Darbe ve Ortam Sartlarının Kompozit Malzemelerin Mekanik

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

slide 1:

www.teknolojikarastirmalar.com ISSN:1304-4141 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 4 19-31 TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR Makale Darbe ve Ortam Şartlarının Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri Melih BELEVĐ Gürel ĐNANÇER Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü ĐZMĐR ÖZET Tüm mühendislik malzemelerinin çalıştıkları birçok yerde darbelere maruz kaldığı bilinmektedir. Bu darbeler gerek parçanın görevinin özelliği gerekse dışarıdan gelen etkiler şeklindedir. Yine tüm malzemeler değişken sıcaklıklara maruz kalmaktadırlar. Geleceğin malzemesi olarak tanımlanan kompozit malzemeler yavaş yavaş birçok bilinen metalin yerini almaktadır ancak yeni bir teknoloji ürünü oldukları için darbe ve ortam şartlarına karşı davranışları metaller kadar yoğun incelenmemiş ve her alanda deneyler yapılmamıştır. Bu çalışmada daha önce yapılmış çalışmaların yardımıyla kompozit malzemelerden karbon fiber kevlararamid ve cam elyaf takviyeli kompozitlerin mekanik özelliklerine darbenin ve sıcaklık nem ve tuz gibi ortam şartlarının etkileri incelenecektir. Anahtar Kelimeler : Darbe ortam şartları kompozit malzeme mekanik özellikler 1.GĐRĐŞ Kompozit malzeme iki ve daha fazla malzemenin iki malzemenin eşsiz özelliklerini bir arada kullanmak amacıyla birleştirilmesiyle üretilen malzemeye verilen addır 1. Fiber takviyeli gelişmiş kompozitlerin ortaya çıkması jet motorundan sonra en büyük teknik devrim olarak adlandırılmaktadır 2. Gelişmiş fiber takviyeli kompozitler sözündeki “gelişmiş” sıfatı çok yüksek dayanım ve rijitliği olan aramid boron ve grafit ile daha çok bilinen ama daha düşük özelliklere sahip cam elyafı tanımlamak için kullanılır 3. Bu kompozit malzemelerin benzer diğerlerine nazaran önemli iki büyük avantajı vardır: Özellikle diğer malzemelerle parça ağırlığı bazında karşılaştırıldığında gelişmiş dayanım ve rijitlik. Kompozit malzemeler çelikle aynı dayanım ve rijitlikte yapıldığında 70 hafif olur. Yine bazı gelişmiş kompozitler ise uçaklarda temel malzeme olan alüminyumdan 3 kat daha dayanıklı olup 60 daha hafiftirler. Bunlara ek olarak kompozit malzemeler dayanım rijitlik ve istenilen tüm yönlerde diğer dizayn parametrelerini sağlayacak şekilde üretilebilirler. Tüm bu avantajlar yeni uçak ve uzay araçlarında kompozit malzemelerin her gün artan oranda kullanılmasını sağlar 3. Bunların yanında kompozit malzemelerin ayrıca şu avantajları da mevcuttur 1: 1 Kompozit malzemelerin parça entegrasyonu kabiliyeti vardır. Yani birçok metalik parçanın yerini tutacak yekpare bir kompozit parça yaratmak mümkündür.

slide 2:

