Numerical and experimental analysis of thermo-stamping process applied to woven fabric reinforced thermoplastic composites
Dokuma kumaş takviyeli termoplastik kompozitlere uygulanan ısıl presleme işleminin nümerik ve deneysel analizi
- Tez No: 753694
- Danışmanlar: PROF. DR. FAHRETTİN ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Buruşma, Damgalama, Dokuma kumaşlar, Termoform, Termoplastik malzemeler, Wrinkling, Watermarking, Woven fabrics, Thermoforming, Thermoplastic materials
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hafif yapılar, havacılık endüstrisinde çok kritiktir. Yapının hafifliğini arttırmak için farklı malzemeler araştırılmıştır. Kumaş takviyeli termoplastik kompozitler, yüksek özgül mukavemetleri ve sertlikleri nedeniyle son zamanlarda büyük ilgi görmüştür. Termoplastik kompozitlere olan ilginin bir başka nedeni de termoset muadillerine göre daha kısa işlem süresi gerektirmeleridir. Isıl presleme gibi üretim yöntemleri kullanılarak termoplastiklerin işlem süresi yaklaşık bir dakikaya düşürülebilir. Isıl presleme, kumaş takviyeli termoplastik kompozit parçaların üretiminde en hızlı ve en uygun maliyetli proseslerden biri olmasına rağmen, çeşitli proses hatalarına meyillidir. Özellikle buruşma, çift kavisli parçaların üretiminde sıkça karşılaşılan bir kusurdur ve proses parametrelerine çok duyarlıdır. Sonlu elemanlar analizi, ısıl presleme prosesi sırasında meydana gelen kusurları tahmin etmede etkili bir araçtır. Gerçek prosesle uyumlu sonuçlar elde etmek için FEA yöntemini etkin bir şekilde kullanmak ve uygun simülasyon yaklaşımını ve malzeme modelini seçmek gerekir. Ayrıca malzeme modelinde tanımlanması gereken parametrelerin karakterizasyon testleri ile kesin olarak belirlenmesi gerekmektedir. Bu tez, bu gereksinimler doğrultusunda sonlu elemanlar yöntemini kullanarak ısıl presleme prosesini simüle etmeyi amaçlamıştır. Simülasyonların geçerliliği deneylerle doğrulanmıştır. Ayrıca buruşmaya etki eden proses parametreleri hem sayısal hem de deneysel olarak incelenmiştir. Sonuçlar, değerlendirilen malzeme modelleri arasında en güçlü olanın anizotropik hiperelastik model (MAT_249) olduğunu ortaya koymuştur. Karakterizasyon testi sonuçları, bias uzama testinde belirli bir kayma açısından sonra iplik kayma sorunu ile karşılaşıldığından kumaşın kayma davranışı için resim çerçevesi test sonuçlarının bias uzama test sonuçlarına göre daha güvenilir olduğunu göstermiştir. Ayrıca düşük şekillendirme sıcaklığı, ortalama ve yerel maksimum kesme açılarını azaltmıştır. Düşük şekillendirme sıcaklığı kırışık oluşumunu arttırmıştır. Yaylı tutucu konfigürasyonlarının kayma deformasyonlarını ve kırışık oluşumunu önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Lightweight structures are very critical in the aerospace industry. Different materials have been investigated to enhance the structure's lightness. Fabric reinforced thermoplastic composites have recently drawn significant attention due to their high specific strength and stiffness. Another reason for the interest in thermoplastic composites is that they require a shorter processing time than their thermoset counterparts. By using production methods such as thermo-stamping, the processing time of thermoplastics can be reduced to around one minute. Although thermo-stamping is one of the fastest and most cost-effective processes in the production of fabric-reinforced thermoplastic composite parts, it is prone to several different processing defects. In particular, wrinkling is a frequently encountered defect in the production of doubly curved parts and is very sensitive to process parameters. Finite element analysis (FEA) is an effective tool in estimating defects that occur during the thermo-stamping process. It is necessary to use the FEA method effectively and choose the appropriate simulation approach and material model to get results well trending with the real process. In addition, the parameters needed to be defined in the material model must be precisely determined by the characterization tests. This thesis aimed to simulate the thermo-stamping process of thermoplastics using the FEA method in line with these requirements. The validity of the simulations was confirmed by the experiments. In addition, the process parameters affecting the wrinkling were investigated both numerically and experimentally. Results revealed that among the evaluated material models, the strongest was the anisotropic hyperelastic model (MAT_249). Characterization test results indicated that the picture frame test results for the shear behavior of the fabric are more reliable than the bias extension test results since the yarn sliding problem was encountered after a certain shear angle in the bias extension test. In addition, the low forming temperature decreased the average and local maximum shear angles. The low forming temperature increased the wrinkle formation. It was observed that spring gripper configurations significantly affect shear deformations and wrinkle formation.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical analysis of thermal behavior of composite bridge girders
Kompozit köprü kirişlerinin deneysel ve nümerik ısıl analizi
FATEN IBRAHIM MUSSA MUSSA
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİLDEM TAYŞİ
- Thermo-mechanically coupled numerical and experimental study on 7075 aluminum forging process and dies
7075 aluminyum dövme prosesi ve kalıpları üzerine termo-mekanik sayısal ve deneysel çalışma
MEHMET CİHAT ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK DARENDELİLER
PROF. DR. MUSTAFA İLHAN GÖKLER
- Isı değiştiricide üçgen profilli kanatların kullanılmasının ısı transferi ve basınç düşümüne etkilerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Numerical and experimental analysis of heat transfer performance and pressure drop affect of using triangular fins on the heat exchanger
HAMDİ SELÇUK ÇELİK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LATİFE BERRİN ERBAY
DOÇ. DR. BAHADIR DOĞAN
- Mini kanallı grafit köpük ve alüminyum ısı alıcılarının termo-hidrolik performansının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the thermo-hydraulic performance of mini-channel graphite foam and aluminum heat sinks
ZEKERİYA KUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL SOLMAZ
- Design and thermo-mechanical analysis of warm forging process and dies
Ilık dövme prosesi ve kalıpları için tasarım ve termo-mekanik analiz
SEVGİ SARAÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İLHAN GÖKLER
PROF. DR. HALUK DARENDELİLER