Bal peteği yapılı hibrit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of honeycomb hybrid materials
Yazar: TUĞBA SELCEN ATALAY KALSEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN BURAK KARADAĞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ YASİN RAMAZAN EKER
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Hafif ve dayanımlı, enerji sönümleme özelliği yüksek alüminyum bal peteği malzemeler ve polimer köpükler gözenekli malzeme grubunun en önemli iki üyesidir. Günümüzde, bu malzemelerin hibrit kullanımı havacılık, savunma, biyomedikal, ulaşım gibi çeşitli kritik uygulama alanlarında giderek önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, farklı hücre boyutu, folyo kalınlığı ve yükseklilere sahip alüminyum bal peteği yapılar içerisinde yerinde üretim (in-situ) tekniği ile etilen vinil asetat (EVA) köpük oluşturularak hibrit malzemeler üretilmiştir. EVA dolgusunun mekanik özelliklere etkisi aynı parametrelere sahip dolgusuz bal peteği yapılarla mukayese edilerek incelenmiştir. Çalışmaların sonucunda, tespit edilen en uygun sıcaklık ve sürelerde köpürtülen EVA dolgusunun alüminyum hücre duvarlarına yapıştığı gözlenmiştir. Termoplastik doğası sayesinde dolgulu malzemelerin, basma yükü sonrası geri yaylanma özelliği tespit edilmiştir. 14,17 mm hücre boyutu, 50 µm folyo kalınlığı ve 6 mm yüksekliğe sahip EVA köpük dolgulu yapıda basma yükü kaldırıldıktan sonra %70 oranında geçici deformasyon oranı sağlanmıştır. Ayrıca,  bal peteğine ait daha büyük hücre boyutlarında, daha yüksek geri yaylanma oranları tespit edilmiştir. Bu çalışmada, bal peteği yapısına ait geometrik parametrelerin, düzlem dışı basma testlerinden elde edilen pik gerilim, kritik gerinim, plato gerilimi, yoğunlaşma gerinimi gibi karakteristik değerlendirme ölçütlerine etkisi incelenmiştir. Hücre boyutu arttıkça, pik gerilme ve plato gerilme değerleri azalmaktadır. Artan alüminyum folyo kalınlığı ise pik gerilme değerini arttırmıştır. EVA köpük dolgusu ise yapının maksimum yük taşıma kapasitesinin ve plato gerilmesinin artmasını sağlamıştır. Dolgusuz ve EVA dolgulu yapılarına ait mekanik özelliklere etki eden en önemli parametrenin, folyo kalınlığının, serbest duvar uzunluğuna oranı (t/l) olarak belirlenmiştir.  Artan t/l oranı ile plato gerilmesi, pik gerilmesi ve hacim başına absorbe edilen enerji değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. Buna ek olarak, en yüksek t/l oranına sahip alüminyum bal peteği malzemesi dolgusuz ve dolgulu olmak üzere panel haline getirilerek elde edilen yapının dinamik davranışlarını belirlemek amacıyla ağırlık düşürme testi gerçekleştirilmiştir. EVA köpük üretim optimizasyonu ve hammadde analizi için termogravimetrik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetre (TGA, DSC) kullanılmıştır. Mekanik testler sonrasında oluşan hasarlar, elektron mikroskobu aracılığı ile incelenmiştir.

Abstract:
Lightweight polymer foams and aluminium honeycomb materials with high strength and energy absorption capacity are significant two members of cellular materials. The importance of using these materials as a hybrid is increasing in various critical industries such as aviation, defense, biomedical, and transportation.  In this thesis, in-situ EVA foam-filled aluminum honeycomb hybrid materials with different cell sizes, foil thicknesses, and heights were produced. The effects of EVA foam on mechanical properties were investigated by comparing it with unfilled honeycomb specimens with the same geometrical parameters. According to the results, EVA filling which is foamed at certain parameters such as temperature, and time showed a strong interaction between aluminum cell walls. In-situ EVA foamed aluminum honeycombs showed spring-back characteristics thanks to their thermoplastic nature. EVA foamed sample with 14.17 mm cell size, 50 µm foil thickness, and 6 mm height showed 70% temporary recovery after compression force was removed. In addition, it is obtained that bigger cell size of honeycomb lead to higher spring back ratio. In this study, the effects of geometrical parameters of honeycombs on characteristics obtained from compression test such as peak strength, critical strain, plateau strength, and densification strain were investigated. Peak strength and plateau strength decreased as cell sizes increased. Peak strength also increased as the foil thickness of aluminum was increased. The maximum load-carrying capacity and plateau strength of the structure also increased thanks to EVA foam filling. The most efficient parameter was obtained as the t/l ratio which is the ratio of foil thickness and free wall length for mechanical properties of both filled and unfilled structures. It is determined that plateau strength, peak strength, and absorbed energy per unit volume increased when t/l ratio increased. Moreover, the impact behavior of unfilled and EVA foam-filled samples with the highest t/l ratio was investigated under dynamic conditions via the drop weight test. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimeter (DSC) were used for the optimization of EVA foam production. Micro observations of damaged specimens after compression tests were done via scanning electron microscope.