ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELER İÇİN MİKROMEKANİK ESASLI KIRIM KISTASI EMRE FIRLAR KAAN BİLGE MELİH PAPİLA 0º 90º 90º 0º

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELER İÇİN MİKROMEKANİK ESASLI KIRIM KISTASI EMRE FIRLAR KAAN BİLGE MELİH PAPİLA 0º 90º 90º 0º"

Müge Altıntop
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ELYAF TAKVİYELİ KOPOZİT ALZEELER İÇİN İKROEKANİK ESASLI KIRI KISTASI x z θ y 0º 90º 90º 0º ERE FIRLAR KAAN BİLGE ELİH PAPİLA UHUK II. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI Ekim 2008, İTÜ, İstanbul

KAAN BİLGE ELİH PAPİLA UHUK-2008-074 II.

2 Kompozitlerin kullanımının zaman içinde gelişimi % 50% 757/767 3% 747 1% alzeme Tipi Kompozitler Çelik Titanyum Aluminyum Diğer 2

3 otivasyon & Amaç Elyaf takviyeli kompozit (ETK) malzemeler yüksek özgün mukavemet alzeme özellikleri bakımından ilerlemeler Üretim teknolojilerinin gelişimi, örn: otomatik elyaf/bant ( prepreg ) yatırma Hesaplama/Tasarım araçlarının gelişimi 3

ilerlemeler Üretim teknolojilerinin gelişimi, örn: otomatik

4 Yapısal Tasarım/Eniyilemeye Genel Bakış Kırım kıstasları Hasar ilerlemesi Kalıcılık/sağlamlık Ağırlık ve maliyetin düşürülmesi 4

5 otivasyon Kompozit malzemelerin verimli ve en iyi şekilde yapısal tasarımlarda kullanılması için, elyaf takviyeli kompozit yapılara özel geliştirilen/önerilen kırım kıstası Yaygın kullanımı olan kıstaslar İsotropik malzemeler için yaygınlaşmış kıstaslara benzetim akro gerinim veya gerilimler esaslı Deneysel veriye göre oturtulmuş yarı-kuramsal/deneysel kıstas denklem ve modellerinde randıman kat dizinlerine bağımlı Kırım modunu ayırmakta, arayüzü dikkate almakta yetersiz Güncel bir yaklaşım: kat bazında çözümlemelerden ziyade, elyaf, reçine ve arayüz için birim hücre modeller mikromekanik çözümlemeler. 5

gerilimler esaslı Deneysel veriye göre oturtulmuş yarı-kuramsal/deneysel kıstas denklem ve modellerinde randıman kat dizinlerine bağımlı Kırım modunu

6 Amaç & Kapsam Sonlu elemanlar yöntemi esaslı mikromekanik çözümlemelerden elde edilen elyaf-matris arayüzündeki gerilme dağılımlarının kırım kıstası olarak uygulanması potansiyelini göstermek. Kapsam ETK için bileşen malzemelerinin mekanik testleri, Test sonuçlarından mikromekanik modeller yardımı ile son laminat mekanik ozelliklerini tahmini ve deneysel kıyaslaması Kare dizin birim hücre mikromekanik modeli odelden elde edilen gerilme yükseltici katsayıları Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların mukavemetinin geri hesabı ve elyaf mukavemet testlerinde ölçülmüş değer ile kıyaslanması. 6

Kapsam ETK için bileşen malzemelerinin mekanik testleri, Test sonuçlarından mikromekanik modeller yardımı ile son laminat mekanik ozelliklerini tahmini ve

7 otivasyon & Amaç Yöntem Sunum İçeriği ikromekanik model ikro-gerilmelerin hesabı Deneysel alzemeler ve Üretim Testler ve Doğrulama Sonuç 7

8 Yöntem: ikromekanik odel Sıkça kullanılan Temsili Hacim Eleman (THE) ve dizinleri Lokal katman seviyesi (1-2) ve global laminat seviyesi (x-y) koordinat sistemleri

9 3 2 Yöntem Yön Birim Gerinme Koşulları (Boyuna) ε =, ε = ε = γ = γ = γ = 2 (Enine, fibere dik) ε 22 = 1, ε11 = ε 33 = γ 12 = γ 23 = γ 13 = 0 3 (Yükseklik, fibere dik) 12 (düzlem- kesme) ε 33 = 1, ε11 = ε 22 = γ 12 = γ 23 = γ 13 = 0 γ 12 = 1, ε11 = ε 22 = ε 33 = γ 23 = γ 13 = (düzlem dışı-kesme) γ 23 = 1, ε11 = ε 22 = ε33 = γ12 = γ13 = 0 13 (düzlem dışı -kesme) γ13 = 1, ε11 = ε 22 = ε33 = γ12 = γ 23 =

33 = 1, ε11 = ε 22 = γ 12 = γ 23 = γ 13 = 0 γ 12 = 1, ε11 = ε 22 = ε 33 = γ 23 = γ 13 = 0 2 13 23 (düzlem

Yöntem: ikro-gerilmelerin hesabı jj Ortalama Tepki Gerilmeleri lamina için C matrisinin 1. sütunu j noktasındaki ikro Gerinmeler ε matrisinin 1.

