Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda ilerlemeli hasar analizi

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

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

DAİRESEL DELİKLİ TABAKALI KOMPOZİT LEVHALARDA DENEYSEL VE SAYISAL HASAR ANALİZİ

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

Düzlemine Dik Doğrultuda Yüklenmiş Tabakalı Kompozit Levhalarda Elasto-Plastik Gerilme Analizi

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

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN VE MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 9 Sayı: 3 sh Ekim 2010

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

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

Paralel çift pimli ve yapıştırıcılı karma bağlantılı kompozit levhaların ısıl gerilme analizi

DÖRTGEN DELİKLİ KOMPOZİT LEVHALARDA ELASTO- PLASTİK GERİLME ANALİZİ

CIVATA BAĞLANTILI KARBON/EPOKSİ KOMPOZİT PLAKALARIN KADEMELİ HASAR ANALİZİ

Karma Bağlantılı Kompozit Plaklarda Farklı Sıcaklıklar Etkisiyle Oluşan Gerilmelerin Analizi

Doç. Dr. Buket OKUTAN BABA

Mete Onur KAMAN Fırat Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Elazığ ÖZET

PLANE LOADED COMPOSITE LAMINATE PLATES RESIDUAL STRESS ANALYSIS

M BA LANTILI TABAKALI KOMPOZ T PLAKADA ÖN GER LME

UNİFORM SICAKLIK UYGULANMIŞ METAL MATRİSLİ KOMPOZİT DİSKİN ISIL GERİLME ANALİZİ

Hibrit Kompozitlerde Kritik Burkulma Yüküne Oryantasyon Açısı Ve Farklı Delaminasyon Geometrisinin Etkisi

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ/MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ/MEKANİK ANABİLİM DALI

KOMPOZİT PLAKALARIN CIVATA BAĞLANTILARI İÇİN KRİTİK-ALTI HASAR MODELLEMESİNE DAYALI MUKAVEMET KESTİRİM YÖNTEMİ ÖZET

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

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

DELİKLİ KOMPOZİT YAPILARIN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE ANALİZİ

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

Kompozit malzemelerde yapışma bağlantılarının mukavemeti üzerine yama fiber takviye açısı etkisi

HAVACILIKTA KULLANILAN KOMPOZİT YAPILARDA İKİLİ BURÇ UYGULAMASININ İNCELENMESİ

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

TABAKALI KOMPOZİT PLAKLARIN AĞIRLIK DÜŞÜRME TESTİ SONRASI BASI MUKAVEMETLERİNİN BELİRLENMESİ. Mehmet Aktaş, Yusuf Arman, Ramazan Karakuzu

ELİPTİK DELİKLİ TERMOPLASTİK TABAKALI KOMPOZİT LEVHALARDA PLASTİK GERİLME ANALİZİ

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

PETEK YAPILI SANDVİÇ YAPILARDA KÖPÜK DOLGUNUN KRİTİK BURKULMA YÜKÜNE ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK TESPİTİ

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

Karma Bağlantı Uygulanmış Farklı Metal Plakalarda Meydana Gelen Gerilmelerin İncelenmesi

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

Kürleşme sıcaklığı ve süresinin cam/polyester kompozit kirişlerin serbest titreşim ve burkulma davranışına etkileri

Cam Elyaf Takviyeli Kompozitlerin Düşük Hızlı Darbe Davranışlarının Nümerik Analizi

Dairesel delikli kompozit levhalarda gerilme yığılmalarının incelenmesi

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ/MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ/MEKANİK ANABİLİM DALI

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

Sıcaklık etkisindeki metal matrisli kompozit dönen diskteki ısıl gerilmelerin analizi

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

Derin Çekme İşlemi Üzerine Kalıp Geometrisinin Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizi

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

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

([30,-30] 2 ) FĐBER TAKVĐYELĐ TABAKALI TERMOPLASTĐK KOMPOZĐT LEVHALARDA DELĐK-KENAR ARASINDA OLUŞAN ELASTO-PLASTĐK GERĐLMELER GĐRĐŞ

Ortasında delik bulunan eğrisel yüzeyli kompozit plakların burkulma davranışı

Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS

KOMPOZİTLERDE AKMA VE KIRILMA TEORİLERİ Strength Failure Theories of an Angle Lamina

Tabakalı Kompozit Plakların Sonlu Farklar Yöntemi ile Statik Analizi Static Analysis of Laminated Composite Plates by Finite Difference Method

Karma bağlantılı kompozit plaklarda farklı sıcaklıklar etkisiyle oluşan gerilmelerin analizi

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

GÜÇLENDİRİLMİŞ BİR KOMPOZİT KİRİŞ TASARIMI

ÖZGEÇMİŞ VE YAYINLAR

Kompozit Malzemeler. Tanım:

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

Çekmeye Maruz Ara Parçalı Çift Takviyeli Yapıştırma Bağlantılarında Gerilme Analizi

ENİNE DİKİŞLİ KAYNAK BAĞLANTILARINDA GERİLME ANALİZİ

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

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

Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Teknoloji Fak. Enerji Sistemleri Mühendisliği Böl. Muğla b

DÜZLEM ÇUBUK ELEMAN RİJİTLİK MATRİSİNİN DENEYSEL OLARAK BELİRLENMESİ

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl. Doktora Fen Bil. Enst. (Makina) Dokuz Eylül Üniversitesi

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl. Doktora Fen Bil. Enst. (Makina) Dokuz Eylül Üniversitesi

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

Tolga DURSUN DOKTORA TEZİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2006 ANKARA

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

makale ([ ] 2 ) FİBER TAKVİYELİ TABAKALI TERMOPLASTIK KOHPOZİT LEVHALARDA DEÜK-KENAR ARASİNDA OLUŞAN ELASTO-PLASTİK GERİLMELER GİRİŞ

DOİ: /fmbd ARAŞTIRMA MAKALESİ Karbon Fiber Kompozit Sandviç Levhaların Yanal Mukavemet Davranışlarının Araştırılması

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Pirinç(MS58) ve Çelik(ST37) Malzemelerinden Yapılmış Kirişlerin Deneysel, Teorik ve Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Çökme Analizinin Yapılması

KOMPOZĐT VE SANDVĐÇ KĐRĐŞLERDEKĐ HASAR ŞĐDDETĐNĐN TĐTREŞĐM BAZLI ANALĐZLER VE YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE TESPĐTĐ

ÖZGEÇM. Mustafa Güle,en, Termoplastik kompozit malzeme üretimi, mekanik özelliklerin tespiti, Dumlup0nar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (2005).

Kompozit Malzemeler. Tanım:

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

Düzlemsel Yüklü Tabakalı Kompozit Plakalarda Elasto-Plastik Gerilme Analizi

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

STAT K Ç BASINÇ ALTINDAK HASAR DAVRANI I

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

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

MMU 420 FINAL PROJESİ

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ

Fiber Kesiti, Fiber Boyu Ve Malzeme Değişiminin Fiber Matris Arayüzeyindeki Lineer Elastik Gerilme Dağılımına Etkisi

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

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

BAL PETEĞİ SANDVİÇ KOMPOZİT YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

Kompozit Yama Ġle Tamir EdilmiĢ Tabakalı Kompozit Levhalarda Ġlerlemeli Hasar Analizi

DÜŞMELİ DARBE (GARDNER) TESTİNİN ANSYS 14.5 YARDIMIYLA SİMÜLASYONU SIMULATION OF DROP IMPACT (GARDNER) TEST BY USING ANSYS 14.5

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

BİR JET EĞİTİM UÇAĞI KOKPİTİNİN YAPISAL ANALİZLERİ

GERİLME Cismin kesilmiş alanı üzerinde O

AŞINDIRICI PARTİKÜL KARIŞIMLARININ CAM KEÇE TAKVİYELİ POLİFENİLEN SULFİD MATRİSLİ KOMPOZİTLERİN KATI PARTİKÜL EROZYON DAVRANIŞLARINA ETKİLERİ

T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AŞIRI PLASTİK DEFORMASYON METOTLARININ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

REZA SHIRZAD REZAEI 1

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ (Y.L.) PROGRAMI EĞİTİM ÖĞRETİM YILI DERS KATALOĞU

TAMİR EDİLMİŞ DOĞAL LİF TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK DAYANIMLARI

1 2 ve Yavuz YAMAN 3. dir. Y. Al, yüzeye monte gömülebilirler. Yüzeye uygulanan. . Fiber Bragg Izgara gerinim ölçerler, yüksek hassasiyetli

Tabakalı Kompozit Bir Malzemenin Genetik Algoritma Yöntemiyle Rijitlik Optimizasyonu

Transkript:

Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi mühendislik dergisi mühendislikdergisi Dicle ÜniversitesiMühendislik Fakültesi Cilt: 3, 91-99 3-9, Aralık 01 Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda ilerlemeli hasar analizi Kadir TURAN *, Mustafa GÜR ** *Dicle Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölümü,180, Diyarbakır ** Fırat Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü, 3119, Elazığ Özet Sunulan çalışmada, pim bağlantılı kompozit levhaların hasar davranışları deneysel ve sayısal yöntemler kullanılarak araştırılmıştır. Kompozit malzeme olarak tek yönde karbon fiber kullanılarak takviye edilmiş epoksi matriks reçineli [0 o /75 o ] simetrik ve anti-simetrik tabaka dizilimine sahip levhalar kullanılmıştır. Sıcak presleme tekniği kullanılarak üretilen kompozit levhalarda epoksi reçine olarak %80 oranında CY 5 epoksi reçine ve %0 oranında Hy 5 sertleştirici kullanılmıştır. Presleme işlemi sonunda dört tabakadan oluşan 1,35 mm kalınlığında kompozit levhalar elde edilmiştir. Kompozit levhaların mekanik özellikleri ASTM standartlarına göre belirlenmiştir. Geometrik parametrelerin değişimi; pim deliği merkezinin levhanın serbest kenarına uzaklığının pim deliği çapına oranı E/D ve levha genişliğinin pim deliği çapına oranı W/D değerlerine göre incelenmiştir. Pim deliği çapı 6 mm olmak üzere, E/D oranı 1 den 5 e kadar arttırılırken, W/D oranı den 5 e kadar arttırılmıştır. Sayısal çalışma, ANSYS 11.0 programında üç aşamadan oluşan bir alt program yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Ansys parametrik dizayn dili (APDL)kullanılarak hazırlanan programda öncelikle katı modelleme, sonlu elemanlara bölmeleme ve sınır şartlarının teşkili, ikinci bölümde gerilme analizi ve son bölümde ise hasar analizi yapılmıştır. Hasar analizinde, hasar yüklerini belirlemek için Hashin hasar kriteri kullanılırken hasar tipleri ve son hasar yükü malzeme indirgeme kuralları kullanılarak belirlenmiştir. Çalışma sonucunda hasar tiplerinin ve yüklerinin değişiminde E/D oranının etkili olduğu gözlemlenmiştir. E/D oranın 1 olduğu tüm numuneler için hasar tipi olarak kesme hasarı görülürken, 3, 4 ve 5 olduğu numunelerde ezilme hasarı görülmüştür. Sayısal ve deneysel sonuçlar arasında %1 ile %14 oranında değişen yakınsaklıkta sonuçlar elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kompozit levhalar, İlerlemeli Hasar Analizi, Pimli bağlantılar, Sonlu Elemanlar metodu. * Yazışmaların yapılacağı yazar: Kadir TURAN. kturan@dicle.edu.tr; Tel: (41) 48 80 30 (3509) 91

K. Turan, M. Gür Progressive Failure Analysis in Pinned Joint Laminated Composite Plates Extended abstract Fiber reinforced composite plates are widely using automotive, aerospace and space craft industry. For joining composite to composite or composite to metal, mechanical fasteners are used. Pinned connections are a kind of mechanical fasteners and using commonly for joining composites. It is preferred because of low cost, simplicity for application, cheaper than other fasteners and facilitation of disassembly for repair. For application of pinned connections a hole must be opened in the composite plates. Then, the stress concentration locations are appeared on the edge of the hole. The hole is causes stress concentration locations and often causes reduction of load capacity of composite plates. Because of complex failure modes of mechanical joints, designer must be have much more rigorous design knowledge and techniques than traditional methods. In the present sudy, failure behaviour of pinned joint composite materials were analysed experimentally and numerically. The composite materials which were consist of unidirectional carbon fibers and epoxy matrix resin were used with [0 o /75 o ] symmetric and anti symmetric laminae layups. Numerical analysis was performed with using three dimensionally finite element methods in ANSYS software. In the progressive failure analysis, the Hashin failure criteria and material properties degradation rules were used for predicted failure loads and failure modes. The failure analysis was performed in ANSYS finite element software with using a computer code which was created with APDL codes. The stress analysis is ended; the stress component of each element is saved in the matrix form. Then each element is tested with failure criteria. If a failure is predicted on any element, material properties are modified by implementing degradation rules. This iteration is continued until catastrophic failure appears. All of the specimens were loaded until catastrophic failure occurred and the general behavior of the composite plates was obtained from the load/displacement curves. The shear-out failure mode was observed for pin displacement value between 0,5-1,5 mm and the bearing failure mode was observed for pin displacement value between 1-3 mm. Generally, the failure loads affected the geometrical parameters (E/D and W/D). The failure loads were increased with increasing E/D and W/D ratios. However, in this study the failure modes varied with E/D ratios. When E/D ratios were equal 1, the failure mode was observed as shear-out mode. For other values of E/D ratios (i.e., 3, 4, 5), the failure modes were observed as bearing failure. Because of the fiber orientation angle (0 o ) of composite plates, failure modes of pinned connections were not impressed the W/D ratios and the net tension failure was not observed. Keywords: Composite Plates, Progressive Failure Analysis, PinnedJoints, Finite Element Method The composite plates produced in IZOREEL firm by supporting FUBAP (Firat University Scientific Research Unit). All laminates were manufactured by press-mould technique. As the matrix material, epoxy CY 5 and hardener HY 5 are mixed in the mass ratio at 100:80. Volume fraction of unidirectional carbon fiber is approximately 70 %. A serial of experiments was performed for determining failure behavior of pin joined and mechanical properties of carbon/epoxy composite plates. The pin loading tensile tests were performed according to ASTM D 953-D standard test method. 9

Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda ilerlemeli hasar analizi Giriş Fiber takviyeli tabakalı kompozit malzemeler özellikle hava ve uzay taşıtlarında geleneksel malzemelerin yerine ağırlığı azaltmak amacı ile kullanılmaktadırlar. Kompozit malzemelerin mekanik davranışları fiber takviye açısına bağlı olarak değiştiği için izotrop malzemelere göre daha karışıktır. Uygulama kolaylığı ve tamir gerektiğinde çözülebilir olması nedeni ile kompozit malzemelerin bir araya getirilmesinde sıklıkla pimli bağlantılar kullanılmaktadır. Gelişmiş özelliklerine rağmen pimli bağlantılar önemli bir dezavantaja sahiptirler. Bağlantının gerçekleştirilebilmesi için kompozit levhaya açılan delikler levha geometrisinde süreksizliklere yol açarak gerilme yığılma noktaları oluşturduğu için kompozit levha mukavemetinde düşmelere neden olmaktadır. Pim bağlantılı kompozit levhaların hasar davranışlarının araştırıldığı çalışmalarda genellikle geometrik parametrelerin, fiber takviye açısının ve tabaka diziliminin hasar yükleri ve hasar tipleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Pim bağlantılarının gerçekleştirildiği geometrik parametreler; pim deliği merkezinin levhanın serbest kenarına uzaklığının pim deliği çapına oranı E/D ve levha genişliğinin pim deliği çapına oranı W/D parametreleridir. Alüminyum-cam elyaf-epoksi reçine bileşenlerinden oluşan sandviç yapılı kompozit levhalarda pim bağlantılarının hasar yükü üzerine etkileri Sayman ve İçten (003) tarafından araştırılmıştır. Geometrik parametrelerin hasar yükü üzerine etkileri deneysel yöntemlerle araştırılmıştır. Aktaş ve Karakuzu (1999) tarafından yapılan çalışmada pim bağlantılı karbon/epoksi kompozit levhaların hasar davranışları deneysel ve sayısal olarak araştırılmıştır. Sonlu elemanlar metodunun kullanıldığı sayısal çalışmada hasar yüklerinin tespiti için Tsai Hill hasar kriteri kullanılmıştır. Fiber takviye açısı ve tabaka diziliminin pim bağlantılı kompozit levhaların hasar yükü üzerine etkileri Okutan vd. (001) tarafından araştırılmıştır. Örgülü cam fiber/epoksi reçineden oluşan tabakalı kompozit levhaların kullanıldığı çalışmada deneysel ve sayısal metotlar kullanılmıştır. Sayısal çözümleme ANSYS programında iki boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Tserpes vd.(001) ANSYS programında üç boyutlu modelleme tekniğini kullanarak pim bağlantılı kompozit levhalarda son hasar yüklerini ve artık gerilme değişimini hesaplamışlardır. İki boyutlu sonlu elemanlar metodunun kullanılarak pim bağlantılı kompozit levhaların ezilme hasar yüklerinin tespiti İçten ve Karakuzu (00) tarafından yapılan çalışmada araştırılmıştır. Bu çalışmada hasar yüklerinin ve hasar tipinin tespitinde Hashin ve Hoffman hasar kriterleri kullanılmıştır. Okutan (006) tarafından yapılan bir diğer çalışmada pim bağlantılı kompozit levhaların hasar yükleri ve hasar tipinin fiber takviye açısı, tabaka dizilimi ve takviye tipinin değişiminin etkileri araştırılmıştır. Camanho and Matthews (000) hasar ilerlemesi ve hasar mukavemetinin tespiti için Hashin hasar kriterini kullanarak üç boyutlu sonlu eleman modeli geliştirmişlerdir. Pekbey (007) tarafından yapılan çalışmada, pim bağlantılı tabakalı kompozit malzemelerde ön gerilme momentinin ve farklı bağlantı geometrilerinin hasar yüklerine etkisi [0 o /90 o /±60 o ] s fiber takviye açısı ve tabaka dizilimine sahip tabakalı kompozit malzemeler kullanılarak incelenmiştir. Turan vd. (010) tarafından yapılan çalışmada pim bağlantılarının hasar yükü ve hasar tipinin fiber takviye açısı ile değişimi araştırılmıştır. ANSYS programında geliştirdikleri ilerlemeli hasar analizi alt programını kullanarak pim bağlantılı kompozit levhaların son hasar yükü ve hasar tipini üç boyutlu teknikler ile modellemişlerdir. Bu çalışmada, pim bağlantılı kompozit levhaların hasar davranışları deneysel ve sayısal metotlar kullanılarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmada [0 o /75 o ] simetrik ve anti-simetrik tabaka dizilimine sahip tekyönde karbon fiberler ile takviye edilmiş epoksi reçineli kompozit levhalar kullanılmıştır. Sayısal çalışma, ANSYS 11.0 programında üç boyutlu sonlu eleman teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. APDL (Ansys Parametrik Dizayn Dili) kodlarını kullanarak yazılmış olan bir alt program yardımı ile gerçekleştirilen sayısal çalışmada Hasar yüklerinin tespiti için Hashin hasar kriteri kullanılırken hasar ilerlemesini modellemek için malzeme indirgeme kuralları kullanılmıştır. Sayısal olarak yapılan çalışmada hasar yüklerinin tespitinde elde edilen yakınsama kadar hasar tipinin elde edilmesinde de oldukça net sonuçlara ulaşılmıştır. 93

Problemin tanımı ve deneysel çalışma Şekil 1 de pim bağlantısı kullanılarak bağlanmış olan kompozit levhanın geometrik özellikleri ve yükleme koşulları görülmektedir. K. Turan, M. Gür Şekil 1. Pim bağlantısı yükleme şartları ve geometrik özellikleri Turan vd. (010). D çapındaki pim sıkı geçme olarak pim deliğine yerleştirilmiş ve levhanın serbest ucundan orta eksenine paralel olacak şekilde düzgün yayılı çekme yükü uygulanmıştır. Pim deliği çapı D = 6mm, levha boyu L = 76 mm ve kompozit levha kalınlığı t = 1,35 mm sabit değerler olarak alınmıştır. (1) ve () sırasıyla takviyeye paralel ve dik doğrultuyu göstermektedir. Geometrik parametreler; E/D = 1,, 3, 4, 5 ve W/D =, 3, 4, 5 olarak alınmıştır. Kompozit levhalar 330 gr/m yoğunlukta tek yönlü karbon fiber ve Ciba Geigy, Bisphenol A, CY-5 epoksi reçineden oluşmaktadır. Epoksi reçineye %0 oranında Ciba Geigy, Anhydride HY-5 sertleştirici katılmasıyla epoksi reçine elde edilmiştir. Her bir karbon fiber tabakasına reçine emdirilerek kalıp içerisine yerleştirilmiştir. Takviye elemanı olarak dört tabaka halinde karbon fiberler yerleştirilmiştir. 150 bar basınç altında 160 0 C sıcaklıkta 3 saat bekletilerek t=1,35 mm kalınlığında, dört tabakalı levhalar elde edilmiştir. Daha sonra tabakalı kompozitlere pim bağlantısını yapmak için D=6 mm çapında delik açılmıştır (Şekil 1). Kompozit levhaların mekanik özellikleri ASTM D 3039-76, ASTM 3410-75 ve ASTM D7078/D standartlarına uygun statik çekme, basma ve kayma testleri sonucunda elde edilmiştir. Deneysel olarak belirlenen kompozit levhaların mekanik özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Pim bağlantısı deneyleri ise ASTM D953 D standardına göre 0,5 mm/dak çekme hızında yapılmıştır (Şekil ). Pim Kompozit Levha Şekil. Çekme test cihazına bağlanmış pim bağlantılı numune Turan (009). 94

Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda ilerlemeli hasar analizi Kompozit levhaların açılan deliklerine yerleştirilmiş rijit pim özel aparat yardımıyla cihazın sabit çenesine mesnetlenmiş, levhaların delikten uzak kenarı ise cihazın hareketli çenesine bağlanarak x ekseni doğrultusunda eksenel çekme yükü uygulanmıştır (Şekil ). Deneyler sonucunda farklı takviye açılarına sahip her bir levhanın yük yer değiştirme grafiği çizilerek, hasar yükleri ve hasar tipleri tespit edilmiştir. İmalat öncesi ve sonrası ağırlıkların ve hacimlerin hesaplanması sonucunda karbon fiberlerin hacimsel yüzdesi yaklaşık %70 olarak tespit edilmiştir. olan alt program kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal çözümde kullanılan programın akış diyagramı Şekil 4 de verilmiştir. Tablo 1. Karbon/epoksi tabakalı kompozit levhanın mekanik özellikleri Turan vd. (010). 1 Yönünde Elastisite Modülü E 1 (MPa) 17891 Yönünde Elastisite Modülü E (MPa) 10796,66 Kayma Modülü G 1 (MPa) 3638 Poisson oranı υ 1 0,3 1 Yönünde çekme mukavemeti X ç (MPa) 1440,105 Yönünde çekme mukavemeti Y ç (MPa) 36,586 1 Yönünde basma mukavemeti X b (MPa) - 419,946 Yönünde basma mukavemeti Y b (MPa) - 115,405 Kayma mukavemeti S (MPa) 56,34 Pim bağlantılı kopozit levhalarda kesme, yırtılma ve ezilme hasarı olmak üzere başlıca üç tip hasar davranışı gözlemlenmektedir. Şekil 3. Çözülebilir bağlantılı kompozit plakalarda görülmesi muhtemel hasar tipleri Turan (009). Sayısal çalışma Sayısal çalışma, ANSYS sonlu elemanlar programını desteklemek üzere APDL (Ansys Parametrik Dizayn Dili) kodları ile hazırlanmış Şekil 4. Sayısal çalışmada kullanılan programın akış diyagramı Turan (009). Üç aşamalı olarak çalışan programda birinci aşamada katı modeli oluşturulan problem sonlu elemanlara bölünerek sınır şartları uygulanmaktadır. Katı model üç boyutlu ve simetriden dolayı yarım model şeklinde oluşturulurken sonlu elemanlara bölme işleminde ANSYS yardım menüsünde tabakalı kompozit malzemeler için tanımlanmış olan Solid 46 elemanı kullanılmıştır ANSYS (008). Pim sıkı geçme olarak bağlandığı için pim yerine radyal sınır şartı kullanılmıştır. Simetriklikten dolayı yarım olarak modellenen problemde simetrik olan yüzeye simetri sınır şartı uygulanmıştır. Şekil 5 de pim bağlantısı probleminin temsili olarak sonlu elemanlara bölünmüş ve sınır şarları uygulanmış olan katı modeli görülmektedir. Sonlu elemanlara bölme işleminde modelin delik kenarı sık elemanlara bölünmüş ve sonraki kısımda rastgele dağılımlı bir ağ yapısı kullanılmıştır. Pim deliği çevresinde yönlendirilmiş bir ağ yapısı ile çalışılması, ağ yapısına bağlı olarak çözüm verebileceğinden özellikle rastgele dağılımlı ağ yapısı tercih edilmiştir. Tablo de Hashin hasar teorisi bağıntıları, malzeme indirgeme kuralları ve malzeme renklendirmeleri görülmektedir. 95

K. Turan, M. Gür Şekil 5. Problemin sonlu elemanlar modeli ve sınır şartı Turan vd. (010). Tablo. Hashin hasar teorisi, malzeme indirgeme kuralları ve malzeme renkleri Turan vd. (010). Hasar Tipi Hasar Şartı Hasar Teorisi Bağıntısı Hasarsız - - - Fiber Hasarı Çekme Fiber Basma Hasarı Matriks Hasarı Matriks Hasarı Fiber-Matrix Kayma Hasarı Ayrılma Hasarı Çekme Basma Çekme Ayrılma Basma Hasarı σ 1 >0 σ 1 <0 σ >0 σ <0 σ 1 <0 σ 3 >0 σ 3 <0 Malzeme İndirgeme (I = 10-5 ) 1 τ1 τ13 (E 1 11, E, E 33, G 1, G 13, G 3, v c S S 1, v 13, v 3 )*I σ X σ 1 (E 1 11, E, E 33, G 1, G 13, G 3, v 1, v 13, v 3 )*I b X σ Y c σ Y b τ1 S τ1 S τ3 S τ3 S 1 1 (E, G 1, v 1 )*I (E, G 1, v 1 )*I 1 τ1 τ13 (G 1 1, G 13, G 3, v 1, v 13, v 3 )*I b S S σ X 3 τ13 τ3 (E 1 33, G 13, G 3, v c S S 13, v 3 )*I σ X σ 3 τ13 τ3 (E 1 X 33, G 13, G 3, b S S v 13, v 3 )*I Malzeme Rengi Sayısal hasar yükleri tespit edilirken gerilme analizinden faydalanılmaktadır. Gerilme analizi sonucunda her eleman için tespit edilmiş olan gerilme değerleri matris formatında 96

Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda ilerlemeli hasar analizi kaydedilmektedir. Gerilme analizi bittikten sonra her bir eleman için elde edilen gerilme değerleri Tablo de yer alan Hashin hasar kriterine bağıntılarda yerine yazılarak hasar kontrolü yapılmaktadır. Yapılan hasar kontrolü sonucunda hasar tespit edilmemesi durumunda yük arttırılarak analiz tekrarlanmaktadır. Hasar tespit edilmesi durumunda ise hasar tipine göre malzeme indirgemesi yapıldıktan sonra analiz tekrarlanır. Malzeme özelliklerinin indirgenmesi; kompozit malzeme özelliklerinin hesaplama sonucu tespit edilen hasar tipine göre mekanik özelliklerinin I gibi çok küçük bir kat sayı ile çarpılarak rijitliğinin yok edilmesidir. I katsayısı 0 a yakın kabul edilebilecek bir katsayı olarak 10-5 alınmıştır. Başlangıç Hasar Yükü : 38,50 N Hasar Yükü : 36,75 N Hasar Yükü : 397,674 N Son Hasar Yükü : 451,578 N Şekil 6. [0 o /75 o ] s tabaka dizilimine sahip levhada E/D= 1 ve W/D= için Hasar başlangıcı ve hasar ilerlemesi Sonuçlar Şekil 7 de [0 o /75 o ] s tabakalı kompozit levhada sayısal olarak elde edilmiş hasar yüklerinin (S) deneysel çalışma sonuçları (D) ile karşılaştırılması görülmektedir. [0 o /75 o ] s tabaka dizilimi için en düşük sayısal hasar yükü E/D=1, W/D= olan levha için 451,578 N olarak elde edilmiştir. En büyük hasar yükü ise E/D=5, W/D=5 olan levha için 1375,435 N olarak elde edilmiştir. Şekil 8 de ise [0 o /75 o ] tabakalı kompozit levhada sayısal olarak elde edilmiş hasar yüklerinin deneysel çalışma sonuçları ile karşılaştırılması görülmektedir. Şekil 8 e göre en düşük sayısal hasar yükü E/D=1, W/D= olan levha için 389,636 N olarak elde edilmiştir. En büyük hasar yükü ise E/D=5, W/D=5 olan levha için 1343,430 N olarak elde edilmiştir. Sayısal ve deneysel sonuçlarının bir birlerine yaklaşımında en uzak sonuç [0 o /75 o ] tabakalı kompozit levhada E/D=5, W/D=3 için %14 olarak elde edilirken en yakın sonuç ise [0 o /75 o ] s tabaka diziliminde E/D=3, W/D=4 için % 1 olarak elde edilmiştir. Her iki tabaka diziliminde için yapılan sayısal ve deneysel analiz sonuçlarında hasar yüklerinin E/D ve W/D oranının artışına paralel olarak arttığı gözlemlenmiştir. Pim bağlantılı kompozit levhaların hasar tipleri incelendiğinde ise E/D= 1 olan levhalarda herhangi bir W/D oranı için yırtılma hasarı gözlemlenirken diğer E/D oranları için ezilme hasarının gerçekleştiği deneysel ve sayısal çalışma sonucunda gözlemlenmiştir. 97

K. Turan, M. Gür Şekil 7. [0 o /75 o ] s tabakalı kompozit levhada deneysel ve sayısal olarak elde edilen hasar yüklerinin değişimi Turan (009). Şekil 8. [0 o /75 o ] tabakalı kompozit levhada deneysel ve sayısal olarak elde edilen hasar yüklerinin değişimi Turan (009). 98

Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda ilerlemeli hasar analizi Tartışma Bu çalışmada pim bağlantılı karbon-epoksi kompozit levhaların hasar davranışları deneysel ve sayısal metotlar kullanılarak incelenmiştir. Bağlantı geometrisinin ve tabaka diziliminin etkileri incelenerek tablo ve grafikler halinde ifade edilmiştir. Çalışma sonuçlarından elde edilen çıkarımlar maddeler halinde ifade edilmiştir. E/D oranın 1 den 5 e artması sonucunda hasar yüklerinin en düşük % 193, en yüksek % 50 oranında arttığı tespit edilmiştir. W/D oranın den 5 e artması sonucunda hasar yüklerinin en düşük % 113, en yüksek % 179 oranında arttığı tespit edilmiştir. Simetrik tabaka diziliminin antisimetrik tabaka dizilimine göre hasar yüklerinin genel olarak % 3 ile %0 oranında büyük olduğu hesaplanmıştır. Hasar tipleri üzerine E/D oranının etkili olduğu gözlemlenmiştir. Kesme hasarı gözlemlenmemiş olması her iki tabaka diziliminde de % 50 oranında 0 o fiber takviye açısı bulunmasından kaynaklanmaktadır. Mekanik dayanım gerektiren konstrüksiyonlarda E/D oranı en az ve üzeri ve W/D oranı da en az 3 ve üzeri olmalıdır. Sayısal ve deneysel çalışma sonuçları oldukça uyumludur. Kaynaklar Icten B.M., Sayman O, (003). Failure analysis of pin loaded aluminum-glass-epoxy sandwich composite plates, Composites Science and Technology, 63, 77-737. Aktas A., Karakuzu R., (1999). Failure analysis of two-dimensional carbon-epoxy composite plate pinned joint, Mechanical Composite Material Structures, 6, 347-361. Okutan B., Aslan Z., Karakuzu R., (001). A study of the effects of various geometric parameters on the failure strength of pi-loaded woven-glassfiber reinforced epoxy laminate, Composite Science and Technology, 61, 1491-1497. Tserpes K.I., Papanikos P., Kermanidis T.H., (001). A three dimensional progressive damage model for bolted joints in composite laminates subjected to tensile loading, Fatigue Fracture Engineering Materials and Structures, 4, 663-675. Icten, B.,M., and Karakuzu, R., (00). Progressive failure analysis of pin-loaded carbon-epoxy woven composite plates, Composites Science and Technology, 6, 159-171. Baba B.O., (006). Behavior of pin-loaded laminated composites, Experimental mechanics, 46, 589-600. Camanho P.P., Matthews F.L., (000). A progressive damage model for mechanically fastened joints in composite laminates, Composite Structures, 50, 87-96. Pekbey, Y., (007). Pim bağlantılı Tabakalı kompozit plakada ön gerilme momenti ile geometrik parametre değişiminin hasar analizine etkisi, 8. Uluslar arası kırılma konferansı, 554-56, İstanbul. Turan K., Kaman M.O. ve Gür M., (010). Pim bağlantılı tabakalı kompozit levhalarda fiber takviye açısının hasar tipine etkisi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16, 13-0. Turan K., (009). Çözülebilen bağlantılı kompozit plakaların mekanik davranışlarının analizi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ. Ansys (008) 11.0 (Academic Teaching Introductory) Command References and Gui. 99

100