Karbon nanotüp ve bor nitrür nanodisk içeren filaman sarım karbon elyaf takviyeli nanokompozit boruların yorulma davranışı
Fatigue behavior of filament wound carbon fiber reinforced nanocomposite pipes containing carbon nanotube and boron nitride nanodisk
Yazar: TUGAY ÜSTÜN
Danışman: PROF. DR. AHMET AVCI ; YRD. DOÇ. DR. VOLKAN ESKİZEYBEK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Filaman sarım ile üretilmiş kompozit borular ve tanklar kimyasal madde içeren akışkanların depolanmasında, petrol, doğalgaz iletim hatlarında ve askeri alanlarda kullanılmaktadır. Farklı alanlarda kullanılan borular zamanla büyüklüğü ve yönü değişen gerilmeler altında yorulma etkisine maruz kalmakta ve belli bir kullanım ömürleri olmaktadır. Kompozit borular farklı gerilmeler altında çalışmasından dolayı infilak ya da yarılma şeklinde hasarlar meydana gelmektedir. Bu hasarları geciktirmek ve kompozit boruların kullanım ömürlerini artırmak için matriks malzemesine son yıllarda gelişen nanodolgular ilave edilmektedir.
Bu çalışmada filaman sarım yöntemi ile karbon elyaf/epoksi nanokompozit borular ±55° sarım açısında üretilirken epoksi reçine içerisine nanodolgu olarak çok cidarlı karbon nanotüp (ÇCKNT) ve bor nitrür nanodiskler (BNND) katılmıştır. Nanodolgu kullanılarak üretilen boruların mekanik testler neticesinde nanomalzemelerin hasar oluşumu, gelişimi ve sonuç hasarı üzerindeki etkisi araştırılmış ve nanokompozit borularda oluşan sonuç hasarın analizi yapılmıştır. Nanokompozit borular ASTM standardına göre iç basınç altında patlatma testine tabii tutulmuş ve bu teste göre 0,7, 0,6 ve 0,5σstatik gerilme oranlarında iç basınç yorulma testi uygulanmıştır. Yorulma testi sonucunda S-N eğrileri elde edilmiş ve nanokompozit boruların kullanım ömürleri bulunmuştur. Hasar başlangıçları ve son hasarların analizi için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop ile görüntüler alınarak bu hasarlı yüzeylerin incelenmesi yapılmıştır.

Abstract:
Composite pipes and tanks, which produced by filament winding, are used in storage of fluids containing chemicals both oil and natural gas transmission lines and military field. Pipes used in different areas, are exposed to fatigue effects under stresses of which magnitude and direction change by time and this causes limited by lifetime. Because of varying stress conduces explosion or splitting damage occurs in composite pipes. In order to retard this damages and increase the lifetime of composite pipes nanofillers are introduced to matrix material in recent years.
In this study, carbon fiber/epoxy nanocomposite pipes were produced by filament winding method with ±55° winding angle. As a nanofiller multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and boron nitride nanoplate (BNNP) were introduce to epoxy resin. Via mechanical tests of produced pipes the effect of nanomaterials an damage formation, development and final damage were investigated. Nanocomposite pipes were subjected to internal pressure blasting test according to ASTM standards. Based on internal pressure blasting tests, internal pressure fatigue tests were conducted at 0,7, 0,6 and 0,5σstatic stress ratios. S-N curves were obtained according to fatigue test and lifetime of nanocomposite pipes were evoluted. To analyse damage initiation and final damage scanning electron microscope (SEM) and optical microscope images were taken and damaged surfaces were investigated.