10 Yöntem: ikro-gerilmelerin hesabı jj Ortalama Tepki Gerilmeleri lamina için C matrisinin 1. sütunu j noktasındaki ikro Gerinmeler ε matrisinin 1. sütunu ε1i ε1 = ε xx ε ε 2i 2 = ε yy ε 3 3 = ε ε i zz uygulanan gerinme ε i = 1 = ε 4i ε 4 = ε yz ε 5i ε5 = ε xz ε 6i ε jnoktası 6 = ε xy Gerinme Yükseltici Katsayıları jnoktası ε = ε ε 1 1 xx ε 2 ε yy = ε ε ε ε ε ε 3 = ε zz ε 31 ε 32 ε 33 ε ε 3 = ε 4 = ε yz ε 41 ε 42 ε 43 ε ε 4 ε = ε ε 5 xz ε 55 ε 56 5 ε = ε xy ε 65 ε 66 j j 6 ε

sütunu ε1i ε1 = ε xx ε ε 2i 2 = ε yy ε 3 3 = ε ε i zz uygulanan gerinme ε i = 1 = ε 4i ε 4 = ε yz ε 5i ε5 = ε xz ε 6i ε jnoktası 6 = ε

Yöntem: ikro-gerilmelerin hesabı Gerilme Yükseltici Katsayıları j ( ) = ( ) C S σ j j ε j σ = σ σ 1 σ = σ 0 0 σ 2 σ 3 σ = zz 31 32 33 34 0 0 σ σ σ σ σ 3 = σ 4 = σ yz σ 41 σ 42 σ 43 σ 44 0 0 σ 4 σ 0 0

11 Yöntem: ikro-gerilmelerin hesabı Gerilme Yükseltici Katsayıları j ( ) = ( ) C S σ j j ε j σ = σ σ 1 σ = σ 0 0 σ 2 σ 3 σ = zz σ σ σ σ σ 3 = σ 4 = σ yz σ 41 σ 42 σ 43 σ σ 4 σ σ xz σ 55 = σ 56 σ 5 σ σ xy σ 65 = σ 66 j j σ 6 1 xx σ11 σ12 σ13 σ yy σ 21 σ 22 σ 23 σ 24 j noktasına has malzeme bileşiminin elastik katsayı matrisi THE nin süneklik tensoru j noktasındaki ikro Gerilme vektörü Ortalama/akro gerilme vektörü 11

0 0 6 σ xy σ 65 = σ 66 j j σ 6 1 xx σ11 σ12 σ13 σ14 0 0 2 yy σ 21 σ 22 σ 23 σ 24 j noktasına has malzeme bileşiminin

12 Yöntem: Geri Hesaplama Adımı σ 1 σ 1 σ fle : σ 1 ile laminat kırım anında, katman içinde elyaf yönündeki makro gerilme. σ fe : elyaf kırım gerilmesi (elyaf üzerindeki max. elyaf mikro gerilme) 12

13 Deneysel: alzeme ve Üretim Vakumİnfüzyon Deney Düzeneği 13

14 Deneysel:alzeme ve Üretim Kıvrımsız elyaf takviye kumaş/dokuma 14

15 Deneysel:alzeme ve Üretim Üretilen Kompozit Laminatlar 15

16 Testler AST D3039 Polimer matrisli kompozitlerin uzama özelliklerinin tayini Fiber Doğrultusu En (mm) Uzunluk (mm) 0 tek yönlü tek yönlü Dengeli ve simetrik Sabancı Üniversitesi ndeki AST D 638 Plastiklerin uzama özelliklerinin tayini Sabancı Üniversitesi ndeki Zwick Z100UT Cam Elyaf A.Ş. nin elyaf çekme standardı Cam Elyaf A.Ş. deki Zwick UT 16

25 250 Sabancı Üniversitesi ndeki AST D 638 Plastiklerin uzama özelliklerinin tayini Sabancı

17 Testler σ fe 17

18 Doğrulama Kullanılan Temsili Hacim Elemanı ve gerilim/gerinimlerin incelendiği noktalar X- yönündeki gerilme artışı dağılımı 18

19 Doğrulama Geri Hesaplama Yöntemi ile Elyaf ukavemetinin Doğrulanması σ 11 σ 11 ( x ) = ( x ) = ( x ) = ( x ) = 19

20 Yapısal Tasarım/Eniyilemeye Genel Bakış ikro-gerilmeler Kalıcılık/sağlamlık Kırım kıstasları Ağırlık ve maliyetin düşürülmesi Hasar ilerlemesi 20

21 Referanslar - Cai, H., iyano, Y., Nakada,. ve Ha, S. K., Long-term Fatigue Strength Prediction of CFRP Structure Based on icromechanics of Failure, Journal of Composite aterials, Cilt. 42, s , K-K. Jin, Y. Huang, Y-H. Lee and S. K. Ha, Distribution of icro Stresses and Interfacial Tractions in Unidirectional Composites, Journal of Composite aterials, Barbero, E. J., Finite Element Analysis of Composite aterials, CRC Press, Tay, T.E., Tan, S.H.N., Tan, V.B.C. ve Gosse, J.H., Damage Progression by the Element-Failure ethod(ef) and Strain Invariant Failure Theory (SIFT), Composite Science and Technology, Cilt 65, s , Composites Design Tutorial 1 notları, Stanford Universitesi,

22 Teşekkür... TESA Ar-Ge ETYX Cam Elyaf A.Ş. Sabancı Universitesi Orhanlı Tuzla Istanbul Phone: +90 (216) Fax: +90 (216)

Benzer belgeler

DÖRTGEN DELİKLİ KOMPOZİT LEVHALARDA ELASTO- PLASTİK GERİLME ANALİZİ

DÖRTGEN DELİKLİ KOMPOZİT LEVHALARDA ELASTO- PLASTİK GERİLME ANALİZİ PAMUKKALE ÜNİ VERSİ TESİ MÜHENDİ SLİ K FAKÜLTESİ PAMUKKALE UNIVERSITY ENGINEERING COLLEGE MÜHENDİ SLİ K Bİ L İ MLERİ DERGİ S İ JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES YIL CİLT SAYI SAYFA : 000 : 6 : 1 : 13-19