DEĞİŞİK SICAKLIK VE NEM ETKİSİNDE ÇALIŞAN BİRLEŞTİRİLMİŞ KOMPOZİT MALZEMELERİN YORULMA MUKAVEMETLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 DEĞİŞİK SICAKLIK VE NEM ETKİSİNDE ÇALIŞAN BİRLEŞTİRİLMİŞ KOMPOZİT MALZEMELERİN YORULMA MUKAVEMETLERİNİN İNCELENMESİ Gürkan ALTAN Mart 2009 DENİZLİ

2 DEĞİŞİK SICAKLIK VE NEM ETKİSİNDE ÇALIŞAN BİRLEŞTİRİLMİŞ KOMPOZİT MALZEMELERİN YORULMA MUKAVEMETLERİNİN İNCELENMESİ Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Gürkan ALTAN Danışman: Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU Mart, 2009 DENİZLİ

3 i DOKTORA TEZİ ONAY FORMU Gürkan ALTAN tarafından Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU yönetiminde hazırlanan Değişik Sıcaklık ve Nem Etkisinde Çalışan Birleştirilmiş Kompozit Malzemelerin Yorulma Mukavemetlerinin İncelenmesi başlıklı tez tarafımızdan okunmuş, kapsamı ve niteliği açısından bir Doktora Tezi olarak kabul edilmiştir. Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu nun / /. tarih ve.. sayılı kararıyla onaylanmıştır. Prof. Dr. Halil KARAHAN Müdür

4 ii Bu tezin tasarımı, hazırlanması, yürütülmesi, araştırılmalarının yapılması ve bulgularının analizlerinde bilimsel etiğe ve akademik kurallara özenle riayet edildiğini; bu çalışmanın doğrudan birincil ürünü olmayan bulguların, verilerin ve materyallerin bilimsel etiğe uygun olarak kaynak gösterildiğini ve alıntı yapılan çalışmalara atfedildiğini beyan ederim. İmza : Öğrenci Adı Soyadı : Gürkan ALTAN

5 iii TEŞEKKÜR Bu tez çalışmasının oluşturulmasından tamamlanmasına kadar ve bütün çalışma hayatım boyunca benden yardımlarını ve desteğini hiç esirgemeyen, danışman hocam, Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU ya sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmam sırasında yapmış olduğu değerli tavsiyelerinden ve göstermiş olduğu ilgiden dolayı tez izleme komitesi üyesi hocam, Prof. Dr. Ramazan KARAKUZU ya ve değerli görüşleriyle hiçbir zaman desteğini esirgemeyen tez izleme komitesi üyesi hocam, Yrd. Doç. Dr. Hasan ÇALLIOĞLU na çok teşekkür ederim. Bu tez çalışmasının maddi olarak desteklenmesini 106M113 nolu projesi ile sağlayan Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) na ve 2006FBE016 nolu projesi ile de maddi destek sağlayan Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Birimi ne çok teşekkür ederim. Ayrıca kompozit plakaların üretimini sağlayan İzoreel Kompozit firmasına ve kompozit plakaların kesim işçiliğini yapan Zümrüt Cam firmasına da çok teşekkür ederim. Tez çalışmamın her aşamasında göstermiş olduğu sonsuz desteği ve yardımlarıyla her zaman yanımda olan eşim, Yrd. Doç. Dr. Burçin DEDA ALTAN a ve hayatı boyunca, her zaman yanımda olarak benden sevgisini ve desteğini hiç esirgemeyen, manevi olarak her zaman varlığını hissettiğim merhum babama sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Gürkan ALTAN

6 iv ÖZET DEĞİŞİK SICAKLIK VE NEM ETKİSİNDE ÇALIŞAN BİRLEŞTİRİLMİŞ KOMPOZİT MALZEMELERİN YORULMA MUKAVEMETLERİNİN İNCELENMESİ ALTAN, Gürkan Doktora Tezi, Makine Mühendisliği ABD Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU Mart 2009, 137 Sayfa Bu tez çalışmasında, kompozit plakaların birleştirilmesinde kullanılan yapıştırılmış alın birleştirmeler yerine kullanılabilecek kelebek şekilli bağlantı kilidi ile yapılan mekanik alın birleştirmeler önerilmiştir. Öncelikle, kelebek şekilli bağlantı elemanlarının malzeme ve geometrik parametrelerinin değişiminin maksimum yük taşıma kabiliyeti üzerine etkileri deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Böylece yapılan deneysel çalışmaların sonuçları nümerik analizle de desteklenmiştir. Ayrıca nümerik ve deneysel çalışmaların sonuçları göz önüne alınarak kelebek bağlantı elemanı geometrik olarak geliştirilmiştir. Geliştirilen kelebek bağlantı elemanlarının yük taşıma kapasitesindeki değişimi de deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Kelebek şekilli geçme bağlantı elemanı ile birleştirilmiş kompozit yapılarda, kelebek geçme boşluklarının, yama plakalarının ve farklı yapıştırıcıların yük taşıma kabiliyetine etkileri ve elde edilen en iyi temel birleştirme modeli ile birleştirilmiş numunelerin yorulma performansları deneysel olarak araştırılmıştır. Yapılan yorulma deneyleri, sabit yük oranlarında ve farklı maksimum yorulma yüklerinde yapılmıştır. Aynı şartlarda hazırlanmış olan yapıştırılmış alın birleştirilmeleri ile kelebek birleştirmelerinin yorulma performansları değişik yükler altında karşılaştırılmıştır. Ayrıca kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini etkileyen en önemli unsurların başında sıcaklık ve nem geldiğinden dolayı değişik çevre koşullarına maruz kelebek birleştirmelerinin yorulma performansları ve hasar yükleri de incelenmiştir. Sonuç olarak; kompozit yapının tamamen hasara uğramadan önce kelebekte oluşan hasarın tespit edilebilmesi ve kelebek kilit elemanının tamiratı ile kompozit yapının servis ömrünün arttırılması sağlanmıştır. Ayrıca yapıştırılmış kelebek birleştirmelerinin yorulma mukavemetlerinin aynı şartlardaki alın birleştirmelerine göre daha uzun ömürlü olduğu da tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kompozit malzeme, Kelebek birleştirmesi, Yorulma ömrü Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU Prof. Dr. Ramazan KARAKUZU Prof. Dr. Süleyman TAŞGETİREN Doç. Dr. Numan Behlül BEKTAŞ Yrd. Doç. Dr. Hasan ÇALLIOĞLU

7 v ABSTRACT INVESTIGATION OF THE FATIGUE STRENGTHS OF JOINTED COMPOSITE MATERIALS UNDER VARIOUS TEMPERATURE AND MOISTURE EFFECTS ALTAN, Gürkan Ph.D. Thesis in Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU March 2009, 137 Pages In this thesis, mechanical butt joints with a butterfly-shaped joint lock that can be used instead of adhesively-bonded butt joints used in composite plate joints were suggested. First of all, the effects of variations of material and geometric parameters of butterfly-shaped joint lock components on maximum load carrying capacity were investigated experimentally and numerically. Thus, the results of the experimental studies carried out were supported with the numerical analysis. In addition, the butterfly coupling component was developed geometrically with a view to the results of the numerical and experimental studies. The effects of butterfly fitting clearances, patch plates and different adhesives on the load-carrying abilities of the composite structures jointed with a butterfly-shaped joining component and the fatigue performances of the specimens jointed by the best based joint style obtained were analyzed. Fatigue experiments were conducted at the constant load ratios and at different maximum fatigue loads. The fatigue performances of the butt joints and the bonded butt joints prepared under the same conditions were compared under different loads. Moreover, since temperature and moisture are among the most important elements affecting the mechanical properties of the composite materials, fatigue performances and damage loads of the butterfly joints exposed to different environmental conditions were investigated. As a result, it was made possible to determine the damage on the butterfly before the composite structure is completely damaged, and to enhance the service lifespan of the composite structure after the butterfly joint element is repaired. In addition, it was determined that fatigue performances of the bonded butterfly joints have a longer lifespan than those of the bonded butt joints under the same circumstances. Keywords: Composite material, Butterfly joint, Fatigue life Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU Prof. Dr. Ramazan KARAKUZU Prof. Dr. Süleyman TAŞGETİREN Assoc. Prof. Dr. Numan Behlül BEKTAŞ Asst. Prof. Dr.Hasan ÇALLIOĞLU

8 vi İÇİNDEKİLER Sayfa Doktora Tezi Onay Formu...i Bilimsel Etik Sayfası...ii Teşekkür...iii Özet...iv Abstract... v İçindekiler...vi Şekiller Dizini...viii Tablolar Dizini...xi Simge ve Kısaltmalar Dizini...xii 1. GİRİŞ LİTERATÜR ÖZETİ Pimli veya Civatalı Birleştirmeler ile İlgili Çalışmalar Geometrik Birleştirmeler ile İlgili Çalışmalar Tekli veya İkili Bindirme Birleştirmeleri ile İlgili Çalışmalar Tamir, Yama ve Çevre Koşulları ile İlgili Çalışmalar KOMPOZİT MALZEMENİN ÜRETİMİ VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ Kompozit Malzemeler Kompozit malzemelerin avantajları ve dezavantajları Kompozit malzemelerin uygulama alanları Kompozit malzemelerin üretim yöntemleri Kompozit Malzemenin Üretimi Deney numunelerinin hazırlanması Kompozit Malzemenin Mekanik Özellikleri Deney cihazının tanıtımı Sıcaklığın ve nemin mekanik özelliklere etkisi KOMPOZİT YAPILARIN BİRLEŞTİRME YÖNTEMLERİ Mekanik Birleştirme Yöntemi Yapıştırma ile Birleştirme Yöntemi KELEBEK BİRLEŞTİRME TİPİ VE OPTİMİZASYONU Kelebek Birleştirme Tipinin Dizaynı ve Deney Prosedürü Boyut Optimizasyonu İçin Elde Edilen Deney Sonuçları Kelebek Birleştirmesinin Geliştirilmesi KELEBEK BİRLEŞTİRME TİPLERİNDE DEĞİŞİK MEKANİK VE ÇEVRE KOŞULLARININ ETKİSİ Fiber Oryantasyon Açılarının Etkisi Kelebek Boşluğunun ve Yapıştırıcının Etkisi... 70

9 vii 6.3. Kelebek ile Alın Birleştirmelerinin Hasar Yükleri Açısından Karşılaştırılması Kelebek Birleştirmelerinin Yama ile Takviyelendirilmesi Kelebek Birleştirmelerinin Nem Etkisi Kelebek Birleştirmelerinin Su Alma Özelliği Kelebek Birleştirmelerinde Sıcaklığın Hasar Yüklerine Etkisi KELEBEK BİRLEŞTİRMELERİNDE SONLU ELEMANLAR METODU İLE GERİLME DAĞILIMLARININ BULUNMASI Sonlu Elemanlar Metodu Sonlu Elemanlar Metodu ile Elde Edilen Sonuçlar DEĞİŞİK SICAKLIKLAR ALTINDA KELEBEK BİRLEŞTİRME TİPLERİNİN YORULMA PERFORMANSLARI Tekrarlı Yükleme Durumu Farklı Yük Seviyelerinde Yorulma Performanslarının Karşılaştırılması Yama ile Güçlendirilmiş Kelebek Birleştirme Tipinin Yorulma Performansı Değişik Sıcaklık Değerlerinde Kelebek Birleştirme Tiplerinin Yorulma Performansları SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ

10 viii ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 1.1 (a) Tekli birleştirmelerde oluşan eksenel açıklık ve (b) alın birleştirme tipi... 2 Şekil 1.2 Kelebek bağlantı elemanı ile mekanik alın birleştirme tipi... 3 Şekil 3.1 Kompozit malzemenin kullanım alanları Şekil 3.2 Tek yönlü cam elyaf Şekil 3.3 Epoksi reçinesinin uygulanışı Şekil 3.4 Kompozit plakanın sıcak preslenmesi Şekil 3.5 Kompozit plakanın tıraşlanması Şekil 3.6 Üretilen kompozit plakalar Şekil 3.7 Su jeti ile numune kesimi Şekil 3.8 Mekanik özelliklerin tespiti için gerekli olan numuneler Şekil 3.9 Video ekstansometre ile deneyin yapılışı Şekil 3.10 [0] 6 çekme numunesi Şekil 3.11 [90] 6 çekme numunesi Şekil 3.12 [0] 16 basma numunesi Şekil 3.13 [90] 16 basma numunesi Şekil 3.14 [45] 6 yönlü kayma numunesi Şekil 3.15 Iosipescu yükleme aparatının çalışma prensibi ve numune boyutları Şekil 3.16 Iosipescu yükleme aparatı Şekil 3.17 Mekanik kontrollü statik/yorulma test cihazı Şekil Instron statik/yorulma test cihazı Şekil 3.19 Oda sıcaklığı ve üstündeki sıcaklıklarda elastisite modülünün değişimi Şekil 4.1 Mekanik birleştirme tipleri Şekil 4.2 Perçinli bağlantıdaki gerilme dağılımı Şekil 4.3 Civatalanmış kompozit plaka birleştirmelerinde oluşan temel hasar modları; (a) kayma (shear-out) hasarı, (b) çekme (net tension) hasarı, (c) yarılma (cleavage) hasarı, (d) yataklama (bearing) hasarı Şekil 4.4 Yapıştırma bağlantısındaki gerilme dağılımı Şekil 4.5 Yükleme tipleri Şekil 4.6 Adhezyon hasarı Şekil 4.7 Kohezyon hasarı Şekil 4.8 Yapıştırma birleştirme tipleri Şekil 4.9 Eksantrik kuvvetler nedeniyle tekli bindirme birleştirmelerin deformasyonu 45 Şekil 4.10 Alın yapıştırma birleştirme tipleri Şekil 5.1 Kelebek bağlantı tipi Şekil 5.2 Kelebek birleştirmesindeki yük transferi Şekil 5.3 Tabakalı kompozit numune geometrisi Şekil 5.4 Çekme düzeni Şekil 5.5 Maksimum hasar yükünün kelebek yarı boyuna göre değişimi Şekil 5.6 Metal kelebek yarı boyu y=16 mm için hasar yüklerinin (w/b) oranlarındaki değişimi Şekil 5.7 Kompozit kelebek yarı boyu y=16 mm için hasar yüklerinin (w/b) oranlarındaki değişimi... 54

11 Şekil 5.8 Metal Kelebek yarı boyu y=16 mm için hasar yüklerinin (x/w) oranlarındaki değişimi Şekil 5.9 Kompozit kelebek yarı boyu y=16 mm için hasar yüklerinin (x/w) oranlarındaki değişimi Şekil 5.10 Kelebek yarı boyu y=16 mm için kelebek bağlantı elemanlarının taşıyabileceği yüklere göre deplasman değişimi Şekil 5.11 y=16 mm ve x/w=0,2 durumundayken w/b oranının 0,2 ve 0,4 olması durumunda meydana gelen hasar şekilleri Şekil 5.12 y=16 mm ve x/w=0,2 durumundayken w/b oranının 0,6 ve 0,8 olması durumunda meydana gelen hasar şekilleri Şekil 5.13 y=16 mm ve w/b=0,4 durumundayken x/w oranının değişimi ile meydana gelen hasar şekilleri Şekil 5.14 Kelebek geometrisinin geliştirilmesi: (a) temel model (b) yuvarlatılmış model, (c) takviyeli model, (d) kum saati modeli Şekil 5.15 Geliştirilmiş kelebek modellerin karşılaştırılması Şekil 5.16 Hasar şekilleri Şekil 5.17 İkili kelebek modeli Şekil 5.18 Tekli ve ikili kelebek modellerin deneysel karşılaştırılması (x/w=0,2) Şekil 6.1 (a) [0] 16 (b) [90] 16 ve (c) [(0/90) 8 ] s tabakalı kompozit numunelerdeki hasar durumları Şekil 6.2 [0] 16, [90] 16 ve [(0/90) 8 ] s tabakalı kompozit numunelerin hasar yükleri Şekil 6.3 Kelebek birleştirmedeki yük transferi Şekil 6.4 Kelebek boyutları Şekil 6.5 Kelebek boşluğunun ve yapıştırıcı çeşitlerinin hasar yüklerine etkileri Şekil 6.6 Hysol 9464 yapıştırıcısının yük taşıma kapasitesi-deplasman ilişkisi Şekil 6.7 Yapıştırılmış kelebek birleştirmesinin ilk hasarı Şekil 6.8 Alın ve kelebek birleştirmelerinin hasar yüklerine karşı deplasmanları Şekil 6.9 Alın birleştirmesinde yapıştırıcı hasarı Şekil 6.10 Birleştirme tiplerinin karşılaştırılması Şekil 6.11 Yamalı kelebek birleştirmesinin yapım şekli Şekil 6.12 Yama yapıştırma işleminde kullanılan pres Şekil 6.13 Kelebek Birleştirmelerinin farklı tabaka sayılarında yamalar ile güçlendirilmesi Şekil 6.14 Yamalı kelebek birleştirmelerinin statik çekme testi Şekil 6.15 Farklı yama tabaka sayısına bağlı olarak elde edilen ortalama hasar yükü değerlerinin değişimleri Şekil 6.16 Sıkı geçirilmiş kelebek bağlantıları ile güçlendirilmiş kelebek bağlantılarının karşılaştırılması Şekil 6.17 Yamalı kelebek birleştirmelerinde oluşan hasar şekilleri Şekil 6.18 %90 Nem değerinde Loctite 9464 ile yapıştırılmış kompozit kelebek birleştirmelerine ait hasar yüklerinin değişimi Şekil 6.19 Kelebek birleştirmelerinin su içinde bekletilmesi Şekil 6.20 Birleştirilmiş kelebek numunelerinin hasar yüklerine emilen suyun etkisi Şekil 6.21 Birleştirilmiş kelebek numunelerinin oda sıcaklığı üstündeki sıcaklıklarda yapılan statik deneyi Şekil 6.22 Birleştirilmiş kelebek numunelerinin oda sıcaklığı altındaki sıcaklıklarda yapılan statik deneyi Şekil 6.23 Birleştirilmiş kelebek numunelerinin hasar yüklerine sıcaklığın etkisi Şekil 7.1 Parçaların modellenmesi Şekil 7.2 Parçaların montajlanması ix

12 Şekil 7.3 Sonlu elemanlar ağının oluşturulması Şekil 7.4 Modelin çözümü Şekil 7.5 Nümerik çözümlemede gerilme dağılım yolları Şekil 7.6 Sonlu elemanlar metodu sonuçlarıyla deney sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 7.7 w/b=0,4 sabit oranında x/w değişiminin Abaqus programı ile analizi Şekil 7.8 w/b=0,4 sabit oranında kelebek ekseni (Yol 1) boyunca oluşan gerilme değerleri Şekil 7.9 x/w =0,2 sabit oranında w/b değişiminin Abaqus programı ile analizi Şekil 7.10 x/w =0,2 sabit oranında ve numune genişliği (Yol 2) boyunca oluşan gerilme değerleri Şekil 7.11 Geliştirilmiş kelebek modellerin gerilme analizi Şekil 7.12 Geliştirilmiş kelebek modellerin karşılaştırılması Şekil 7.13 Tekli ve ikili kelebek modelinin gerilme analizi Şekil 8.1 Genel değişken yükleme durumu Şekil 8.2 Yorulma yüklerinin maksimum değerleri Şekil 8.3 Birleştirmelerin yorulma performanslarının karşılaştırılması Şekil 8.4 Birleştirme yorulma performanslarının karşılaştırılması Şekil 8.5 Mekanik ve mekanik-yapıştırma birleştirmelerinin yorulma hasarları Şekil 8.6 Yama ile güçlendirilmiş kelebek birleştirmeleri ile yamasız yapıştırılmış kelebek birleştirmelerinin yorulma performanslarının karşılaştırılması Şekil 8.7 Klimatik kabinli yorulma test düzeneği Şekil 8.8 Oda sıcaklığı üstündeki değişik sıcaklıklara maruz kalan sıkı geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma performanslarının değişimi Şekil 8.9 Oda sıcaklığı üstündeki değişik sıcaklıklara maruz kalan yapıştırılmış geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma performanslarının değişimi Şekil 8.10 Oda sıcaklığı üstündeki değişik sıcaklıklara maruz kalan yamalı kelebek birleştirmelerinin yorulma performanslarının değişimi Şekil 8.11 Oda sıcaklığı altındaki sıcaklık değerlerinde yapılan yorulma testi Şekil 8.12 Oda sıcaklığı altındaki değişik sıcaklıklara maruz kalan sıkı geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma performanslarının değişimi Şekil 8.13 Sıkı geçme kelebek birleştirmelerinin oda sıcaklığı altındaki sıcaklıklarda meydana gelen yorulma hasarları Şekil 8.14 Yapıştırılmış kelebek birleştirmelerinin oda sıcaklığı altındaki sıcaklıklardaki yorulma performansları Şekil 8.15 Yapıştırılmış kelebek birleştirmelerinin oda sıcaklığı altındaki derecelerde meydana gelen yorulma hasarı Şekil 8.16 Oda sıcaklığı altındaki değişik sıcaklıklara maruz kalan yamalı kelebek birleştirmelerinin yorulma performanslarının değişimi Şekil 8.17 Yamalı kelebek birleştirmelerinin oda sıcaklığı altındaki sıcaklıklarda meydana gelen yorulma hasarları x

13 xi TABLOLAR DİZİNİ Sayfa Tablo 3.1 Kompozit malzemenin avantajları Tablo 3.2 Kompozit malzemenin dezavantajları Tablo 3.3 Matris ve elyaf malzemesinin mekanik özellikleri Tablo 3.4 Cam-elyaf-epoksi kompozit malzemenin mekanik özellikleri Tablo 3.5 Oda sıcaklığı ve üstündeki sıcaklıklarda elde edilen mekanik özellikler Tablo 3.6 Oda sıcaklığında ve altındaki sıcaklıklarda elde edilen mekanik özellikler Tablo 5.1 Kelebek bağlantı elemanının boyutları Tablo 5.2 Kelebek yarı boyu y=8 mm için boyut oranlarının hasar yüklerine etkisi Tablo 5.3 Kelebek yarı boyu y=16 mm için boyut oranlarının hasar yüklerine etkisi Tablo 5.4 Kelebek yarı boyu y=24 mm için boyut oranlarının hasar yüklerine etkisi Tablo 6.1 Kullanılan yapısal yapıştırıcılar Tablo 6.2 Yamalı kelebek birleştirmelerinde yama tabaka sayısının hasar yüküne etkisi Tablo 6.3 Kelebek birleştirmelerinin 50, 75 ve 100 C lerdeki hasar yüklerinin değerleri Tablo 6.4 Kelebek birleştirmelerinin oda sıcaklığında, 0 ve -20 C lerdeki hasar yüklerinin değerleri Tablo 7.1 Kelebek bağlantı elemanının boyutları Tablo 8.1 R=0,1 yük oranında sıkı geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma verileri107 Tablo 8.2 R=0,1 yük oranında alın birleştirmelerinin yorulma verileri Tablo 8.3 R=0,1 yük oranında yapıştırılmış kelebek birleştirmelerinin yorulma verileri Tablo 8.4 R=0,1 yük oranında yama ile güçlendirilmiş kelebek birleştirmesinin yorulma verileri Tablo 8.5 R=0,1 yük oranında ve oda sıcaklığı üstündeki değişik sıcaklıklarda sıkı geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma ömür verileri Tablo 8.6 R=0,1 yük oranında ve oda sıcaklığı üstündeki değişik sıcaklıklarda yapıştırılmış geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma ömür verileri Tablo 8.7 R=0,1 yük oranında ve oda sıcaklığı üstündeki değişik sıcaklıklarda yamalı kelebek birleştirmelerinin yorulma ömür verileri Tablo 8.8 R=0,1 yük oranında ve oda sıcaklığı altındaki değişik sıcaklıklarda sıkı geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma ömür verileri Tablo 8.9 R=0,1 yük oranında ve oda sıcaklığı altındaki değişik sıcaklıklarda yapıştırılmış geçme kelebek birleştirmelerinin yorulma ömür verileri Tablo 8.10 R=0,1 yük oranında ve oda sıcaklığı altındaki değişik sıcaklıklarda yamalı kelebek birleştirmelerinin yorulma ömür verileri

14 xii SİMGE VE KISALTMALAR DİZİNİ σ Normal gerilme (MPa) σ g Gerilme genliği (MPa) σ r Gerilme aralığı (MPa) σ ort Ortalama gerilme (MPa) σ maks Maksimum üst gerilme (MPa) σ min Minimum alt gerilme (MPa) ε Şekil değiştirme (%) ρ K Kompozit plaka malzemesinin yoğunluğu (g/cm 3 ) ρ f Cam fiberin yoğunluğu (g/cm 3 ) ρ m Matrisin yoğunluğu (g/cm 3 ) ν 12 Poisson oranı E 1 Boyuna elastisite modülü (MPa) X t Boyuna çekme mukavemeti (MPa) E 2 Enine elastisite modülü (MPa) Y t Enine çekme mukavemeti (MPa) X c Boyuna basma mukavemeti (MPa) Y c Enine basma mukavemeti (MPa) G 12 Kayma modülü (MPa) R Gerilme oranı A Genlik oranı F Uygulanan yük (N) m T Toplam kompozit plakanın ağırlığı (kg) m f Cam fiberlerin ağırlığı (kg) V f Cam fiberlerin hacim oranı (%) V m Matrisin hacim oranı (%) t Numune kalınlığı (mm) M Eğilme momenti (Nmm) w Kelebek uç genişliği (mm) b Numune genişliği (mm) x Kelebek orta genişliği (mm) y Kelebek yarı boyu (mm) L Numune toplam boyu (mm) T Periyot süresi N Yük tekrar sayısı f Yük frekansı (Hz) SEM Sonlu elemanlar metodu

15 1 1. GİRİŞ Kompozit malzemeler hafif olma özelliğinden dolayı özellikle havacılık, gemi ve otomobil sanayisinde tercih edilmektedir. Kompozit malzemelerden oluşan yapılar, genel olarak statik ve dinamik yükleme şartları altında kullanılmaktadır. Üretim veya tasarım koşullarından dolayı bazı kompozit yapılar, bir veya daha çok birleştirmelerden oluşabilir. Buradaki ana amaç iki veya daha çok malzemenin birleştirilmesiyle ana yapıdan kuvvet transferini gerçekleştirmektir. Kompozit yapılarda, en önemli sorun ise birleşme bölgelerindeki mukavemet düşümleridir. Yapılan birleştirmelerin yük taşıma davranışları ve birbirlerine göre avantajları veya dezavantajları birçok araştırmacı tarafından sayısal veya deneysel olarak araştırılmış ve hala bu alanda araştırmalar sürdürülmektedir. Kompozit yapılar genel olarak mekanik veya yapıştırma bağlantıları ile birleştirilir. Yapıştırma birleştirmelerinde endüstriyel yapıştırıcı kullanılmakta iken mekanik birleştirmelerde ise daha çok civata ve perçin gibi bağlantı elemanları tercih edilmektedir. Mekanik bağlantılar ile ilgili yapılan çalışmalardan bağlantı bölgelerinin çoğunlukla çekme, kayma ve yataklama gibi yüklemelere maruz kaldığı tespit edilmiştir (Karakuzu 2006). Kompozit yapıların yapıştırılarak birleştirilmesi ise çeşitli tasarımlarla yapılabilir. Burada kullanılacak yapıştırıcının kompozit malzeme ile iyi uyum sağlayabilmesi, bağlantı geometrisinin tipi, yapıştırma kalınlığı gibi faktörler yük taşıma kapasitesini etkilemektedir (Silva ve Adams 2007). Kompozit yapıların birleştirilmesi yaygın olarak tekli veya ikili bindirme şeklinde mekanik veya yapıştırma teknikleriyle yapılmaktadır. Özellikle yapıştırılmış veya civatalanmış tekli bindirme birleştirmelerinde kompozit yapı kalınlığının artması tüm birleştirilmiş kompozit yapının mukavemetini olumsuz etkilemektedir. Bu tip birleştirmelerde birleştirilen kompozit plakaların eksenel açıklık miktarının artması ile bağlantı yüzeyinde yüksek gerilmeler oluşmakta ve yapının mukavemeti düşmektedir (Gunnion ve Herzberg 2005). Yani eksenel açıklık miktarının artmasından dolayı yük taşıma kapasitesi düşmektedir. Yapıştırıcı ile tekli bindirme şeklinde birleştirilmiş tabakalı yapı plakalarında hasar genelde en üst tabakada oluşmaktadır (Kinloch 1987). Mekanik birleştirmelerde eksenel

16 2 açıklığın artması ise civata, perçin gibi bağlantı elemanlarının hasarlarına yol açmaktadır (Mallick 1993). Şekil 1.1 de gösterildiği gibi özellikle kalın kompozit yapılarda daha çok alın yapıştırma birleştirmesi tercih edilmektedir. Alın birleştirmelerde tasarım sıkıntısından dolayı mekanik bağlantılar yerine çoğunlukla yapıştırma bağlantıları kullanılır. Bu bağlantı tiplerinde soyulma gerilmelerinden kaçınmak için alın birleştirme yerine daha çok açılı veya kademeli alın birleştirmeleri tercih edilmektedir (Silva ve Adams 2007). Her ne kadar yapıştırılmış alın birleştirmelerinde, bağlantı şekilleri değiştirilse de soyulma gerilmeleri bağlantı ömrünü olumsuz olarak etkilemektedir. Bu nedenlerden dolayı bu tez çalışmasında, bu gibi olumsuz etkiyi veya etkileri azaltmak veya yok etmek amacıyla yapıştırıcı kullanmadan da iki plakayı şekilsel olarak alın alına kilitleyen, mekanik birleştirmeler kullanılmıştır. Eksenel açıklık (a) (b) Şekil 1.1 (a) Tekli birleştirmelerde oluşan eksenel açıklık ve (b) alın birleştirme tipi Bu çalışmada; yapıştırılmış alın birleştirmeler yerine, daha çok mobilya sanayisinde kullanılan ve yapılan literatür araştırmalarına göre daha önce kompozit yapılarda hiç kullanılmadığı tespit edilen, kelebek şekilli bağlantı elemanı ile yapılan mekanik alın birleştirmeler önerilmiş ve incelenmiştir. Bu doğrultuda kelebek birleştirme tiplerinin mekanik ve yorulma performansları incelenerek optimum kelebek birleştirme tipinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Deneyler, Şekil 1.2 de gösterildiği gibi alın alına mekanik olarak birleştirilmiş kompozit plakadan numuneler çıkartılarak yapılmıştır. Kelebek şekilli bağlantı elemanları, kompozit plakaları alın alına birleştirmek için, sıkı geçme yöntemiyle mekanik alın birleştirmede kullanılmıştır. Kelebek şekilli bağlantı

