Yaşlandırma işlemine tabi tutulan kompozit plakaların balistik hasarının sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve incelenmesi
Modeling and investigation of ballistic damage of the composite plates subjected to aging process with finite element method
Yazar: ERSAN KIRAR
Danışman: PROF. DR. MURAT KISA
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Yapay yaşlandırma = Artificial aging

Özet:
Balistik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan elyaf takviyeli kompozit malzemeler çeşitli yaşlandırma prosesleri nedeniyle zaman içerisinde bozunmaktadır. Yaşlandırma nedeniyle bozunan kompozit malzemenin mekanik özelliklerinin tespiti, uygulamada kullanım için önem arz etmektedir. Literatürde çeşitli yaşlandırma işlemine maruz bırakılan kompozit malzemelerin deneysel, teorik veya sonlu elemanlar yöntemiyle incelendiği görülmüştür. Ancak yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılan kompozit malzemenin, sonlu elemanlar yöntemiyle kademeli hasar incelemesi ile ilgili yapılan çalışmaya rastlanmamıştır. Bu sebeple bu çalışmada, yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılan S2 cam/epoksi kompozit malzemenin Ls dyna ve Mat 162 malzeme modeli kullanılarak kademeli hasar incelemesi yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında S2 cam/epoksi kompozit plakalar üretilmiş ve üretilen plakalar standartlara uygun kesilerek test numuneleri elde edilmiştir. Kesilen numuneler, yaşlandırılmayanlar için bir grup ve yaşlandırma işlemine tabi tutulanlar için ise 3 grup (4, 8 ve 12 ay) olmak üzere dört gruba ayrılmıştır. Elde edilen numuneler yapay deniz suyu ortamında yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Tüm numunelere uygulanan testler ile malzemenin mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Ayrıca mekanik testlerden ve literatürden (İlk grup için literatürden ve diğer gruplar için ise bir önceki grubun verileri baz alınarak) elde edilen veriler kullanılarak Mat 162 malzeme modeli parametrelerinin taslak hali elde edilmiştir. Elde edilen Mat 162 malzeme modeli parametreleri ile testlerin sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz ve test sonuçları karşılaştırılarak hem yaşlandırılan hem de yaşlandırılmayan gruplar için Mat 162 malzeme modeli parametreleri elde edilmiştir. Malzemede yaşlandırma işleminin etkisiyle "am ve yoğunluk" parametreleri hariç diğer Mat 162 malzeme modeli verilerinde düşüş tespit edilmiştir. Tüm gruplar için elde edilen Mat 162 malzeme modeli parametreleri ile balistik uygulamaya ait sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre yaşlandırma süresi arttıkça balistik dayanımın azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca grupların yaşlandırma işleminden etkilenen Mat 162 malzeme modeli parametreleri için yaşlandırma süresine bağlı eğri denklemleri elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılarak Mat 162 malzeme modeli veri tespitlerinin, 12 aydan fazla süren yaşlandırma işlemi için de yapılabilmesi sağlanmıştır.

Abstract:
Fiber-reinforced composite materials, which are widely used in ballistic applications, deteriorate over time due to various aging processes. Determining the mechanical properties of composite materials that deteriorate due to aging is important for use in practice. It has been seen in the literature that composite materials subjected to various aging processes have been examined experimentally, theoretically or by finite element methods. However, no study has been found on the gradual damage examination of composite materials aged in artificial seawater using the finite element method. For this reason, in this study, gradual damage examination of the S2 glass/epoxy composite material aged in artificial seawater environment was carried out using the Ls dyna and Mat 162 material model. In the first stage of the study, S2 glass/epoxy composite plates were produced and the produced plates were cut in accordance with the standards and test samples were obtained. Cut samples, It is divided into four groups: one group for those who are not aged and 3 groups for those who are subjected to aging (4, 8 and 12 months). The samples obtained were subjected to aging in an artificial seawater environment. The mechanical properties of the material were determined through tests applied to all samples. In addition, a draft version of the Mat 162 material model parameters was obtained using data obtained from mechanical tests and literature (Based on the literature for the first group and the data of the previous group for the other groups). Finite element analysis of the tests were performed with the obtained Mat 162 material model parameters. By comparing the analysis and test results, Mat 162 material model parameters were obtained for both aged and non-aged groups. Due to the effect of the aging process on the material, a decrease was detected in other Mat 162 material model data, except for the "am and density" parameters. Finite element analysis for ballistic application was performed with the Mat 162 material model parameters obtained for all groups. According to the analysis results, it was determined that ballistic resistance decreased as the aging time increased. In addition, curve equations depending on the aging time were obtained for the Mat 162 material model parameters affected by the aging process of the groups. By using these equations, Mat 162 material model data determinations can be made for the aging process lasting more than 12 months.