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2008 4 19-31 Darbe ve Ortam Şartlarinin Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri 20 2 Kompozit malzemelerin içerisine üretim sırasında sensörler yerleştirilerek çalışma durumları sürekli olarak kontrol edilebilir. Bu malzemeler “akıllı malzemeler” olarak bilinirler. 3 Kompozit malzemeler çok büyük rijitlik/yoğunluk oranına sahiptirler Bak. Tablo 1. Kompozit malzemeler çeliğin rijitliğini 1/5 ağırlıkta ve alüminyumun rijitliğini 1/2 ağırlıkta sağlarlar. 4 Kompozit malzemelerde dayanımın yoğunluğa oranı da oldukça yüksektir. Buna dayanarak otomobiller yakıt tasarrufu sağlayarak daha hızlı hareket edebilirler. Spesifik dayanımları çeliğin 3 ila 5 katı arasındadır ve bu sayede kompozit parçalar diğer parçalardan daha hafiftirler. 5 Kompozit malzemelerin yorulma dayanımı dayanıklılık limiti daha fazladır. Çelik ve alüminyum alaşımları statik dayanımlarının 50’si kadar olan yüklerde iyi yorulma dayanımı gösterirlerken tek yönlü karbon/epoksi kompozitler statik dayanımlarının 90’ına kadar iyi yorulma dayanımı gösterirler. 6 Kompozit malzemeler iyi korozyon dayanımına sahiptirler. Demir ve alüminyum hava veya suyun varlığında paslanırlar ve özel kaplama gerektirirler. Kompozitlerin dış yüzeyleri plastik olduğundan korozyon ve kimyasal dayanımları oldukça iyidir. 7 Kompozit malzemeler tasarım açısından büyük esneklik sağlarlar. Örnek olarak kompozit yapıların termal genleşmeleri uygun malzeme ve yatırma sırası ile sıfıra indirilebilir. Kompozitlerin termal genleşmesi metallere göre çok daha düşük olduğundan çok daha iyi boyutsal stabilite sağlarlar. 8 Kompozit malzemelerle net şekil ya da nete yakın şekilde parçalar üretilebilir. Bu da birçok işleme zahmetini elimine eder ve süreç çevrimi zamanını ve maliyeti düşürür Şekil 1. 9 Metallerle üretilmesi mümkün olmayan karmaşık parçalar ve özel şekiller kompozit parçalarla kaynaksız perçinsiz ve tek parça olarak üretilebilirler. Bu da güvenilebilirliği arttırıp üretim zamanlarını düşürdüğünden çok büyük üretim kolaylığı sağlar. 10 Kompozit malzemeler üretim için tasarım ve montaj için tasarım tekniklerinin kullanılmasında büyük kolaylık sağlar. Bu teknikler imalattaki parça sayısının azalmasını montaj ve birleştirme zamanlarının kısalmasını sağlar. Ekleri kaldırarak yüksek dayanımlı yapısal parçalar daha ucuza üretilebilir. Düşük maliyet avantajı montaj zamanını ve maliyetini azaltmaktan gelir. 11 Kompozitlerin gürültü titreşim ve tokluk karakteristikleri metallere göre daha iyidir. Kompozitler metallere göre daha fazla titreşim sönümlerler. Bu özellikler uçakların ön burnundan golf sopalarına kadar birçok yerde kullanılırlar. 12 Uygun tasarım ve imalat teknikleri düzenleyerek uygun fiyata sahip kompozit parçalar üretilebilir. Kompozitler malzeme özelliklerine göre dikilerek tasarım serbestliği sağlarlar ve bu da parçaların çalıştıkları yönler haricindeki diğer yönlerde gereğinden fazla özelliklere sahip olmasını engeller. Bu olay lif yönünü lif tipini ve/veya reçine sistemini değiştirerek başarılabilir. 13 Kompozit üretimi için gereken kalıp ve ekipman ücretleri metallere göre çok daha azdır çünkü sıcaklık ve basınç gereksinimleri metal üretimine göre daha düşüktür. Bu da rekabet ortamında kısalan ürün ömürleri nedeniyle tasarım değiştirmeye daha sık gidilebilmesi bakımından büyük esneklik sağlar 1.

slide 3:

