Fiber yönelimlerinin polimer kompozitlerin mekanik davranışları üzerine etkisinin deneysel ve sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Experimental and finite element investigation of the effect of fiber orientations on the mechanical behavior of polymer composites
- Tez No: 1006626
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Metallurgical Engineering, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Polimer kompozitler, Polymer composites
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ostim Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, Vakum Kontrollü Reçine Transfer Kalıplama (VKRTK/VARTM) metodu yardımıyla Karbon Fiber Takviyeli Plastik (KFTP/CFRP) ve Bazalt Fiber Takviyeli Plastik (BFTP/BFRP) takviyeli epoksi kompozit malzemeler plaka şeklinde başarılı şekilde üretilmiştir. Bu kompozitlerin mekanik özellikleri, çekme ve eğilme dahil olmak üzere kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bu araştırmanın temel amacı, farklı takviye elemanlarının ve elyaf oryantasyonlarının (0°, 45° ve 90°) kompozitlerin nihai performansları üzerindeki belirleyici etkilerini deneysel olarak yapmaktır. Bu amaç doğrultusunda, yedi farklı malzeme kombinasyonuna sahip 600×600 mm boyutlarındaki kompozit plakalar VARTM yöntemiyle üretilmiştir. ASTM D3039 standardına uygun olarak CNC ile kesilerek hazırlanan numuneler üzerinde, belirlenen üç ana fiber yöneliminde sistematik çekme ve eğilme testleri uygulanmıştır. Ayrıca, teorik ve pratik yoğunluk değerleri belirlenmiş ve Sonlu Elemanlar Metodu (FEM) analizleri ile sonuçlar sayısal olarak desteklenmiştir. Deneysel bulgular, fiber yöneliminin mekanik özellikler üzerinde kritik bir etkiye sahip olduğunu açıkça göstermiştir. Karbon fiber takviyeli polimerlerde, 0° ve 90° yönlerinde sırasıyla 500 MPa ve 520 MPa çekme mukavemeti ölçülürken, 45° yöneliminde bu değer 120 MPa'ya düşmüştür. Buna ilaveten, 0° çekme yönünde en yüksek değer 640 MPa ortalama ile 400 gr Tek yönlü (Unidirectional) numunesine aitken, en düşük değer ise 275 MPa ortalama değer ile 285 gramlık 4×4 Çapraz numunesinde görülmüştür. BFRP 'ler 0° ve 90° de çok büyük fark oluşmadığı, yaklaşık 440 MPa fakat 45° de yapılan deneylerde 80 MPa dayanıma düştüğü görülmüştür. Buna ilaveten eğilme testlerinde ise CFRP'ler 0° ve 90° yönlerinde 570 MPa ile 620 Mpa arasında, 45° yönünde 30 MPa ile 285 MPa değerler sergilemiştir. Bazalt fiber takviyeli kompozitler 0° ve 90° yönlerinde 220 MPa, 45° yönünde 100 MPa eğilme mukavemeti kaydetmiştir. Elastik modülü ölçümlerinde, bazı karbon esaslı numunelerde 31.2 GPa gibi yüksek değerler elde edilirken, hibrit kompozitlerde 15 GPa ölçülmüştür. Tüm numunelerde, yükün matris tarafından karşılandığı 45° yöneliminde mekanik özelliklerin belirgin şekilde azaldığı gözlemlenmiştir. Bu üretilen kompozitlerin yoğunlukları, 1.25 gr/cm3 ila 1.70 gr/cm3 olarak ölçülmüştür olup teorik ve deneysel sonuçlar arasında %3.22 - 6.39 sapmalar tespit edilmiştir. Son olarak; Sonlu Elemanlar Metodu (FEM) analizleri, deneysel gözlemlerle yüksek bir korelasyon göstererek sonuçları sayısal olarak doğrulamıştır. FEM analizi, 3xK 400 UD 0∘ numunesi için 655 MPa maksimum gerilme değeri bularak, deneysel olarak ölçülen 640 MPa sonucunu desteklemiştir. Sayısal analizler ayrıca, 45∘ oryantasyonunda gerilme değerlerinin tüm numunelerde en düşük seviyede kaldığını göstermiş oulp, deneysel bulgularda gözlemlenen, kayma mekanizmalarının baskın rolünü teyit etmektedir.