17 3 elemanlarının malzeme (metal ve kompozit) ve Şekil 1.2 de gösterildiği gibi geometrik parametrelerinin (x/w, y/b ve w/b) değişiminin maksimum yük taşıma kabiliyeti üzerine etkileri incelenmiştir. Yapılan statik deneysel çalışmaların sonuçları nümerik analizle desteklenmiştir. Ayrıca nümerik ve deneysel çalışmaların sonuçları göz önüne alınarak kelebek bağlantı elemanı geometrik olarak geliştirilmiştir. Burada ilk incelenen kelebek modeli temel model olarak adlandırılmış ve geliştirilen modeller ise sırası ile takviyeli, yuvarlatılmış ve kum saati olarak adlandırılmıştır. Geliştirilen kelebek bağlantı elemanlarının yük taşıma kapasitesindeki değişimi hem deneysel ve hem de nümerik olarak incelenmiş ve elde edilen yeni sonuçlar sunulmuştur. Geometrik optimizasyon sonucu elde edilen en iyi temel model ile birleştirilmiş kompozit numunelerde, kompozit malzeme fiber oryantasyonlarının, değişik kelebek geçme boşluklarının, yama plakalarının ve farklı yapıştırıcıların yük taşıma kabiliyetlerine etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Yapılan statik deney sonuçlarına göre elde edilen en iyi temel model ile birleştirilmiş kelebek birleştirmelerinin nem ve su alma etkileri incelenerek yorulma performansları değişik şartlarda araştırılmıştır. Yorulma performansları oda şartlarında, oda şartlarının altındaki ve üstündeki sıcaklıklarda kelebek birleştirmelerinin yapıştırıcılı, yapıştırıcısız ve yama plakaları ile güçlendirilmiş durumları için deneysel olarak incelenmiştir. x y L w b Şekil 1.2 Kelebek bağlantı elemanı ile mekanik alın birleştirme tipi

18 4 2. LİTERATÜR ÖZETİ Literatürde incelenen veya araştırılan birçok birleştirme çeşitleri vardır. Çalışmaların bir kısmı yapıların nasıl birleştirileceğini konu alırken bir kısmı da birleştirilmiş yapıların statik ve dinamik performanslarını kapsamaktadır Pimli veya Civatalı Birleştirmeler ile İlgili Çalışmalar Tercan vd (2007) çalışmalarında, 0, 45 ve 90 olmak üzere üç farklı yönde atkıörülmüş cam fiber kompozit plakadan oluşan pimlenmiş birleştirmenin yataklama mukavemetini araştırmak için deneyler yapmışlardır. Geometrik parametrelerin etkilerini tayin edebilmek için kenar mesafesinin pim çapına oranını (E/D) ve numune genişliğinin pim çapına oranını (W/D) deneyler esnasında sistematik olarak değiştirmişlerdir. Takviye açısının her bir yönünde, (E/D) ve (W/D) oranları 4 e eşit olduğunda veya daha büyük değerlerde yataklama mukavemetlerinin en son değerlerine ulaştıklarını deneylerle belirlemişlerdir. Örülmüş kumaş kompozit malzemelerin neredeyse izotropik özellik gösterdiğini tespit etmişlerdir. Karakuzu vd (2006) rijit bir pim ile bir çekme kuvveti oluşturmuşlar ve tabakalanmış dokuma cam-vinilester kompozit plakada yataklama mukavemetini, hasar modunu ve hasar yükünü deneysel ve nümerik olarak araştırmışlardır. Nümerik çalışmayı sonlu elemanlar analiz programı yardımı ile 3D sonlu elemanlar metodu kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Hasar analizinde Hashin hasar kriterini kullanmışlardır. Deney sonuçlarını hasar ilerlemesine ve birleştirmenin maksimum mukavemetine bağlı olarak elde etmişler ve elde edilen deney sonuçlarını nümerik sonuçlar ile karşılaştırmışlardır. Genel olarak geometrik parametrelerin artmasıyla kompozit plakanın yataklama mukavemetinin arttığını tespit etmişledir. Okutan ve Karakuzu (2003) çalışmalarında, pim yüklü tabakalanmış kompozitlerin davranışlarını incelemişlerdir. Çekme testlerini [0/±45] s ve [90/±45] s gibi iki farklı kat oryantasyonları için E-cam/epoksi kompozitlerinde gerçekleştirmişlerdir. Her bir kat

19 5 oryantasyonları için 20 farklı geometri seçmişlerdir. Pim ile birleştirilmiş kompozit birleştirmelerin yataklama, kayma ve çekme mukavemetlerinin üzerinde geometrik boyutların etkilerini değerlendirmişlerdir. [0/±45] s kat oryantasyonunun yataklama mukavemeti [90/±45] s kat oryantasyonluya göre daha büyük olduğunu tespit etmişlerdir. [0/±45] s tabakalı kompozit için yataklama mukavemetinin maksimum değerlerinin E/D ve W/D oranlarının 3 değerine ulaşmasıyla elde edildiğini belirlemişlerdir. İçten vd (2003) yaptıkları çalışmada, pim vasıtasıyla yüklenmiş dokunmuş cam fiber-epoksi kompozitlerin mekanik davranışlarını ve hasar gelişmelerini deneysel ve nümerik olarak incelemişlerdir. Ayrıca hasar mukavemetlerinde birleşme geometrisinin ve kat oryantasyonunun etkilerini değerlendirmişlerdir. Deneysel sonuçlar ile nümerik tahminler arasında iyi bir uyum olduğunu tespit etmişlerdir. [(±45) 3 ] s tabakalı kompozitin W/D oranının küçük değerlerin [(0/90) 3 ] s tabakalı kompozitinkine göre daha zayıf olduğunu tespit etmişlerdir. Okutan vd (2001) çalışmalarında, dokunmuş tabakalı kompozitlerin yataklama mukavemeti üzerinde dokunmuş fiberlerin etkilerini, kenar uzunluğunun delik çapı oranında (E/D) ve numune genişliğinin delik çapı oranında (W/D) araştırmışlardır. Tek delikli pim yüklü numunelerin çekme tepkilerini değerlendirmek için testler yapmışlardır. Hasar ilerlemesini ve hasar tipini numune üzerinde gözlemlemişlerdir. Pimden yüklenmiş kompozitlerin mukavemetleri üzerine birleşme geometrilerinin etkilerini değerlendirmişlerdir. Dokunmuş cam-fiberin maksimum yük kapasitesinin, pim bağlantısı ile takviye edilmiş epoksi tabakalarda W ve E nin artmasıyla arttığını belirlemişlerdir. Bununla birlikte E/D oranının 2 den sonra ve W/D oranının 3 den sonra artması ile birleştirmenin maksimum yük kapasitesine önemsiz bir etki yaptığını bulmuşlardır. İçten vd (2006) dokunmuş kevler epoksi kompozit plakalarda mekanik olarak bağlanmış birleştirmelerin hasar yükünü ve hasar modunu belirleyebilmek için bir araştırma gerçekleştirmişlerdir. Hasar başlaması, ilerlemesi ve birleştirmelerin mukavemetini tahmin edebilmek için 2 boyutlu sonlu elemanlar kodu geliştirmişlerdir. Deneyleri, hasar modunu tahmin edebilmek ve hasar yükünü bulabilmek için

20 6 gerçekleştirmişlerdir. Elde edilen sonuçları birbiriyle karşılaştırmışlar ve karşılaştırmalar sonucunda nümerik ve deneysel çalışmaların arasında iyi bir uyum olduğunu elde etmişlerdir. Genel olarak kompozit plakanın yataklama mukavemetinin geometrik parametrelerin artmasıyla arttığını tespit etmişlerdir. İçten vd (2002) yaptıkları çalışmada, değişik fiber oryantasyonlarından meydana gelen karbon-epoksi kompozit plakaların pimli birleştirmelerinin hasar modu ve hasar kuvveti gibi davranışlarını incelemişlerdir. Hasar modunu ve hasar kuvvetlerini hem deneysel hem de nümerik olarak analiz etmişlerdir. Hoffman ve Hashin hasar kriterlerini hasar analizlerinde kullanmışlardır. Nümerik tahminler ve deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyum olduğunu saptamışlardır. Kompozit plakanın yataklama kuvvetinin θ=0 de maksimum değere ve θ=45 de ise minimum değere ulaştığını belirlemişlerdir. Aktas ve Dirikolu (2004) [0 /45 /-45 /90 ] s ve [90 /45 /-45 /0 ] s tabaka konfigürasyonlu karbon epoksi kompozit plakalarının pim ile birleştirilerek yapılan birleştirmelerin mukavemetini araştırmak için hem deneysel hem de nümerik bir çalışma gerçekleştirmişlerdir. Her iki analizin sonucu olarak hazırlamış oldukları numune konfigürasyonları yataklama hasar modunu göstermiştir. [90 /45 /-45 /0 ] s konfigürasyonunun yataklama mukavemetinin [0 /45 /-45 /90 ] s konfigürasyonu ile karşılaştırıldığında daha güçlü olduğunu tespit etmişler ve sonuç olarak her iki konfigürasyonla E/D ve W/D oranlarının 4 den daha büyük veya eşit olduğunda yataklama mukavemetlerinin en üst limitlere ulaştığını belirlemişlerdir. Fujita vd (1994) yaptıkları çalışmada, düz örülmüş çubukta mekanik olarak bağlanmış birleştirmenin mukavemetini ve çatlak davranışını araştırmışlardır. Kendinden delikli örülmüş düz çubuğun birleştirme mukavemetinin makine ile sonradan delinmiş örülmüş düz çubuğunkinden daha yüksek olduğunu belirlemişlerdir. Delik etrafında örülmüş deliği oluşturan fiberlerin ve konfigürasyon takviyesini oluşturan fiberlerin tek yönlü kompozitteki gibi yüksek bir mukavemete ve elastisite modülüne sahip olduğunu tespit etmişlerdir.

21 7 Camanho ve Lambert (2006) tabakalı kompozitlerde mekanik olarak bağlanmış birleştirmelerin son hasar, hasar modu ve hasarın başlangıcını tahmin edebilmek için yeni bir yöntem sunmuşlardır. Her bir kattaki gerilme dağılımını yarı analitik veya nümerik metotlar kullanarak tespit etmişlerdir. Hasar kriterinde gerilme dağılımını ve kat kuvvetlerini kullanarak birleştirmenin elastik limitini tahmin etmişlerdir. Son hasarı ve hasar modunu nokta veya ortalama gerilme modellerini kullanarak tahmin etmişlerdir. Yapmış oldukları tahminleri, pim ve civata ile yapılan birleştirmelerden elde edilen deneysel veriler ile karşılaştırmışlar ve önermiş oldukları yöntemin doğruluğunu ispatlamışlardır. Xiao ve Ishikawa (2005) civatalı kompozit birleştirmelerin yataklama mukavemetini ve hasarını analitik bir model geliştirerek araştırmışlardır. Geliştirdikleri bu analitik modelde, hasar ilerleyişini, cıvata mili-delik sınırındaki temas koşullarını, lineer olmayan malzeme davranışını ve sınırlı deformasyonu hesaba katmışlardır. Birleştirmelerin hasar ilerleyişlerinin ve tepki verme mukavemetlerinin nümerik simulasyon sonuçları deneysel veriler ile iyi uyum sağladığını tespit etmişlerdir. Choi ve Chun (2003) yaptıkları çalışmada, aynı katlı kompozit ile düzlem gerilme koşulları altında mekanik olarak bağlanmış kompozit birleştirmelerin hasar yüklerini tahmin edebilmek için hasar alan index yöntemini sunmuşlardır. Önerdikleri hasar alan index metodu ile elde edilen hasar yüklerini mekanik olarak bağlanmış birleştirmelerden ölçülen hasar yüklerinden %10 gibi bir fark ile bulmuşlardır. Goswami (2005) farklı sıcaklıklar altında civatalı kompozit bağlantılarının hasar analizini sonlu elemanlar metodunu kullanarak yapmıştır. En yüksek hasar yüklerini ve yataklama gerilmelerini farklı hasar kriteri kullanarak hesaplamış ve sonuçlarını literatürde yer alan deneysel veriler ile karşılaştırmıştır. Ayrıca çalışmasında sıcaklık yüzünden malzeme özelliklerinin bozulmasının etkisini incelemiştir. Counts ve Johnson (2002) yüksek sıcaklıklarda polimer matrisli birleştirilmiş kompozitlerin civata yataklama yorulmasını 0,1 Hz den 10 Hz e kadar yapmışlardır. 177 C de saat tekrarda yorulma ömrünün etkilenmediğini bulmuşlardır. Ayrıca yataklama yorulma mekanizmasının içerisinde ayrılmalar olabileceğini de tespit etmişlerdir.

22 8 Lim vd (2006) tek yönlü kompozit tabakalar için civatalı bağlantıların yorulma davranışlarını değişik fiber açılarda incelemişlerdir. Civatalı bağlantılarda bağlanma basıncı kaldırıldığında ana tabakanın yorulma yüküyle eksenel olarak yığıldığını bulmuşlardır Geometrik Birleştirmeler ile İlgili Çalışmalar Melogranaa vd (2003) ince bir karbon fiber kompozit ve paslanmaz çelik arasında geometrik olarak 9 farklı dil-oluk tasarımlarını deneysel olarak incelemişlerdir. Numune genişliğini ve dil uzunluğunu sabit tutarak dillerin sayısını ve inceliklerini değiştirmişlerdir. Ayrıca lolipop gibi geometrik bir tasarımı da incelemişlerdir. Bağlantı dillerinin geniş en-boy oranlarında dil-oluk birleştirmelerinin geleneksel tekli bindirme birleştirmelerinden daha güçlü olduğunu bulmuşlardır. Dvorak vd (2001) gerçekleştirdikleri çalışmada, kalın dokunmuş E camı-vinilester kompozit tabakalı plakaların çelik veya diğer kompozit plakalar ile birleştirilmesi üzerine yeni bir yaklaşım geliştirmişlerdir. Dil ve oluk geometrisi etrafında oluşan ara yüzeyi yapıştırıcı ile doldurup birleştirmişlerdir. Bu çalışmada yapışma yüzeyinde oluşan kayma gerilme dağılımları incelemişlerdir. Yaptıkları çalışmanın sonuçlarını hem deneysel hem de sonlu elemanlar modeli ile sunmuşlardır. Kompozit plakalar ile çelik arasında yapılan dil ve oluk birleştirmesi ile daha iyi mukavemet sağlandığını tespit etmişlerdir. Boyd vd (2006) çalışmalarında, pultre edilmiş GRP parçalarda parmak birleştirmelerini değerlendirmişlerdir. Yük-yerdeğiştirme davranışlarını tespit etmişler ve termoelastik gerilme analizini (TSA) birleştirme üzerinde yer alan gerilme dağılımlarını elde etmek için kullanmışlardır. Parmak birleştirme tipinde, parmak uç açısının artmasıyla gerilme konsantrasyon faktöründe bir artışın olduğunu, kayma gerilmesinde ise bir azalma olduğunu ve yük taşıma kapasitesinde de bir azalma olduğunu tespit etmişlerdir. Gunnion ve Herszberg (2006) çalışmalarında, pahlı bir birleştirmenin performansında çeşitli parametrelerin etkilerini geniş bir şekilde çalışmaya müsaade

23 9 eden bir parametrik sonlu elemanlar modeli geliştirmişlerdir. Yapıştırma hattı boyunca gerilme dağılımlarını incelemişler ve maksimum gerilmelerin yoğunluklarını pah açısındaki değişimlere, yapıştırma kalınlığına, tabaka kalınlığına, plaka kalınlığına ve tabaka düzenine göre belirlemişlerdir. Topçu vd (2007) yaptıkları çalışmalarında, kelebek şekilli bağlantı elemanı ile birleştirilmiş bir kompozit plakanın hasar kuvvetlerini deneysel olarak araştırmışlardır. Deneylerde, kelebek uç genişliğinin numune genişliğine olan oranı (W/B), kelebek orta genişliğinin kelebek uç genişliğine olan oranı (X/W) ve kelebek yarı boyunun numune genişliğine (Y/B) oranı gibi birleşme geometri parametrelerinin etkileri araştırmışlardır. Kelebek şekilli bağlantı kilidinin malzeme değişiminin de etkisini görebilmek için bağlantı kilidi metal ve kompozit malzeme olmak üzere iki tipte yapmışlardır. Elde ettikleri sonuçlara göre, kompozit kelebeğin yük taşıma kabiliyeti, metal kelebekten biraz düşük bile olsa daha uzun süre yükü taşıyabildiklerini tespit etmişlerdir. Kompozit yapının hasara uğramadan önce kelebek kilidinin tamiratı ile kompozit yapının servis ömrünün arttırılmasını sağlamışlardır. Kumar vd (2006) çalışmalarında, tek yönlü karbon fiber takviyeli kompozit parçalar ve 0,15 mm kalınlığında AF film yapıştırıcı içeren yapıştırılmış pahlı birleştirmeleri tek eksenli gerilme yükü altında test etmişlerdir. Pah açısının 2 den küçük olması durumunda fiberlerde kırılma hasarının oluştuğunu gözlemlerken pah açısının 2 den büyük olması durumlarında ise yapışkan film üzerinde kayma hasarlarını gözlemlemişlerdir. Deneysel sonuçları sonlu elemanlar simülasyonları ile de desteklemişlerdir. Harman ve Wang (2006) yaptıkları çalışmalarında, açılı alın birleştirmelerinin profillerini optimize yapabilmek için analitik bir yöntem gerçekleştirmişlerdir. Optimum çözümü değerlendirmek amacıyla da sonlu elemanlar analizini yapmışlardır. Kim vd (2004) kompozit yapılar için basamaklı bindirme birleştirmelerini statik ve yorulma gerilme yükü altında test etmişlerdir. Deney sonuçlarından, çatlağın bindirmenin ucundan başladığını ve yapışık kompozit yapının delaminasyonu boyunca ilerlediğini tespit etmişlerdir. Basamak sayısının ve basamak yükseklik kenar açısının artması ile birleştirmenin ortalama gerilme yükünün arttığını belirlemişlerdir.

24 10 Ishii vd (1998) yaptıkları çalışmada, çoklu eksenel gerilme koşulları altında yapışkan bağlantılı CFRP/metal birleştirmelerin yorulma hasar kriterlerini araştırmışlardır. Yorulma testlerini; uç birleştirme, pahlı birleştirme ve kalın yapışık bindirme-kayma birleştirmesi olmak üzere 3 çeşit yapışkan bağlantılı birleştirme numunelerinde gerçekleştirmişlerdir. Ayrıca, bu birleştirmelerin gerilme dağılımlarını sonlu elemanlar metodu ile analiz etmişlerdir. Dvorak ve Bahei-El-Din (2001) kalın tabakalı kompozit plakaların yapıştırılması için yeni birleşme tasarımları öne sürmüşlerdir. Yaptıkları bu çalışmada, bindirme birleştirmelerinde sıkca gözlenen en üst tabakaların kayma veya çekme hasarlarının oluşturtuğu hasar tiplerini azaltmak veya yok etmeyi amaçlamışlardır. Öne sürdükleri prizmatik birleştirme tasarımların iç bölgelerinde oluşan gerilmeleri sonlu elemanlar metodu ile tespit etmişlerdir. Charalambides vd (1998) yaptıkları çalışmada, bir epoksi film yapışkanı kullanılarak yapıştırılmış karbon fiber/epoksi tamir birleştirmelerinin performanslarını statik ve yorulma yükleri altında araştırmışlardır. Tamir birleştirmelerini 16 aya kadar 50 C de suya daldırmışlar ve sıcak ve ıslak çevrenin statik-yorulma mukavemetlerine etkilerini değerlendirmişlerdir Tekli veya İkili Bindirme Birleştirmeleri ile İlgili Çalışmalar Zou vd (2004) yapıştırıcı ile bağlanmış simetrik kompozit ve metalik birleştirmelerin analizleri için analitik çözümler sunmuşlardır. Çözüm için, klasik laminasyon plaka teorisi ve yapışkan ara yüzeyini oluşturan modeli kullanmışlardır. Dengeli birleştirmelerin hem teorik hem de nümerik çalışmaları yapışkan soyulma ve kesme gerilmelerini elde etmek için yapmışlardır. Analitik sonuçların sonlu elemanlar metodu aracılığıyla elde edilenler ile iyi uyum sağladığını göstermişlerdir. Xiao (2003) yaptığı çalışmada, mekanik olarak tekli ve çiftli birleştirilmiş kompozit yapıların davranışını deneysel olarak araştırmıştır. Statik gerilme testi esnasında, kırılma sürecini anlamak için yük-deplasman tepkilerini ve akustik emisyonlarını ölçmüştür.

25 11 Yükleme oranının çoklu bağlanmış birleştirmelerde non-lineer davranış gösterdiğini tespit etmiştir. Kweon vd (2006) kompozit-alüminyum çiftli bindirme birleştirmelerinin yapışkan bağlama, civata bağlama ve yapışkan-civata bağlama olmak üzere üç farklı tip için hasar yüklerini ve modlarını tayin etmişlerdir. Alüminyum ile kompozitin yapıştırılmasında FM73 film ve EA9394S macun yapıştırıcılarını kullanmışlardır. Macun tip yapıştırıcı kullanıldığında mekanik bağlama yapışkan bağlamadan daha sağlam olduğundan hibrit bağlama, birleştirmenin mukavemetini iyileştirdiğini tespit etmişlerdir. Diğer taraftan civatalı bağlantının mukavemetinin film yapıştırıcı ile yapıştırılmış bağlantıdan daha düşük olduğunu bulmuşlardır. Fu ve Mallick (2001) tarafından yapılan çalışmada, enjeksiyon ile kalıplanmış kompozit yapılarda yapıştırma ve civatalı (hibrit) bağlantıların statik ve yorulma performansları incelenmiştir. Hibrit bağlantıların, yapıştırma bağlantılarından daha yüksek statik hasar yüküne ve daha uzun yorulma ömrüne sahip olduklarını açıklamışlardır. Hibrit bağlantıların performansının rondelanın dizaynına bağlı olduğunu hem deneysel yöntemlerle hem de sonlu elemanlar analizi ile açıklayarak uygun rondela tipini geliştirmişlerdir. Matsuzaki vd (2008) civatalanmış ve kürleştirilmiş birleştirme yöntemi ile tekli bindirme birleştirme mukavemetlerini incelemişlerdir. Yapmış oldukları civatalanmış ve kürleştirilmiş hibrit birleştirme yöntemini yapıştırma birleştirmesinden ve fiber takviye malzemelerini hasara uğratmadan yapılmış civatalanmış birleştirmelerden oluşturmuşlardır. Sonuç olarak ta hibrit birleştirme yöntemiyle yapılmış birleştirmelerden elde ettikleri gerilme değerlerinin civatanmış klasik birleştirmelerden elde etikleri gerilme değerlerinden daha az olduğunu tespit etmişlerdir. Yang vd (2004) yaptıkları çalışmada, yapıştırılmış tekli bindirme kompozit birleştirmelerde, yapışkan gerilme dağılımlarına karar verebilmek için analitik bir model geliştirmişlerdir. Model oluştururken, yapışkanı Von Mises akma kriterine göre elastiktam plastik kabul ederlerken kompozit numuneleri ise lineer elastik kabul etmişlerdir. Tabakalanmış anizotropik plaka teorisini yapıştırılmış kompozit plakaların genel denklemlerinin türetilmesinde uygulamışlardır. Geliştirdikleri gerilme modelinin

26 12 yapışkan gerilme dağılımlarını Abaqus sonlu elemanlar analizi ile karşılaştırıp doğrulamışlardır. McCarthy vd (2005) yaptıkları çalışmada, çoklu civatalanmış çiftli bindirme kompozit birleştirmelerin 3 boyutlu hasar ilerlemesi için sonlu elemanlar metodunu Abaqus de geliştirmişlerdir. Geliştirilen sonlu elemanlar modelini yük-yer değiştirmesi karakteristikleri ve yüzey şekil değiştirmeleri bakımından deneysel sonuçlarla karşılaştırarak doğrulamışlardır. Kelly (2006) karbon fiber takviyeli plastik kompozit plakaların hibrit (yapıştırma/civata) şeklinde birleştirilmelerinin yorulma ömrü ve mukavemet etkilerini araştırmıştır. Hibrit bağlantıların yapıştırma bağlantılarına karşı daha büyük mukavemet ve yorulma ömrüne sahip olduklarını tespit etmiştir. Apalak ve Güneş (2002) büyük yer değiştirmelerin etkisini dikkate alarak yapıştırıcı ile bağlanmış tekli bindirme birleştirmelerinde yapıştırıcı ve yapıştırılan malzemelerin ısıl özelliklerindeki uyumsuzluktan dolayı oluşan ısıl gerilmeleri, sonlu elemanlar yöntemiyle incelemişlerdir. Yaptıkları çalışmanın sonucunda, birleştirmedeki en kritik bölgenin yapıştırıcı ile yapıştırılan malzeme ara yüzeylerinin serbest uçları olduğunu ifade etmişlerdir. Silva ve Adams (2007) yaptıkları çalışmada, biri düşük sıcaklıklarda mukavemet sağlamak için kullanılan ve biri de yüksek sıcaklıklarda mukavemet sağlamak için kullanılan iki yapıştırıcının kombinasyonu ile düşük sıcaklıklardan yüksek sıcaklıklara kullanılabilen bir birleştirme tasarlamışlardır. Bindirme birleştirmelerinde mümkün olan en iyi tasarımı bulmak için dolayısıyla karma bir bileştirmede gerilme dağılımını çalışmak için sonlu elemanlar metodunu Abaqus programı ile kullanmışlardır. Yapmış oldukları çalışma sonuçlarına göre; farklı malzemelerden oluşan bir birleştirme için, iki yapıştırıcının birleşimi ile yapılan birleştirmelerin, yalnız bir yüksek sıcaklık yapıştırıcısının kullanılmasıyla elde edilen çalışma sıcaklık aralığının üzerinde daha iyi bir performans sağlandığını tespit etmişlerdir. Apalak vd (2003) silindirik tekli bindirme birleştirmesi üzerinde sonlu elemanlar yöntemiyle yaptıkları çalışmada, yapıştırıcı tabakasının serbest uçlarında ciddi gerilme

27 13 yığılmaların oluştuğunu ve bunun sonucu olarak silindirik tekli bindirme birleştirmelerinde dikkate değer deformasyonların meydana geldiğini tespit etmişlerdir. Aynı zamanda bindirme uzunluğundaki artışın, yapıştırıcı tabakasının pik gerilme değerlerinde düşüşe sebep olduğunu ifade etmişlerdir. Chen (2001) yaptığı çalışmada, civatalanmış kompozit birleştirmenin performansı üzerine çevre şartlarının etkilerini araştırmıştır. Higrotermal çevrime maruz numunenin yorulma testlerinde oluşan delik hasar uzaması, higrotermal çevrime maruz olmayan numunenin yorulma testlerinde meydana gelen delik hasar uzamasından daha büyük olduğunu tespit etmiştir. Ayrıca higrotermal çevrim etkisine maruz kalan kompozitlerin nem ağırlık artışlarını tespit etmiş ve nümerik sonuçlar ile karşılaştırmıştır. Kang vd (2007) yaptıkları çalışmada, geliştirilmiş CFRP kompozitleri ile kaplama tankları için kullanılan (Al 6061-T6) alüminyum alaşımlarını çift bindirme birleştirmesi yaparak yapışma kabiliyetlerini 3 farklı yapışkan kullanarak araştırmışlardır. Çift bindirme numunelerinin her bir yapışkanın bağlantı mukavemetini ve kırılma karakteristiklerini karşılaştırmak için (-150 C) sıcaklıkta ve oda sıcaklığında test etmişlerdir. Ayrıca deneysel sonuçları analiz etme amacıyla Abaqus sonlu elemanlar programını kullanmışlardır. Ascroft vd (2001) yapıştırılmış kompozit bağlantılarda çevrenin etkisini seçilmiş değişik sıcaklıklarda ve nem koşullarında araştırmışlardır. Değişik sıcaklarda yüksek miktardaki nem miktarının yorulma performansına etkisinin oldukça önemli olduğu sonucuna varmışlardır. Schön (2006) yorulma testlerinin maliyet ve zamanını azaltmak için yük spektrumlarından yük çevrimlerini yok etmenin gerekli olduğunu belirtmiştir. Karbon fiber/epoksi kompozitlerinden yapılan civatalı birleştirmeleri özellikle tasarladığı spektrum ve geniş spektrum ile yorulma spektrumuna yüklemiştir. Spektrumun tüm yük aralığının %30 undan daha az bir yük aralığı ile düşük genlikli yük çevrimlerinin civatalı kompozit bindirme birleştirmelerinin yorulma ömrünü etkilemeyeceğini tespit etmiş ve bu yük çevrimlerinin spektrumdan elenebileceğini belirtmiştir.

28 14 Kim vd (2008) yapıştırıcı ve kompozit hasarlarının her ikisini de içeren yapıştırılmış tekli bindirme kompozitlerin hasar tahmini için bir yöntem geliştirmişlerdir. Bu yöntemde bir deliminasyon hasar kriteri ve elastik- tam plastik model kullanmışlardır. Hasar tipi gibi hasar tahmin sonuçları iyi uyum gösterdikleri için yeni değişik geliştirilmiş mukavemet tekniklerini de önermişlerdir. Schön ve Nyman (2002) yaptıkları çalışmada, yeni İsveç savaş uçağında kullanılan civatalı birleştirmelerin spektrum yorulma ömürlerini araştırmışlardır. Çift bindirme konfigürasyonlu ve altı civatalı numuneleri R=-0,2 ve R=-5 yük oranlarındaki yorulma yükleriyle yüklemişlerdir. Yapmış oldukları deney sonuçlarına göre, R=-1 de yüklenen numuneler için meydana gelen en kısa yorulma ömrünü R=-0,2 de yüklenen numunelerin de gösterdiğini tespit etmişlerdir. Ayrıca, en uzun yorulma ömrünü de R=-5 de yüklenen numuneler için meydana geldiğini tespit etmişlerdir. Lawlor vd (2005) çoklu civata ile çiftli bindirme birleştirmelerinde değişik civatadelik boşluklarının etkilerini araştırmışlardır. Her bir delikte farklı boşluklar ile birleştirmeleri test etmişler ve yük dağılımlarının, yarı-statik mukavemetlerinin, yorulma ömürlerinin ve hasar modlarının etkilerini rapor etmişlerdir. Boşluğun yük dağılımı üzerinde önemli etkilerinin olduğunu bulmuşlardır. Bunun yanında boşluğun, yarı-statik mukavemetinin maksimum değerine bir etkisinin olmadığını tespit etmişler fakat hasar başlama yükü üzerinde ve yorulma ömrü üzerinde önemli bir etkisinin olduğunu bulmuşlardır. Starikov ve Schön (2002) karbon fiber/epoksi den yapılmış kompozit malzemelerin çeşitli civatalı birleştirmelerinin yorulma dirençlerini araştırmışlardır. Civatalı birleştirmelerin yorulma ömürlerinin bağlantı dirençlerine ve civata sayısına bağlı olduklarını bulmuşlardır. Aymerich vd (2006) seçtikleri dikmenin etkisini ve yorulma yükü altında aynı eksenli bindirme birleştirmelerin kırılma davranışlarını incelemişlerdir. Delaminasyonlu birleştirmelerde dikişli bağlantıların kırılmaya etkilerini deneysel yöntemlerle ve sonlu elemanlar yöntemi içeren nümerik çözümlerle araştırmışlardır.