Belevi M. Inancer G. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2008 4 19-31 21 Tablo 1 Mühendislik malzemelerinin tipik özellikleri Yoğunluk Elastisite modülü E Çekme Dayanımı σ Spesifik Modül E/ρ ve maksimum çalışma sıcaklığı °C 1 Bazı Mühendislik Malzemelerinin Tipik Özellikleri Malzeme Yoğunluk ρ g/cc Elastisite modülü E GPa Çekme dayanımı σ GPa Spesifik modül E/ ρ Spesifik dayanımı σ/ ρ Maks. çalışma sıcaklığı o C Metaller Cast iron grade 20 7.0 100 0.14 14.3 0.02 230-300 Steel AISI 1045 hot rolled 7.8 205 0.57 26.3 0.073 500-650 Aluminyum 2024-T4 2.7 73 0.45 27.0 0.17 150-250 Aluminyum 6061-T6 2.7 69 0.27 25.5 0.10 150-250 Plastikler Nylon 6/6 1.15 2.9 0.082 2.52 0.071 75-100 Polypropylene 0.9 1.4 0.033 1.55 0.037 50-80 Epoxy 1.25 3.5 0.069 2.8 0.055 80-215 Phenolic 1.35 3.0 0.006 2.22 0.004 70-120 Seramikler Alumina 3.8 350 0.17 92.1 0.045 1425- 1540 MgO 3.6 205 0.06 56.9 0.017 900-1000 Kısa lifli kompozitler Cam dolgulu epoxy 35 1.90 25 0.30 8.26 0.16 80-200 Cam dolgulu epoxy 35 2.00 15.7 0.13 7.25 0.065 80-125 Cam dolgulu nylon 35 1.62 14.5 0.20 8.95 0.12 75-110 Cam dolgulu epoxy 60 1.95 21.8 0.29 11.18 0.149 75-110 Tek yönlü kompozitler S-glass/epoxy 45 1.81 39.5 0.87 21.8 0.48 80-215 Carbon/epoxy 61 1.59 142 1.73 89.3 1.08 80-215 Kevlar/epoxy 53 1.35 63.6 1.1 47.1 0.81 80-215 Şekil 1’de bir uçağın kanat kirişinin üretilmesi aşamasında malzeme ve üretim yöntemi seçimi ele alınmıştır. Şekilden görüldüğü üzere titanyum bloğun hammadde maliyeti yaklaşık olarak grafit epoksi hammadde maliyeti ile aynıdır. Buna karşın grafit/epoksi kompozitin son hale daha yakın olarak üretilmesi sonucu işleme maliyetleri çok daha az olduğundan ve büyük miktarda talaş kaldırma işlemine gerek olmadığından bu kirişleri grafit/epoksi kompozit malzemeden üretmek avantajlı bulunmuştur. Kompozit malzemelerin darbe dayanımlarının sürekli kullanılan metallerle karşılaştırmasını şekil 2’deki grafik aracılığıyla yapabiliriz 1.

slide 4:

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2008 4 19-31 Darbe ve Ortam Şartlarinin Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri 22 Şekil 1 Bir uçak kanadının ana boyuna kirişinin titanyum ve grafit/epoksi ile üretilmesinin karşılaştırılması 3 Şekil 2 Tek yönlü 60 fiber oranlı kompozit malzemelerin Charpy darbe deneyi sonuçlarının Çelik ve Alüminyum ile karşılaştırılması 1. Buradan görüldüğü üzere Charpy darbe deneyleri sonucunda S Cam/Epoksi ve Kevlar/epoksi gibi malzemelerin darbe dayanımları çelik ve alüminyumdan kat kat fazladır.

slide 5:

