Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen sandviç kompozit plakaların mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of sandwich composite plates produced by additive manufacturing method
- Tez No: 976389
- Danışmanlar: PROF. DR. HAMİT ADİN, DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SAİD BAYRAKLILAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Batman Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Trapezoid kompozit sandviç yapılar, hafiflikleri ile birlikte yüksek eğme ve basma dayanımları sayesinde tercih edilmektedir. Ayrıca, üretildikleri malzemeye bağlı olarak kimyasallara ve suya karşı dayanıklı olmaları, vidalama, delme, ekleme ve tamirat gibi çok yönlü kullanım imkânları sunmaları nedeniyle; otomotiv, havacılık, hafif ticari araçlar, denizcilik, yüksek hızlı trenler, inşaat, ambalaj, rüzgâr enerjisi ve güneş panelleri gibi pek çok sektörde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Sandviç yapılar, alt ve üst örtü elemanları arasına yerleştirilen bir çekirdek yapının yapıştırılmasıyla elde edilen kompozit yapı elemanlarıdır. Örtü katmanları ince, sert ve yüksek yoğunluklu; çekirdek ise bu katmanlara kıyasla daha kalın ve düşük yoğunluklu malzemelerden seçilmektedir. Bu tür yapılar, başta basma ve eğilme olmak üzere çeşitli mekanik özelliklerde yüksek dayanım sağlaması hedefiyle çok sayıda çalışma kapsamında araştırılmakta ve geliştirilmektedir. Tez çalışması kapsamında, hücre genişliği ve hücre duvar kalınlığı parametreleri için üç farklı ölçü belirlenmiş ve bu ölçülere göre çekirdek hücreler, üç boyutlu yazıcı kullanılarak polilaktik asit (PLA) filamentinden üretilmiştir. Alt ve üst yüzey plakaları ise, %15–20 oranında karbon içeren ve PLA/CF olarak adlandırılan takviyeli kompozit malzemeden, eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiştir. Hazırlanan numuneler, epoksi esaslı yapıştırıcı kullanılarak birleştirilmiştir. Tek ve çift katmanlı olacak şekilde üretilen sandviç kompozit plakaların mekanik özellikleri deneysel yöntemlerle araştırılmıştır. Çalışmada sırasıyla baskı hızı, doluluk oranı, hücre genişliği (Dc), hücre duvar kalınlığı (tc) ve trapezoid taban açısı olmak üzere beş farklı parametre seçilmiştir. Bu parametrelere ait değerler sırasıyla; hız: 75/100/125 mm/sn, doluluk: %70/%85/%100, Dc: 6/9/12 mm, tc: 0,8/1,2/1,6 mm ve trapezoid açısı: 55/65/75 derece olacak şekilde belirlenmiş ve bu değerlere göre trapezoid hücre geometrileri kullanılmıştır. Tek ve çift katmanlı olarak hazırlanan numunelere basma ve üç nokta eğilme testleri uygulanmış; analizler sonucunda elde edilen optimum sonuçlara göre %100 karbon plaka kullanılarak hazırlanmış sandviç plakalarla karşılaştırmalı testler gerçekleştirilmiştir. Testlerden elde edilen veriler, TAGUCHI deney tasarımı yöntemiyle değerlendirilmiş; sonuçlar varyans analizi (ANOVA) yöntemi ile istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Bu çalışma, trapezoid hücre geometrisine sahip sandviç yapılarda üretim parametrelerinin bütüncül etkisini inceleyen nadir çalışmalardandır. Tek ve çift katmanlı yapıların karşılaştırmalı analizi literatüre yenilik katmaktadır. 3B baskı ile PLA/CF malzeme kullanımı ise eklemeli imalata yönelik özgün bir uygulamadır. Elde edilen bulgular, yapısal tasarım ve optimizasyon süreçlerine doğrudan katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Trapezoidal composite sandwich structures are preferred due to their lightweight nature and high flexural and compressive strength. In addition, their resistance to chemicals and water—depending on the materials from which they are manufactured—provides versatility for applications such as screwing, drilling, joining, and repair. These advantages have led to their widespread use across various industries, including automotive, aerospace, light commercial vehicles, marine, high-speed trains, construction, packaging, wind energy, and solar panels. Sandwich structures are composite elements composed of a core structure bonded between upper and lower face sheets. The face sheets are typically thin, stiff, and high in density, whereas the core is relatively thicker and made of low-density materials. Such structures are the subject of extensive research and development, particularly aimed at achieving high mechanical performance under compressive and flexural loading. In the scope of this thesis, three different levels were defined for the parameters of cell width and cell wall thickness, and core structures were fabricated from polylactic acid (PLA) filament using a three-dimensional (3D) printer. The top and bottom face sheets were manufactured using an additive manufacturing method from a composite material called PLA/CF, which contains 15–20% carbon reinforcement. The produced specimens were assembled using an epoxy-based adhesive. Sandwich composite plates were fabricated in both single- and double-layer configurations, and their mechanical properties were investigated through experimental methods. In the study, five process parameters were selected: printing speed, infill density, cell width (Dc), cell wall thickness (tc), and trapezoidal base angle. The respective parameter values were defined as follows: speed: 75/100/125 mm/s, infill: 70/85/100%, Dc: 6/9/12 mm, tc: 0.8/1.2/1.6 mm, and trapezoidal base angle: 55/65/75 degrees. Based on these values, trapezoidal cell geometries were produced. Compressive and three-point bending tests were performed on both single- and double-layer specimens. Comparative tests were subsequently conducted with sandwich plates manufactured using 100% carbon fiber-reinforced plates, based on the optimum results obtained from the initial experiments. The experimental data were evaluated using the TAGUCHI design of experiments method, and the results were statistically analyzed using analysis of variance (ANOVA). This study is one of the few that examines the holistic effect of production parameters in sandwich structures with trapezoidal cell geometry. The comparative analysis of single- and double-layered structures adds novelty to the literature. The use of PLA/CF material with 3D printing is a unique application for additive manufacturing. The findings directly contribute to structural design and optimization processes.
Benzer Tezler
- Design of multifunctional architected cellular structures under dynamic loads
Dinamik yükler altında çok fonksiyonlu mimarilendirilmiş hücreli yapıların tasarımı
ZANA EREN
Doktora
İngilizce
2024
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Araçlar için kafes çekirdekli çok hafif sandviç kompozit malzemelerin 3B yazıcı sistemi ile geliştirilmesi
Development of lattice core ultra-light sandwich composite materials for vehicles by using 3D composite printing
TOLGAHAN BAYRAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Kompozit ve sandviç bir yapının yapısal ve titreşim davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the structural and vibrational behavior of a composite and sandwich structure
DURUKAN BURAK DİLEK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GEDİKLİ
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE