Küresel takviye elemanı içeren kompozit yapılarda basma davranışının incelenmesi
Investigation of compression behavior in composite structures containing spherical reinforcement
Yazar: FERHAT AKPINAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basma = Printing ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Sandviç yapı elemanları = Sandwich structure elements

Özet:
Kompozit malzemeler günümüzde çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerde ihtiyaçlara yönelik sınıflandırmalar yapılmıştır. Kompozit malzeme tiplerinden olan sandviç kompozitlerde, mekanik özelliklerin belirlenmesinde yapı içerisindeki bileşenler etkin rol almaktadır. Sandviç kompozit malzemeler, yüzey tabakaları ile çekirdek katmanından meydana gelmektedir. Çekirdek yapısındaki değişim, sandviç yapının basma dayanımına etki eder. Literatürde sandviç kompozitin çekirdek kısmında; gözenekli, negatif poisson oranlı, bal peteği formlu gibi yapılar kullanılmıştır. Bu tez kapsamında içi boş küresel elemanlar, çekirdek tabakasında takviye elemanı olarak kullanılmıştır. Bu içi boş küresel elemanlar üç boyutlu yazıcıda PVC filament kullanılarak üretilmiştir. PVC filament yanmaya karşı dirençlidir ve yandığında kömürleşerek kendi kendine sönme eğilimindedir. Küresel elemanlardan kalan ara boşluklar ise poliüretan köpük ile doldurulmuştur. Yangına karşı dirençli poliüretan köpük türleri de vardır. Planlanan bu sandviç yapılar, esas dayanımını içi boş küresel elemanlardan sağlar. Poliüretan köpük ise içi boş küresel takviye elemanlarını ve alüminyum yüzey katmanlarını bir arada tutar. İçi boş küresel elemanların basma yüklemesi altındaki dayanımına elemanların duvar kalınlığı, çap ölçüsü, malzeme tipi, imalat yöntemi vb. parametreler etki eder. İçi boş küresel elemanlara basma yükü uygulandığında, elemanların burkulma riski vardır. Burkulma oluşması durumunda, uygulanan basma kuvvetinin hafifçe artırılmasına karşın ani büyük deformasyonlar gözlemlenebilir. İçi boş küresel elemanlarda gözlemlenecek burkulma, basma yüklemesi altındaki sandviç kompozitin mekanik davranışına etki eder. Bu çalışmada, tasarlanan sandviç kompozit malzemelerin basma davranışı incelendi. Bununla birlikte, sandviç kompozit malzemelerin çekirdek kısmında kullanılan bileşenler içinde yapısal dayanım incelemeleri yapıldı. Ayrıca, içi boş küresel takviye elemanlarının çapları ile kompozit yapıdaki mekanik davranış arasındaki ilişki de incelendi.

Abstract:
Composite materials are widely used today. Composite materials were classified according to their materialistic qualities for usage areas. Sandwich composite materials consist of face sheets and core. The change in the core structure affects the compressive strength of the sandwich structure. In the literature, Structures such as porous, auxetic, and honeycomb-shaped were used in the core part of the sandwich composite structures. In this thesis, hollow spherical elements were used as reinforcement elements in the core. These hollow spherical elements were produced by using PVC filament in a 3D printer. PVC filament is fire resistant and tends to char on its own when burned. Intermediate spaces between spherical elements were filled with polyurethane foam. There are also varieties of fire-resistant polyurethane foam. Hollow spherical elements provide the main strength of planned sandwich structures. Polyurethane foam holds the hollow spherical reinforcement elements and aluminum surface face-sheet together. The strength of hollow spherical elements under compression loading is affected by parameters like wall thickness, outer diameter size, material type, manufacturing method, etc. There is a risk of buckling when compressive loads are applied to hollow spherical elements. In the case of buckling, sudden large deformations can be observed despite a slight increase in the applied compressive force. The buckling to be observed in hollow spherical elements affects the mechanical behavior of the sandwich composite under compression loading. In this study, the compression behavior of the designed sandwich composite materials was investigated. In addition, structural strength studies were carried out on the components used in the core of sandwich composite materials. Additionally, the diameters of hollow spherical reinforcement elements and their effects on the mechanical behavior of the composite structure were also investigated.