Belevi M. Inancer G. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2008 4 19-31 23 2.KOMPOZĐT MALZEMELERĐN KULLANIM ALANLARI Şu anda tüm havacılık firmaları fiber takviyeli kompozit malzemeleri üretimlerinde kullanmaktadır 3. 1999 yılında uçak firmaları 10 milyon tondan fazla kompozit malzeme kullanmıştır. Ticari uçakta askeri uçakta uçak motorunda ve uydularda kompozit malzeme kullanımı Şekil 3-6’da gösterilmiştir 1. Kompozit malzeme kullanımı 1960’lardan beri kademe kademe artmıştır. Đlk aşamada gösteri parçaları “bakalım yapabilecek miyiz” felsefesiyle üretilmiştir. O zamanlar parçayı uçağa monte etmeye ve uçuş testine sokmaya bir niyet olmamış olabilir çünkü ilk adım kompozit yapılarla ilgili öğrenme aşamasıydı. Đkinci aşama ise yerine parça aşaması olup burada a maç mevcut bir uçaktaki bir metal parçanın yerini alacak bir parça üretip uçuş testini yapmaktı. Üçüncü aşama gerçek üretim evresidir ve bu aşamada uçak üretilirken bazı parçalar kompozit malzemeden üretilir. Son aşama ise birçok insanın senelerdir hayalini kurduğu tamamen kompozitten üretilmiş uçak olacaktır 3. Yakın gelecekte uçaklar yüksek oranda kompozit malzemeden üretilecektir. O zaman ağırlık tasarrufunun tüm avantajları anlaşılacaktır çünkü uçakların her parçası bir diğer parça ile etkileşim içindedir. Bu yüzden bir parçadaki ağırlık azalımı tüm uçakta ağırlık azalımına sebep olacaktır. Bu şekilde klasik bir uçağın ağırlığı şu anki ağırlığının 30’una kadar düşürülebilir. Bu sayede yük iki katına kadar arttırılabilir ya da uçağın uçuş menzili iki katına çıkartılabilir ve çalışma etkinliği arttırılabilir 3. Kompozit malzemeler bugün yoğun oranda kanat flaplarında asansörlerde dümenlerde spoilerlerde hız kesici ve akış dengeleyici kanatlar ve iniş takımlarının kapaklarında kullanılmaktadır 4 Tablo 2. Tablo 2 Havacılık sanayinde 1999 yılı kompozit malzeme kullanımı 1 Kompozit malzemeler uzay sanayisinde de kullanılmaktadır. Burada asıl amaç ağırlığı azaltmaktır çünkü uzay mekiğindeki her bir ek kilogramı uzaya fırlatmanın maliyeti çok büyüktür. Ayrıca güneşin önünden geçecek donanımlarda kullanılmak üzere sıfır ısıl genleşmeye sahip güneşin önünden geçerken boyutlarında değişiklik olmayacak ve sinyali aynen iletecek grafit-epoksi antenler üretilmiştir. Örnek olarak Hubble Uzay teleskopunda grafit epoksiden üretilmiş kafes sistem kullanılmıştır 3. Kompozit malzemelerin bir diğer kullanım alanı olan otomobillerde ise esas amaç aracın ağırlığını azaltarak yakıt tüketimini azaltmaktır. Hedeflenen amaç şu anki bir litre yakıt ile 11.7 km olan yakıt tüketimini bir litre başına 34 km ye çıkartmaktır 3. Kompozitlerin bir diğer kullanım alanı da motor sporları kaskları ve kurşungeçirmez yeleklerdir.

slide 6:

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2008 4 19-31 Darbe ve Ortam Şartlarinin Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri 24 Şekil 3 Ticari uçakta kompozit malzeme kullanımı 1 Şekil 4 Askeri uçakta kompozit malzeme kullanımı 1

slide 7:

Belevi M. Inancer G. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2008 4 19-31 25 Şekil 5 Uçak motorunda kompozit malzeme kullanımı 1 Şekil 6 Uyduda kompozit malzeme kullanımı 1

slide 8:

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2008 4 19-31 Darbe ve Ortam Şartlarinin Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri 26 3.KOMPOZĐT MALZEMELERĐN KULLANILDIĞI YERLERDE KARŞI LAŞTIKLARI GERĐLMELER VE ORTAM ŞARTLARI Bu bölümde kompozit malzemelerin karşılaştıkları yüksek ve düşük sıcaklıklar ile nemli ve tuzlu ortamlardan bahsedilecektir. Kompozitlerin çalışma şartlarında maruz kaldıkları etkilerin en önemlisi darbelerdir. Çünkü diğer tüm gerilmelerin aksine darbeler önceden hesaplanamaz. Uçuş esnasında kuş çarpması dolu yağmuru bakım sırasında bakım elemanının el aletini üstüne düşürmesi kalkış ve iniş sırasındaki ani çarpmalar gibi önceden kestirilemeyecek şartlarda oluşan darbeler sonucu uçaklarda gizli hasarlar oluşur ve bu tip darbeler parçaların dayanımlarını düşürür. Poe ve Ark. 1991 Taş düşmesi ve dolu gibi düşük hızlı darbelerin bile çeşitli kompozit malzemelerde çeki ve basma dayanımlarını 2/3 oranına kadar düşürdüğünü ispatlamışlardır 5 .Ayrıca Short ve Ark. Fiber takviyeli kompozitlerde düşük hızlı darbelerin delaminasyon fiber kırılması ve matris çatlaması gibi çeşitli hasarlar verebileceğini göstermiştir. Bu hasarların da kazara olabileceğini ve dikkatten kaçabileceğini belirtip kompozitlerin darbe mevcutmuş gibi tasarlanmasını söylemişlerdir 6. Örnek olarak bir uçak kanadını ele alalım. Uçak kanatlarına gelen yükler uçuş sırasında kanadı yukarı doğru eğmeye çalışırlar bu yükler kanadın alt yüzeyinde çekme üst yüzeyinde basma yükleri olup çevrimsel olarak etkirler 7. Bir de bu yüklerin dışında yukarıda bahsettiğimiz beklenmedik darbe yükleri mevcuttur. Bu darbe yükleri sonucu kanat malzemesi yorularak genel olarak maruz kaldığı çeki ve bası yüklerini taşıyamama durumuna gelmekte ve büyük hasarlara sebep olmaktadır. Uçağın kanadına uçuş esnasında bir kuş ya da yabancı bir cismin çarpabilme ihtimalini düşünürsek bu durumda kompozit kanada enine bir darbe etki etmiş olacaktır. Lal 8 enine darbelerin delaminasyona tabaka ayrılmalarına fiber kırılmalarına ve daha düşük boyutta bakıldığında fiber ayrılmalarına ve sökülmelerine sebep olduğunu göstermiştir. Bu ise özellikle delaminasyondan dolayı uçağın kanadının dayanımını büyük ölçüde düşürür. Yine bu gibi durumlarda Arnold ve Ark’ın. yaptığı çalışmaların sonucuna göre hasar ile yatay darbe açısının arasında lineer bir bağıntı mevcuttur 9. Ayrıca 1992 yılında Amerikan Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi NASA tarafından yapılan bir araştırmada deney numuneleri bir uçlarından sabitlenmiş diğer uçlarından ise serbest bırakılmış ve numunelere darbe deneyi yapılmıştır. Bu durum uçak kanadını tam anlamıyla simüle etmektedir. Bahsedilen deney sonucunda elde edilen verilere göre deney numunesinin desteklenmemiş ucuna yakın darbeler merkezden etki eden darbelere göre malzemenin maksimum yük taşıma kapasitesini daha fazla azaltmıştır 10. Bu durumda uçağın kanadının ucuna yakın darbeler kanat dayanımını daha fazla azaltacağı sonucunu çıkartabiliriz. J.M. Corum ve ark. 11 yaptıkları çalışmada iki tip karbon fiber ve bir tip rasgele yerleştirilmiş kesik lifli cam elyafı ile üretilmiş kompozit malzemeyi büyük kütleli küçük hızlı alet düşmesi gibi ve küçük kütleli büyük hızlı tekerlekten fırlayan taş gibi darbe deneylerine maruz bırakmışlar ve rasgele yerleştirilmiş kesik fiberler içeren cam elyafın darbeler sonrası bası dayanımının düştüğünü ancak fiber kırılmasının örgü fiberlere göre daha az olmasından dolayı çekme dayanımında bir düşüş olmadığını gözlemlemişlerdir Şek. 7. Karbon fiber ile yapılmış darbe deneyleri sonrasında ise numunelerin darbe sonrası çeki ve bası dayanımlarının ikisinin de etkilendiğini ancak çeki dayanımının biraz daha fazla etkilendiğini bulmuşlardır Şekil 8. Uygulamada kompozit malzemelere etkiyen kuvvetlerin yanında bir de uygulama şartları önemlidir. Çünkü uygulamaya göre malzemeler çok büyük sıcaklık değişimlerine maruz kalabilmekte ve farklı iklimlerde çalışabilmektedirler çöl kutup bölgeleri uzay ve yüksek hızlı nakliye gibi. Sıcaklık kompozit malzemenin özelliklerini değiştirecektir ve bu değişimleri anlamak önemlidir 12. Levin K karbon fiber takviyeli kompozitlerde sıcaklığın 40 °C ile 70 °C arasında değişmesiyle delaminasyon alanında azalma olduğunu bulmuştur 13. Kwang-Hee ve ark. Sıcaklığın 30 °C ile 120 °C arası değişmesinin ortotropik CFRP laminantlara düşük hızlarda darbe hasarı üzerindeki etkisini incelemişlerdir.