Özet (Çeviri)
The summary of this master's thesis has been structured in accordance with the specified academic standards as follows: In this study, Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) and Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) epoxy composite materials were successfully manufactured in plate form using the Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) method. The mechanical properties of these composites, including tensile and flexural, have been comprehensively investigated.The primary objective of this research is to experimentally evaluate the determining effects of different reinforcement elements and fiber orientations (0°, 45°, and 90°) on the ultimate performance of the composites. To this end, composite plates with dimensions of 600×600 mm, featuring seven different material combinations, were manufactured using the VARTM method. Systematic tensile and flexural tests were conducted at the three designated primary fiber orientations on specimens prepared by CNC cutting, in accordance with the ASTM D3039 standard. Furthermore, theoretical and experimental density values were determined, and the results were numerically supported by Finite Element Method (FEM) analyses.The experimental findings clearly demonstrated that fiber orientation has a critical effect on mechanical properties. In CFRPs, while tensile strengths of 500 MPa and 520 MPa were measured in the 0° and 90° directions, respectively, this value dropped to 120 MPa in the 45°orientation. Additionally, in the 0° tensile direction, the highest value was attributed to the 400 gr Unidirectional (UD) specimen with an average of 640 MPa, whereas the lowest value was observed in the 285 gsm 4×4 Twill specimen with an average value of 275 MPa. For BFRPs, no significant difference was observed between the 0° and 90° directions (approximately 440 MPa), but in tests conducted at 45°, the strength dropped to 80 MPa.In flexural tests, CFRPs exhibited values between 570 MPa and 620 MPa in the 0° and 90° directions, and values between 30 MPa and 285 MPa in the 45° direction. Basalt fiber reinforced composites recorded a flexural strength of 220 MPa in the 0° and 90° directions, and 100 MPa in the 45° direction. In Young 's modulus measurements, high values such as 31.2 GPa were obtained in some carbon based specimens, while 15 GPa was measured in hybrid composites. It was observed in all specimens that the mechanical properties significantly decreased in the 45° orientation, where the load is predominantly borne by the matrix.The densities of these manufactured composites were measured to be between 1.25 g/cm3 and 1.70 g/cm3. In density analyses, it was determined that the deviations between theoretical and experimental results, , ranged from approximately 3.22% to 6.39%. Finally, the Finite Element Method (FEM) analyses numerically validated the results, showing a high correlation with experimental observations. The FEM analysis supported the experimentally measured result of 640 MPa by calculating a maximum stress value of 655 MPa for the 3xK 400 UD for 0° specimen. Furthermore, the numerical analyses indicated that stress values remained at the lowest level in all specimens at the 45° orientation, thereby confirming the dominant role of shear mechanisms observed in the experimental findings.
Benzer Tezler
- Ege bölgesi keçi liflerinin bazı önemli fiziksel, kimyasal özellikleri ve değerlendirme imkanları
Başlık çevirisi yok
NİLÜFER ERDEM
Doktora
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLSEREN YAZICIOĞLU
- Düz atkı örme kumaşlarda ilmek eğikliğinin iplik özellikleri ile ilişkisi üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
FATMA ÇEKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- Bazı bitkisel boyarmaddeler ile yün liflerinin boyanması yöntemlerinin ve haslıklarının araştırılması
Başlık çevirisi yok
TÜLAY GÜLÜMSER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NECDET SEVENTEKİN
- Pamuk ipliklerinde istatiksel bir hata analiz yönteminin geliştirilmesi üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
AYŞE KARAKOR
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER