TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Benzer belgeler
Tek Tesirli Yapıştırma Bağlantılarında İlerlemeli Hasar Analizi Progressive Failure Analysis on the Single Lap Bonded Joints

YAPIŞTIRICIYLA BİRLEŞTİRİLMİŞ T-BAĞLANTI TİPİNİN İKİ VE ÜÇ BOYUTLU GERİLME ANALİZİ

TAMİR EDİLMİŞ DOĞAL LİF TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK DAYANIMLARI

Karma Bağlantılı Kompozit Plaklarda Farklı Sıcaklıklar Etkisiyle Oluşan Gerilmelerin Analizi

Farklı Uniform Sıcaklıklar Altındaki Karma Bağlantı Yapılmış Kompozit ve Alüminyum Plakalardaki Gerilme Analizi

Çekmeye Maruz Ara Parçalı Çift Takviyeli Yapıştırma Bağlantılarında Gerilme Analizi

EXPERIMENTAL DETERMINATION OF THE MECHANICAL PROPERTIES OF ADHESIVE JOINTS BONDED EPOXY ADHESIVE INCLUDED Al 2O 3 NANOPARTICLE

HAVACILIKTA KULLANILAN KOMPOZİT YAPILARDA İKİLİ BURÇ UYGULAMASININ İNCELENMESİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

BURSA TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ DOĞA BĠLĠMLERĠ, MĠMARLIK VE MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

6.1. Yüksek Lisans Tezleri 6.2. Doktora Tezleri. 7. Yayınlar

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Beton Yol Kalınlık Tasarımı. Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Genel Laboratuvar Dersi Eğilme Deneyi Çalışma Notu

MECHANICS OF MATERIALS

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

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

Kırılma Hipotezleri. Makine Elemanları. Eşdeğer Gerilme ve Hasar (Kırılma ve Akma) Hipotezleri

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

DAİRESEL DELİKLİ TABAKALI KOMPOZİT LEVHALARDA DENEYSEL VE SAYISAL HASAR ANALİZİ

Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE ANALİZ (ANSYS)

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Strain Gauge Deneyi Çalışma Notu

Kompozit Malzemeler. Tanım:

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

Stress Analysis of Different Metal Combinations Under Different Temperatures with Hybrid Joints

ÇEKME DENEYİ. Şekil. a) Çekme Deneyi makinesi, b) Deney esnasında deney numunesinin aldığı şekiler

KARBON VE CAM ELYAF TAKVĠYELĠ EPOKSĠ KOMPOZĠT MALZEMELERĠN YAPIġTIRMA BAĞLANTILARINDA YORULMA DAVRANIġLARININ ĠNCELENMESĠ

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

BİLGİLENDİRME EKİ 7E. LİFLİ POLİMER İLE SARGILANAN KOLONLARDA DAYANIM VE SÜNEKLİK ARTIŞININ HESABI

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması

ALIN KAYNAKLI LEVHASAL BAĞLANTILARIN EĞME TESTLERİ

Burma deneyinin çekme deneyi kadar geniş bir kullanım alanı yoktur ve çekme deneyi kadar standartlaştırılmamış bir deneydir. Uygulamada malzemelerin

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 3 Tokluk özelliklerinin belirlenmesi Kırılma Mekaniği

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

29- Eylül KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü ( 1. ve 2. Öğretim 2. Sınıf / B Şubesi) Mukavemet Dersi - 1.

Karma Bağlantı Uygulanmış Farklı Metal Plakalarda Meydana Gelen Gerilmelerin İncelenmesi

CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ MURAT KOYUNBAKAN ALİ ÜNÜVAR OKAN DEMİR

7.3 ELASTĐK ZEMĐNE OTURAN PLAKLARIN DAVRANIŞI (BTÜ DE YAPILAN DENEYLER) BTÜ de Yapılan Deneyler

MMU 420 FINAL PROJESİ. 2015/2016 Bahar Dönemi. Bir Yarı eliptik yüzey çatlağının Ansys Workbench ortamında modellenmesi

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 8 Sayı: 1 s Ocak 2006 SOĞUK ÇEKİLMİŞ LEVHA MALZEMELERDE GERİLME ANALİZİ

PROF.DR. MURAT DEMİR AYDIN. ***Bu ders notları bir sonraki slaytta verilen kaynak kitaplardan alıntılar yapılarak hazırlanmıştır.


Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

Hamit Adin 1 Bahattin İşcan 2 Aydın Turgut 3 ENGINEERING SCIENCES Batman University 1-2 Received: July 2009 Firat University 3

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MMU 420 FINAL PROJESİ

Fiber Takviyeli Polimer (FRP) Uygulanan Betonarme Kirişlerde Moment-Eğrilik İlişkisi

MUKAVEMET-I DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ FİNAL ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI ARALIK-2018

Saf Eğilme(Pure Bending)

Şekil 1.1. Beton çekme dayanımının deneysel olarak belirlenmesi

MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ

Kompozit Malzemeler. Tanım:

Malzeme yavaşça artan yükler altında denendiği zaman, belirli bir sınır gerilmede dayanımı sona erip kopmaktadır.

T.C. KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ M-220 ÇEKME DENEYİ

PLASTİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9B - BURULMA DENEYİ

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

MUKAVEMET-2 DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ VİZE ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI MART Burulma 2.Kırılma ve Akma Kriterleri


MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

SERİ ÇİFT PİMLİ SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKALARDAKİ HASAR YÜKÜNÜN YAPAY ZEKÂ TEKNİKLERİ KULLANARAK BULUNMASI

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

ÇATI KONSTRÜKSİYONLARINDA GAZBETON UYGULAMALARI Doç.Dr.Oğuz Cem Çelik İTÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Statiği ve Betonarme Birimi

Şekil 1. Sarkaçlı darbe deney düzeneği

FRACTURE ÜZERİNE. 1. Giriş

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

ENİNE DİKİŞLİ KAYNAK BAĞLANTILARINDA GERİLME ANALİZİ

Alkaliye Dayanıklı Cam Elyafla Güçlendirilmiş Betonun Performansı YUWARAJ M. GHUGAL* AND SANTOSH B. DESHMUKH

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 3 ÜÇ NOKTALI EĞİLME DENEYİ

İKİ BOYUTLU RASGELE DAĞILI E-CAM LİFİ/POLYESTER MATRİS KOMPOZİTLERDE YÜKLEME HIZININ MUKAVEMET ÜZERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

Makine Elemanları I. Yorulma Analizi. Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Erzurum Teknik Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

MUKAVEMET SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-I DERS NOTU

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

BÖLÜM 5 MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

Plastik Parçanın Performansı Etkilenir:

BİR ASANSÖR KABİNİ SÜSPANSİYONU İÇİN DÜŞME ANALİZİ

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

MUKAVEMET TEMEL İLKELER

Malzemenin Mekanik Özellikleri

Geliş Tarihi/Received : , Kabul Tarihi/Accepted : tabaka dizilimi için ve en düşük hasar yükü ise N ile [60 0 ] 4

28. Sürekli kiriş örnek çözümleri

Transkript:

www.teknolojikarastirmalar.com ISSN:135-631X Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi 28 (2) 43-52 TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR Makale Yapıştırıcı Đle Birleştirilmiş Tek Bindirmeli Dokumalı Kompozit Yapıların Eğilme Hasarı Şükrü KARAKAYA, Ömer SOYKASAP Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Afyonkarahisar ÖZET Polimer matrisli kompozit malzemeler hafiflikleri ile birlikte üstün dayanım ve rijitliklerinden dolayı havauzay yapıları, otomotiv ve denizcilik endüstrilerinde kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Bu malzemelerden yapılan yapılar; tamir için, gerek birbirleriyle gerekse de diğer yapı elemanlarıyla bağlantıları için çeşitli avantajlarından dolayı yapıştırılarak birleştirilmektedir. Bu çalışmada epoksi yapıştırıcıyla birleştirilmiş polimer matrisli dokumalı kompozitlerin eğilme halindeki davranışı deneysel olarak araştırılmış ve sonlu eleman modellemesi yapılmıştır. Çalışmada kullanılan yapıştırıcı BMS 5-11 tipi film yapıştırıcıdır ve kullanılan dokumalı cam kompozit (/45/9/-45) 2 şeklinde dizilmiştir. Sonlu eleman modeli ile yapışmış elemanlardaki gerilmeler, oluşacak hasar durumları irdelenmiş ve sonuçlar deneysel çalışma ile karşılaştırılmıştır. Tek bindirmeli olarak yapıştırılmış dokumalı kompozit yapının yapıştırma bölgesindeki kayma gerilmesinin hasara olana etkisi incelenmiştir. Üç nokta eğme deneyi esnasında numunede oluşan eğrilik yarıçapı belirlenmiş, oluşan hasarın kritik eğrilik yarıçapı ile olan ilişkisi araştırılmıştır. Ayrıca yapıştırma bölgesi yakınında oluşan kayma gerilmeleri tabaka yerleşim durumunu bağlı olarak karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Üç nokta eğme deneyi, Dokumalı kompozit, Yapıştırma bağlantısı 1.GĐRĐŞ Polimer matrisli kompozitler günümüzde malzeme dayanım ve/veya rijitlik değerlerinin yüksek olduğu uçak, roket, füze gövdeleri, yüksek kalitede spor malzemeleri alanlarda kullanıldığı gibi lastik, otomotiv sanayi, beyaz eşya, basınca dayanımlı boru gibi daha düşük maliyet gerektiren sektörlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Polimer matrisli kompozitlerin yapıştırılması, bunların mekanik özelliklerinin deneysel yollarla belirlenmesi ve modellenmesi oldukça önem kazanmaktadır [1-3]. Örneğin Cheuk and Tong çatlak içeren ve yapışmış tabakalı kompozitlerde çekme yükleri altında kopma modları için deneysel ve analitik çalışmalar yapmıştır [4, 5]. Yarrington ve diğerleri [6] yapışmış kompozitlerde hata modlarının belirlenmesi için değişik hata teorileri kullanmış ve bu teoriler deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Yapışmış parçalarda bu hata modları şu şekilde gruplandırılabilir: (i) yapıştırıcının kopması, (ii) yapıştırıcı ve yapışan yüzeyler arasında kopma, (iii) yada yapışan parçaların kopması. Kullanılan kriterler maksimum asal gerilme kriteri, matriste çatlama, tabaka ayrılması, ilk tabaka kopması, maksimum düzlem içi gerilme kriterini içermektedir. Sonlu eleman modelleri * Đletişim, E-mail: skarakaya@aku.edu.tr

Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 Yapıştırıcı ile Birleştirilmiş Tek Bindirmeli Dokumalı Kompozit Yapıların Eğilme Analizi günümüzde yapışmış kompozitlerde gerilme dağılımının belirlenmesi için ve analitik hesaplamalarla karşılaştırmak için çeşitli çalışmalarda kullanılıştır [7]. Yapıştırma tekniği yapışmış kompozitlerin dayanımını oldukça etkilemektedir. Kompozit parçalar ilave yapıştırıcı ile ya da ilave yapıştırıcı olmadan ortak kür edilerek birleştirilebilmektedir. Kim ve diğerleri [8] ilave yapıştırıcı olmadan ortak kür edilmiş parçaların daha yüksek dayanıma sahip olduğunu belirtmiştir. Đlave yapıştırıcı kullanarak ortak kür edilmiş parçalarda ise yük etkisi altında tabaka ayrılmasının gerçekleştiği belirtilmiştir. Ortak kür edilmemiş ve daha sonra yapıştırıcı yardımı ile birleştirilmiş parçalarda ise yapıştırıcı katman boyunca çatlak oluşumu ve bu çatlağın ilerlemesi sonucu hasar oluşmaktadır. Yapışmış kompozitlerin dayanımına yüzey pürüzlülüğün, yapıştırıcı kalınlığının ve yuvarlatmaların da etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Durmuş [9] ise tek ve çift bindirme bağlantılarının çekme, yorulma performansını incelemiştir. Tek bindirme ve çift bindirme yapıştırmalarda yapılan bütün çekme deney sonuçlarında karbon-karbon yapıştırmada her iki yüzeyde de tabaka ayrılması meydana geldiği, cam-cam yapıştırmada sadece bir yüzeyde tabaka ayrılması meydana geldiği, diğer yüzeyde yapıştırıcının kaldığı görülmüştür. Yorulmada, gerek tek gerekse de çift bindirme bağlantılarının dayanımları yapışmamış malzemeye göre daha düşük çıkmıştır. Bu da bu tür bağlantılarda yapıştırıcının rolünün oldukça büyük olduğunu göstermiştir. Avila ve diğerleri [1] kompozit malzemelerinin yapıştırma şekillerinin önemli olduğunu vurgulamıştır ve dalgalı yapıştırma şekli ile ilgili deneysel çalışmalar yapmışlardır. Bu yapıştırma tekniğinin avantaj ve dezavantajlarını karşılaştırmışlardır. Erpolat ve diğerleri [11] çift bindirmeli yapıştırılmış kompozitlerin farklı yükler altında yorulma ömürlerini incelemiş ve çatlak başlangıç ile ilgili önemli incelemelerde bulunmuştur. Önerdiği yöntem ile birlikte yorulma ömürleri hakkında önemli artışlar olduğunu belirtmiştir. Balkova ve diğerleri [12] çeşitli ortam şartlarında en iyi yapıştırıcıyı tespit etmek için çeşitli çalışmalar yapmışlardır. Bu ortam şartlarının kayma gerilmesine olan etkisini tespit etmişlerdir. 2.TEK BĐNDĐRME ĐLE YAPILMIŞ NUMUNENĐN ÜÇ NOKTA EĞĐLME DENEYLERĐ Dokumalı tek bindirmeli cam kompozitin eğilme özelliklerinin belirlenmesi için üç nokta eğilme deneyi uygulanmıştır. Ele alınan basit dokumalı kompozit cam elyaflarının epoksi reçine ile elle yayma tekniği kullanılarak 8 katmandan oluşmakta ve ısı lambası altında kür edilmektedir. Bu tabakalar (/45/9/-45) 2 şeklinde dizilmiştir (bkz. Şekil 1). Uygun boyutlarda kesilen parçalar BMS 5-11 tipi film yapıştırıcı ile yapıştırılmıştır. Şematik deney numunesi Şekil 2 de görülmektedir. Dokumalı cam kompozit numune için beş deney yapılmıştır. Đnstron 88 marka test cihazında yapılan deneylerde çene hızı 5 mm/dk olarak alınmıştır. Üç nokta eğilme deneyi ile elde edilen veriler Tablo 1 de verilmektedir. Yapıştırma bağlantısında eğilme mukavemetinin belirlenmesi için yapışmamış bir numune için kullanılan şu formül göz önüne alınabilir: σ = 1 Ps E 2 2 wt (1) burada P uygulanan maksimum yük, s destekler arası mesafe, w yapışan parça genişliği ve t yapışan parça kalınlığıdır. Yapılan deneyler sırasında numuneler yapıştırma bölgesinde tabaka ayrılması ile ya da yapışma hattı boyunca koparak hasara uğramıştır. Destekler arası mesafenin azalması ile eğilme mukavemetinin arttığı söylenebilir. Deneyler video kamera ile kaydedilerek hasara başlama anı video görüntülerinden elde edilmiştir. Hasara başlangıç anında yapışan parçadaki yapışma bölgesine yakın bölge kritik bölgedir (bkz. Şekil 3). Bulunan yarıçap değerleri Tablo 1 de verilmektedir. Numune uzunluğu ve buna bağlı olarak seçilen destek mesafesi azaldıkça kopma anında hesaplanan yarıçap 44

