COMPOSİTE MATERIALS (Kompozit Malzemeler) Prof.Dr. Mehmet Zor (DEU Makine Mühendisliği Bölümü) DERS İÇERİĞİ 1
DERS KAPSAMI 2 Bu ders kapsamında, en az 2 farklı malzemenin makro seviyede birleştirilmesiyle oluşturulmuş ve (makro) «kompozit malzeme» ismi verilen malzemelerin mekanik davranışları ve özelliklerine yönelik olarak, Genel bilgiler, Üretim Yöntemleri, Teorik ve sayısal hesaplama yöntemleri, Deneysel ölçümler incelenecektir.
Mühendislik Faaliyetleri 3 Kompozit malzemeler konusunda üretim veya araştırma yapan bir kuruluşta çalışan bir makina mühendisinden genel olarak aşağıdaki faaliyetleri yapabilmesi beklenir: o o o o Üretilebilecek yeni bir kompozit yapıya en uygun kompozit malzeme bileşenlerini ve üretim teknolojisini belirlemek; üretim prosesisini yönetebilmek, Farklı endüstriyel uygulamalara yönelik yeni kompozitler tasarlayabilmek, Yeni veya mevcut bir kompozitin mekanik ve ısıl davranışlarını karekterize eden malzeme özelliklerini deneysel veya teorik olarak belirleyebilmek, Uygulamalarda kullanılan kompozit sistemlerde ortaya çıkan, mekanik veya ısıl problemleri analiz ederek, problemlerin sebeplerini belirleyebilmek, çözümler geliştirmek ve sistemin verimliliğini arttırıcı yeni tedbirler ortaya koymak ve uygulamak.
Mühendislik Faaliyetleri 4 Özet olarak bir makina mühendisi kompozit malzemeler konusunda, şu 3 temel alanda bilgi ve beceri sahibi olmalıdır diyebiliriz: 1- Teorik veya yaklaşık sayısal çözüm yöntemleri, 2-Deneysel Ölçümler, 3-Üretim Yöntemleri 1- Teorik veya yaklaşık sayısal çözüm yöntemleri: Yeni bir kompozit sistem/malzeme tasarımında, Mevcut bir kompozit sistem/malzemede görülen problemlere sebep olan faktörlerin (örneğin aşırı gerilme yığılmalarının) sayısal değerlerinin tespit edilmesi ve yorumlanmasında, Bu problemleri giderici ve verimliliği arttırıcı olarak düşünülen tedbirlerin etkilerinin sayısal olarak elde edilmesinde, Bu hesaplamalara ihtiyaç vardır.
Mühendislik Faaliyetleri 5 1- Teorik veya yaklaşık sayısal çözüm yöntemleri : Bununla birlikte izotropik malzemelerde olduğu gibi farklı yükleme durumları ve geometriler için, teorik formüller kompozit malzemeler için de vardır. Ancak bu formüller izotropik malzemelerinkine göre çok daha kapsamlı ve ayrıntılıdır. Kompozit malzemenin biçimine göre de değişiklik arz etmektedir. Partikül takviyeli kompozitler izotropik kabul edilebildiğinden, izotropik malzemeler için geçerli formüller bunlar için de kullanılabilir.
Mühendislik Faaliyetleri 1- Teorik veya yaklaşık sayısal çözüm yöntemleri : Teorik hesaplamaların yanısıra kompozitler için geliştirilmiş yaklaşık hesaplama yöntemleri söz konusudur. Bunlardan en çok bilineni ve en yaygın olarak kullanılanı ise sonlu elemanlar yöntemidir. Özellikle teorik hesaplamaların yapılamasının zor olduğu durumlarda sonlu elemanlar yöntemi kullanılır. Bu gün için sonlu elemanlar yöntemi esas alınarak geliştirilmiş paket yazılımlar, kompozit malzemelere özel analizleri de yapabilmektedir. (Ansys, Abaqus, vb.) Bunun yanısıra araştırmacılar tarafından problemlere özel geliştirilmiş sayısal çözüm yöntemlerinden de bahsetmek mümkündür. İyi bir litaratür taraması ile kendi problemimiz için bu sayısal çözümlere ulaşılabilir. 6
Mühendislik Faaliyetleri 7 2- Deneysel Ölçümler: Üretilen yeni bir kompozit malzemenin mekanik veya ısıl özelliklerini tespit edilmesi, Çalışma veya inceleme şartlarında yüklemeler sonucu ortaya çıkan cevapları ( gerilme, sıcaklık, vb.) ölçülmesi, gibi deneysel faaliyetler bir mühendis tarafından yapılabilmeli ve çıkan sonuçlar yorumlanabilmelidir. Deneysel ölçümlerle desteklenmiş sayısal hesaplamalar, güvenilir ve kaliteli bir çalışma yapıldığının en önemli göstergesidir. Bu sebeple bir mühendis sadece sayısal hesaplamalarla yetinmemeli onu destekleyecek deneysel faaliyetleri de yapabilmelidir. Gerek sayısal gerekse deneysel elde edilen sonuçların doğru kriterlere göre değerlendirilmesi de son derece önem arz etmektedir.
Mühendislik Faaliyetleri 8 2- Üretim Bir mühendisten, yeni tasarlanmış bir kompozitin üretim yöntemlerinden hangisinin daha iyi olacağı hakkında yorum yapabilmesi, üretimi gerçekleşmesi için gerekli makine veya ekipmanları belirleyebilmesi ve üretim faaliyetlerini doğru şekilde yönetebilmesi de beklenir. Bu sebeple bir mühendisin kompozit malzeme bileşen özelliklerini bilmesinin yanısıra, üretim teknolojileriyle ilgili bilgi birikimi ve tecrübesinin olması, işletmesi açısından son derece faydalıdır.
DERS KONULARI 9 Dersin Kazanımları: Bu dersi alan ve başarılı olan öğrenciler kompozit malzemelerle ilgili şu bilgi ve becerilere sahip olacaklardır: 1- Genel Bilgiler: Kompozit malzemelerin tanımı, tarihçesi, çeşitleri, sınıflandırılması, genel özellikleri, kullanım alanları,avantaj ve dezavantajları, matris malzemeler, takviye malzemeler 2- Kompozit malzemelerin üretim yöntemleri hakkında genel bilgiler 3- Kompozit malzemelerin elastik özellikleri, gerilme- gerinme bağıntıları 4- Kompozit bir tabaka için elastik mekanik özelliklerin teorik hesaplanması 5- Kompozit bir tabaka için elastik mekanik özelliklerin deneysel hesaplanması 6-Kompozitlerde kritik hacim konsantrasyonu 7- Kompozitlerde Akma ve Kırılma Kriterleri 8- Kompozitlerde Burkulma Davranışları
DERS KAYNAKLARI 10 1- Mechanics of Composites Materials, (Ders Kitabıdır, yazarı: Robert M. Jones) 2- Öğretim Üyesinin Ders Notları (http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.zor) (dersin takibi bu sayfadan yapılacaktır.) Diğer Bazı Kaynaklar: 1- Mechanics of Composites Materials (Autar K. Kaw) 2- Composite Structures- Theory and Practice (Peter Grand, Carl Q. Rousseau) 3- Mechanics and Analysis of Composite Materials (Valery V. Vasiliev & Evgeny V. Morozov) 4- Mechanical Response of Composite Materials (Pedro P. Camanho, Carlos G. Dávila, Silvestre T. Pinho, Joris J.C. Remmers)
DERS DEĞERLENDİRME KRİTERLERİ Ders başarısı değerlendirme Kriterleri 1 vize (%25) 1 dönem ödevi (%25) 1 final + 1 bütünleme (%50) Vize, final ve bütünlemeler yazılı olarak, derste gösterilen konular kapsamında yapılır. 11
DÖNEM ÖDEVİ Her bir Öğrenci; 12 Kompozit Malzemelerin Mekaniği ile ilgili orijinal bir konu seçecek, Bu konuyla ilgili genel bilgiler elde edecek, Konu üzerinde yapılmış Mekanik davranışlara yönelik bilimsel çalışmaları (makaleleri) inceleyecek, Elde ettiği tüm bilgileri düzgün bir sunum haline getirerek dönem sonunda derste sunacaktır. Sunum dosyasında sırayla, ele alınan konunun görsellerle tanıtımı yapılmalı, yapılan bilimsel çalışmalar malzeme, metod ve sonuçlar açısından karşılaştırılmalı, son kısımda referanslar yer almalıdır.
DÖNEM ÖDEVİ 13 İyi bir ödevde ele alınan konu hakkındaki makaleler mümkün olduğunca spesific ve birbirine yakın olmalıdır. Örneğin; «Kompozit malzemelerin burkulma davranışlarının incelenmesi» çok geniş bir konudur. Bunun yerine; «Tabakalı kompozit krişlerde, dairesel delik boyut ve konumunun kritik burkulma yüküne etkileri» diye konu çok daha özel hale getirilmeli, buna yönelik literatür taraması yapılmalıdır.
DÖNEM ÖDEVİ İÇİN KAYNAK WEB SİTELERİ 14 Makale taraması için altta linkleri verilen kaynak web siteleri kullanılacaktır: Science Direct : http://www.sciencedirect.com/ Sage Journals : http://online.sagepub.com/ Taylor & Francis : http://www.tandfonline.com/ Bu sitelerdeki makalelerin pdf formatlarına ancak Üniversitemiz bilgisayarlarından ulaşılabilir. Evden veya başka bir yerdeki bilgisayardan ulaşmak için aşağıdaki proxy ayarları yapılmalıdır: Internet Explorer için yapılandırma: Araçlar ( Tools)> Internet Seçenekleri (Internet Options)>Bağlantılar (connections)>yerel ağ ayarları (Local network setting) Proxy sunucusu (proxy server) Bu kısım işaretlendikten sonra Adres kısmına: 193.140.151.121 (IP adresi) B.Nok. kısmına: 13128 (port numarası) yazıp "Tamam" a tıklamanız yeterlidir. Ayarları yaptıktan sonra herhangi bir siteye girerken karşınıza kullanıcı adı ve parolasını soran bir pencere çıkacaktır. Kullanıcı adı bölümüne "ogr_no@ogr.deu.edu.tr" ; şifre bölümüne DEBİS şifresi yazılacaktır.
DERS TAKİP SAYFASI 15 Dersle ilgili tüm dökümanlar, duyurular, kaynaklar vb., öğretim üyesinin kişisel web sitesinde yer alan ve altta linki verilen ilgili sayfadan takip edilebilir. http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/kompozitmalzemeler