokta eğilme testi altındakini davranışını incelemek amacıyla üç nokta eğilme testine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, termal döngü sayısının artmasına bağlı olarak en büyük kuvvet değerlerinin düşme yöneliminde olduğu tespit edilmiştir. Deney parçaları grupları geometrik özelliklerine göre incelendiğinde, aynı yükseklik değeri için birim çekirdek genişliği arttıkça en büyük kuvvet değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Aynı birim çekirdek genişlik değeri için yükseklik arttıkça en büyük kuvvetin artış gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, termal döngü sayısı ile malzemede meydana gelen çökme miktarları arasında doğrusal bir bağıntı olmadığı görülmektedir. Ancak, genel olarak termal döngü sayısının artmasına bağlı olarak malzemede meydana gelen çökme miktarında artma yöneliminde olduğu tespit edilmiştir. Bunlara ek olarak, çekirdek yüksekliğinin fazla ve çekirdek birim genişliğinin az olduğu deney parçaları grubu en az deformasyona uğradığı gözlemlenmektedir. Bununla birlikte, çekirdek yüksekliğinin az ve çekirdek birim genişliğinin fazla olduğu deney parçaları grubunun yer değiştirmesinin en fazla olduğu gözlemlenmektedir.

Abstract:
Composite materials are exposed to different thermal loads depending on their usage areas. For example, composites used as building materials in the aviation and space industry must work in environments with high temperature differences. The mechanical properties of materials operating under variable temperature conditions after thermal cycling should be examined in detail. If the working properties of materials under different temperatures are not taken into account at the design stage, micro cracks may occur on the structure. For composite materials, microcracks cause separation between layers and rupture in layers in layered composite materials. For this reason, changes in the mechanical properties of composite materials after thermal cycles have been the subject of many studies. In this study, we focused on the change in mechanical properties of honeycomb composite sandwich panels with different geometric properties after different temperature conditions. In this study, Al/Al honeycomb sandwich composite, which is widely used in the moving parts of warplanes, was used. The honeycomb sandwich composites used were manufactured from aluminum alloy (5754-H22) surface layers and alloy (3005-H19) honeycomb core, which were bonded together using polyurethane adhesive. The polyurethane adhesive used between the aluminum-based composite surface layers and the honeycomb core was cured for 15 minutes under atmospheric pressure at a curing temperature of 80 °C. Sandwich composite panels are cut at 2 different heights to the appropriate size for three-point bending tests as specified in according to ASTM C393 / C393M standard. Test pieces were prepared in standard test piece sizes (200 mm × 75 mm × 15 mm) and (200 mm × 75 mm × 20 mm). Aluminum honeycomb sandwich panels were subjected to thermal cycle tests after the manufacturing process, taking into account the weather conditions that typical warplanes are exposed to in surveillance activities. Al/Al honeycomb sandwich panels were tested at different numbers of thermal cycles using air-conditioning cabinets to simulate the relevant weather conditions. Honeycomb sandwich panels were subjected to a three-point bending test to determine their mechanical properties and to examine their behavior under the three-point bending test. When the results obtained were examined, it was determined that the largest force values tended to decrease due to the increase in the number of thermal cycles. When the groups of test pieces were examined according to their geometric properties, it was observed that the maximum force values increased as the unit core width increased for the same height value. It has been observed that the maximum force increases as the height increases for the same unit core width value. Additionally, it appears that there is no linear relationship between the number of thermal cycles and the amount of collapse occurring in the material. However, it has been determined that, in general, the amount of collapse in the material tends to increase due to the increase in the number of thermal cycles. In addition, it is observed that the group of test pieces with high core height and low core unit width undergoes the least deformation. However, it is observed that the displacement of the test piece group where the core height is low, and the core unit width is large is the highest.