Karakaya, Ş, Soykasap, Ö. Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 değerlerinin arttığı bulunmuştur. Yapışma sonucu kalınlık iki kat artmakta dolayısıyla yapı eğilmeye karşı daha rijit hale gelmektedir. Deney no t (mm) L Y (mm) Tablo 1. Eğilme Deneyi Sonuçları L T (mm) s (mm) P (N) R min (mm) σ E (MPa) 1 2.22 25.4 214.6 19 14 63.7 219.5 Kopma modu Yapışma 2 2.19 25.4 194.6 175 117 67.5 233.7 Yapışma hattı 3 2.12 25.4 194.6 175 11-234.5 Yapışma hattı 4 2.14 25.4 194.6 175 18-225.9 Yapışma hattı 5 2.12 25.4 174.6 16 159 72.4 39.9 Tabaka ayrılması hattı 45 9-45 45 9-45 Orta kesit düzlemi Şekil 1. Tabaka Açılarının Yerleşim Durumu t L Y s L T w Şekil 2. Üç Nokta Eğilme Deney Numunesi (mm) 45

Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 Yapıştırıcı ile Birleştirilmiş Tek Bindirmeli Dokumalı Kompozit Yapıların Eğilme Analizi Kritik bölge Şekil 3. Üç Nokta Eğme Deneyinde Hasarın Oluşmaya Başladığı Durum Eğilme deneyi sonrası meydana gelen hasar durumları Şekil 4 te görülmektedir: a) da yapışma hattından kopma meydana gelmiştir. Kompozit tabaka ile yapıştırma bölgesi birbirinden ayrılmıştır; b de ise hasar yapıştırma bölgesinde tabaka ayrılması ile gerçekleşmiştir. Bu ayrılma, hasarın gerçekleştiği kritik bölgenin incelenmesi sonucu analiz edilebilir. Yapılan deney için iki farklı hasar modunun gerçekleştiği söylenebilir. a b Şekil 4. Hasara Uğramış Deney Numuneleri, a) Yapışma Hattında Kopma b) Tabaka Ayrılması 3. ÜÇ NOKTA EĞĐLME TESTĐNĐN SONLU ELEMANLARLA MODELLENMESĐ Tek bindirmeli kompozit parçanın üç nokta eğilme durumu sonlu elemanlarla modellenerek tek bindirmeli kompozit numunelerin eğilme performansı, gerilme dağılımı ve hasar durumları incelenmiştir. Şekil 5 te üç nokta eğilme deneyi için tek bindirmeli kompozit model görülmektedir. Model için Abaqus 6.7 sonlu elemanlar programı kullanılmıştır. 46

Karakaya, Ş, Soykasap, Ö. Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 Z X Y Şekil 5. Üç Nokta Eğme Testi Đçin Üç Boyutlu Model Modellemede yapışmış parçanın önden görünüşü çizilmiş ve genişlik boyunca bu kesit ektrüzyon yöntemi ile genişletilerek üç boyutlu yapı elde edilmiştir. Daha sonra her biri 2.24 mm kalınlığında 8 tabakadan oluşan kompozit kısımlar ve.4 mm kalınlığındaki yapıştırıcı ana parçanın kısımlara ayrılması ile oluşturulmuştur. Yapıştırılmış kompozit plak 154 eleman ve 218 adet düğüm noktasından oluşmaktadır. Oluşturulan modelin yapıştırma bölgesinde daha fazla deformasyon beklendiği için daha yoğun elemanlar kullanılmıştır. Yapılan modelde destekler ile kompozit plak arasında belli bir sürtünme katsayısı.1 alınarak kontak tanımlanmıştır. Destekler 25 mm çapında çelik silindir şeklindedir. Desteklerden ikisi (kompozit plağın altında olanlar) x, y ve z yönünde ankastre olarak tanımlanmış, eğilme de kullanılan desteğe ise -z yönünde deplasman verilmiştir. Destek, yapıştırıcı ve tabaka özellikleri Tablo 2 de verilmektedir. Kompozit malzeme basit dokumalı olduğu için elastik modüller E 1 ve E 2 birbirine eşit alınmıştır. Üç nokta eğilme simülasyonu büyük deplasmanlar içerdiği için yapılan analiz lineer olmayan statik bir analizdir. Analiz sonucunda bindirmeli bağlantının eğilme davranışı ve hasar durumları tespit edilmiştir. Analiz sonucunda kompozit yapıdaki Mises gerilme konturları Şekil 6 te görülmektedir. Buna göre kompozit malzemede kritik olan bölge, yapışma bölgesine yakın olan kısımlardır ve bu bölgeler detaylı olarak incelenecektir. Tablo 2. Malzeme Özellikleri Kompozit tabaka Yapıştırıcı Destekler E 1 =E 2 =22.8 GPa, ν 12 =.1, G 12 =3 GPa E=4 GPa, ν =.35 G=34 MPa E=21 GPa, ν=.3 Şekil 6. Analiz Sonrası Kompozit Bağlantıda Gerilme Dağılımı Bindirme bağlantısının deney sırasında iki farklı kopma durumu olabileceği deneysel çalışmalar kısmında belirtilmişti. Bunun için kompozit plağın üzerindeki kritik bölgeden koordinat noktaları belli analiz adımlarında alınmış, bu noktalar kullanılarak eğrilik yarıçapları hesaplanmış ve deney esnasındaki eğrilik yarıçapları ile karşılaştırılmıştır. Deney sırasında hasarın yapıştırma ucunda başladığı video kamera görüntüleri ile saplanmıştır. Bu görüntüler ile analiz sonrası durum karşılaştırılmıştır. Şekil 7 da eğilme 47

Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 Yapıştırıcı ile Birleştirilmiş Tek Bindirmeli Dokumalı Kompozit Yapıların Eğilme Analizi halinde kompozit bindirme bağlantısının durumu ve kritik bölgeler şematik olarak verilmektedir. Eğrilik yarıçapı ile ilgili durum Şekil 8 de görülmektedir. Şekil 7. Eğilme Halinde Bindirme Bağlantısı ve Kritik Bölgeler A (sol) ve B (sağ) 8 7 A'da eğrilik yarıçapı (mm) 6 5 4 3 3 4 5 6 7 8 B'de eğrilik yarıçapı (mm) Şekil 8. A ve B Bölgesinin Eğrilik Yarıçapları Şekil 8 de analizin çeşitli adımlarında A ve B bölgeleri için bulunan eğrilik yarıçapları verilmektedir. Yapıştırma bağlantısı simetrik olmayan bir bağlantıdır. Eğilme anında bindirme bağlantısının üst kısmında kalan parça ve alt kısmında kalan parçalarda eğilme durumu bu yüzden farklılık göstermektedir. Buna göre herhangi bir anda A bölgesindeki eğrilik yarıçapı B ye göre daha küçüktür, bu da hasarın A da gerçekleşeceğini ortaya koymaktadır ve deneysel çalışmalarla uyumludur. Yapılan deneylerde hasar başlama anındaki ortalama eğrilik yarıçapı 68.3 mm dir. Üç nokta eğme durumunda kritik A bölgesinde her bir tabakadaki birim uzama değerleri eğrilik yarıçapına bağlı olarak Şekil 9 de verilmektedir. Yüzde uzama ile eğrilik yarıçapı arasındaki ilişki incelendiğinde, bütün tabakalarda eğrilik yarıçapının azalması ile birlikte yüzde uzama mutlak değerce başlangıçta doğrusal olarak ve daha sonra doğrusal olmayan bir şekilde artmaktadır. Üst tabakalarda basma alt tabakalarda ise çekme durumu söz konusudur. Üst kısımlardaki birim uzama alt kısımdaki birim uzamaya göre daha fazladır. Đç kısımlardaki açılarda birim uzama miktarı oldukça küçüktür. Bu da iç tabakalardaki açı dizilimin çok önemli olmadığını göstermektedir. Yüzde uzamanın en yüksek olduğu 48

Karakaya, Ş, Soykasap, Ö. Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 yer en üstteki o tabakasıdır. En üst tabakada 67 mm eğrilik yarıçapına karşılık gelen birim uzama değeri %1.2 olup malzemenin kopma anındaki birim uzama değerinden küçüktür. Bu da yapışan kompozit parçaların bu eğrilik yarıçapı için emniyette olduğunu göstermektedir. Hasarın deneysel çalışma sonucu yapıştırma bölgesinden gerçekleştiği belirlendikten sonra sonlu elemanlar modeli ile ilgili çalışmamızda da yapıştırıcı ve yapıştırma bölgesi ile ilgili gerilme analizleri yapılmıştır. Çalışmalarda hem yapıştırma bölgesinin enine hem de boyuna doğrultularda gerilmenin değişimi ele alınmıştır. Şekil 1 de şematik olarak yapıştırma bölgesi görülmektedir; C ve D noktaları yapışma simetri düzleminde olan başlangıç ve bitiş noktalarını, E ve F ise kalınlık boyunca üst ve alt noktaları temsil etmektedir. Şekil 11 de C noktasından D noktasına kadar yapıştırıcıdaki kayma gerilmesi A bölgesindeki eğilme yarıçapına bağlı olarak verilmektedir. Eğilme yarıçapı arttıkça yapıştırıcıdaki kayma gerilmesi de artmaktadır. Herhangi bir eğrilik yarıçapında en fazla kayma gerilmesi C ve D noktalarındadır. Uçlardan ortaya doğru ilerledikçe kayma gerilmesi azalmaktadır. Bu kayma gerilmelerinin yaklaşık olarak simetrik olduğu grafikten görülmektedir. Deneysel olarak yapıştırıcıda gerçekleşen hasarın ortalama olarak R=68.3 mm kritik eğrilik yarıçapında olduğu belirlenmişti. Kritik eğrilik yarıçapı için grafiğe bakılacak olursa kayma gerilmesi C de 15 MPa dır ve ilk 5 mm boyunca yüksek kayma gerilmeleri mevcuttur. Yapıştırıcının kayma mukavemetinin 34 MPa olduğu düşünülürse bu eğrilik yarıçapı için yapıştırma simetri düzlemi boyunca herhangi bir hasar beklenmemektedir. Şekil 12 de kalınlık boyunca (E-F) kayma gerilmesinin değişimi A bölgesindeki eğilme yarıçapına bağlı olarak verilmektedir. Eğrilik yarıçapı azaldıkça kayma gerilmesi artmaktadır. Belirli bir eğrilik yarıçapında en büyük kayma gerilmesi E de oluşmaktadır. Eğrilik yarıçapı 68.3 mm için kayma gerilmesi 3 MPa civarlarında olup, yapıştırıcınım kayma mukavemet değeri olan 34 MPa a yakın bir değerdir. Bu da hasarın E noktasından başlayacağını göstermektedir..1.5 Birim uzama (mm/mm). -.5 -.1 -.15 -.2 1 2 3 4 45 9-45 45 9-45 -.25 Eğrilik yarıçapı(mm) Şekil 9. Kritik Bölgedeki Eğrilik Yarıçapının Birim Uzamaya Etkisi 49

Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 Yapıştırıcı ile Birleştirilmiş Tek Bindirmeli Dokumalı Kompozit Yapıların Eğilme Analizi Şekil 1. Yapıştırma Bölgesinin Şematik Görüntüsü Kayma gerilmesi (MPa) Kayma gerilmesi (MPa) Kayma Gerilmesi (MPa) 3 R=336 R=67 2 R=41 R=35 1 R=34 R=32 5 1 15 2 25 3-1 -2-3 Uzunluk (mm) Şekil 11. Yapıştırıcı Boyunca (C-D) Kayma Gerilmesi Durumu 4 R=336 3 R=67 R=41 2 R=35 R=34 R=32 1..1.2.3.4.5-1 -2-3 Kalınlık (mm) Şekil 12. Yapiştirici Kalinliği Boyunca (E-F) Kayma Gerilmesi Durumu 5

Karakaya, Ş, Soykasap, Ö. Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 4.SONUÇLAR Yapılan çalışmada tek bindirmeli olarak yapıştırılmış dokumalı cam kompozit malzemenin üç nokta eğme deneyi yapılmış ve sonlu elemanlar metodu kullanılarak deney numunesinde meydana gelen hasar durumları tespit edilmiştir. Üç nokta eğme deneyinde yapıştırıcı kullanılarak elde edilen tek bindirmeli yapışmış kompozit malzemelerde hasar yapıştırma bölgesinden gerçekleşmektedir. Hasar tipi yapışma hattından kopma, kompozit malzemede tabakalar arası ayrılma veya yapıştırma bölgesine yakın olan bölgelerde hasar oluşma durumu söz konusudur. Bu bölgelerde azalan eğrilik yarıçapı ile birlikte kritik olan bölgelerde tabaka dizilimine bağlı olarak yüzde uzamalar artmaktadır. Deneysel ve sonlu elemanlar modeli ile hasar anında elde edilen eğrilik yarıçapları karşılaştırıldığında her iki eğrilik yarıçapının yaklaşık olarak aynı olduğu tespit edilmiştir. 5. TEŞEKKÜR Bu çalışma 6.TEF.4 nolu A.K.Ü. BAP proje ile desteklemiş olup, yazarlar Afyon Kocatepe Üniversite ne teşekkür ederler. KAYNAKLAR 1. Krueger, R., Paris, I. L., O Brien T. K., and Minguet, P. J., 21, Fatigue Life Methodology for Bonded Composite Skin/Stringer Configurations, NASA/TM-21-21842, ARL-TR-2432. 2. Krueger, R., Paris, I. L., O Brien T. K., and Minguet, P. J., 2, Testing and Analysis of Composite Skin/Stringer Debonding under Multi-axial Loading, Journal of Composite Materials, Vol. 34, pp. 1263-13. 3. Krueger, R., Paris, I. L. and O Brien, T. K., 2, Fatigue Life Methodology for Bonded Composite Skin/Stringer Configurations, Proc. The American Society for Composites, 15th Technical Conference, pp. 729-736. 4. Cheuk, P.T. and Tong L., 22, Failure of Adhesive Bonded Composite Lap Shear Joints with Embedded Precrack, Composites Science and Technology, Vol. 62, pp.179-195. 5. Tong, L.,1998, Failure of Adhesive-Bonded Composite Single Lap Joints with Embedded Cracks, AIAA Journal, Vol. 36, No. 3, pp. 448-456. 6. Yarrington, P., Zhang, J., Collier, C., Bednarcyk, B.A., 25, Failure Analysis of Adhesively Bonded Composite Joints, 46th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, Austin, Texas, AIAA 25-2376. 7. Kedward K.T., Zhu, Y., Keifer S.H., 25, Evaluation of Composite Bonded Joint Designs for Space Applications, 46th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, Austin, Texas, AIAA 25-298. 8. Kim, K.S., Yoo, J.S., Yi Y.M, Kim, C.G., 26, Failure Mode and Strength of Uni-directional Composite Single Lap Bonded Joints with Different Bonding Methods, Composite Structures, Vol. 72 (4), pp.477-485. 9. Durmuş, F., 26, Uçak Gövdesinde Meydana Gelen Hasarlar ve Tamir Edilen Bir Kompozit Yapının Mekanik Deneyleri, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen bilimleri Enstitüsü, Afyonkarahisar. 51

Teknolojik Araştırmalar : YTED 28 (2) 43-52 Yapıştırıcı ile Birleştirilmiş Tek Bindirmeli Dokumalı Kompozit Yapıların Eğilme Analizi 1. Avila, A., Bueno, O., 24, An Experimental and Numerical Study on Adhesive Joints for Composites, Composite Structures 64, pp 531 537. 11. Erpolat, S., Ashcroft, A., Crocombe, B., Abdel-Wahab, M., 24, A Study of Adhesively Bonded Joints Subjected to Constant and Variable Amplitude Fatigue, International Journal of Fatigue 26, pp1189 1196. 12. Balkova, R., Holcnerova, S., Cech, V., 22, Testing of Adhesives for Bonding of Polymer Composites, International Journal of Adhesion & Adhesives 22, pp 291 295. 52