slide 9:

Belevi M. Inancer G. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2008 4 19-31 27 Şekil 7 Cam Elyaf takviyeli malzemelerde darbe sonrası dayanım kaybı 11 Şekil 8 Karbon fiber takviyeli kompozitlerde darbe sonrası dayanım kaybı 11 Darbe enerjisi ile delaminasyon arasında lineer bir ilişki ve sıcaklık düştükçe hasar alanında artış gözlemişlerdir 14. Asad A. Khalid 15 çalışmasında yumuşak çelik kevlar aramid ve cam elyaf takviyeli kompozitler üzerinde -40 °C ile 40 °C sıcaklıkları arasında Charpy deneyleri yapmış sıcaklığın

slide 10:

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2008 4 19-31 Darbe ve Ortam Şartlarinin Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri 28 darbe dayanımına etkisini incelemiştir Şekil 9. Aramid/epoksi kompozitlerde hacim oranı arttıkça darbe enerjisinin düştüğünü ve sıcaklık arttıkça darbe dayanımının arttığını bulmuştur Şekil 10. Şekil 9 Çelik aramid/epoksi ve cam/epoksi malzemelerin darbe enerjisi-sıcaklık grafiği 15 Amin Salehi-Khojin ve ark. 16 çalışmalarında -50 o C ile 120 o C arasındaki sıcaklıklarda aramid ve cam elyaf kompozitler üzerinde ağırlık düşürmeli darbe deneyleri yapmış ve ayrılmanın sıcaklık ve darbe enerjisinin bir fonksiyonu olduğunu bulmuştur. Bu çalışmalardan ise sıcaklık ile darbe dayanımı arasında doğru orantı olduğunu ve sıcaklık düştükçe darbe dayanımının düştüğü sonucunu çıkarmaktayız. Ayrıca darbe sonucu oluşan ve kompozit malzemenin dayanımını büyük ölçüde düşüren delaminasyonun düşük sıcaklıklarda daha kolay oluştuğu sonucunu çıkartabiliriz. Bu yüzden uzayda kutup bölgelerinde ya da çöl ortamında kullanılacak kompozit malzemelerin tasarımı yapılırken olası darbeler mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Gomez-del Rio ve arkadaşları ile Lopez Puente ve arkadaşları -150 o C ile 25 o C arasında düşük sıcaklıklarda yaptıkları deneylerde sıcaklık düştükçe polimer matrisin kırılganlığı ile tabakalar arası ısıl gerilmenin artmasının hasarın ilerlemesini kolaylaştırdığını ispatlamışlardır 17. E.P. Geller ve ark. 18 yaptıkları çalışmada kompozit malzemeleri binde 29 tuzluluk oranına sahip deniz suyunda 30 o C sıcaklıkta yaşlandırmışlardır. Bu malzemelerden bir kısmı polyester bir kısmı da epoksi kullanılarak üretilmiştir. Elyaf olarak merkezde bulunan 630 gr/m 2 ’lik örgü elyafın alt ve üzerine 450 gr/m 2 ’lik kırpma elyaf işlenmiştir. Reçine hacim oranı olarak 45 seçilmiştir. Numunelerin kesilen kenarları vinilester ile kaplanarak normalden daha fazla su emmesi engellenmiştir. Bu numuneler incelendiğinde Şekil 11’de görünen resimde çözünme sonucu matriste ufak gözenekler oluştuğu belirlenmiştir.

slide 11:

Belevi M. Inancer G. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2008 4 19-31 29 Şekil 10 Çeşitli hacim oranlarında örülmüş aramid/epoksi numunenin darbe enerjisi-sıcaklık grafiği 15 Bu deney sonucunda elde edilen dayanım verilerine bakıldığı zaman binde 29 tuzluluk oranına sahip tuzlu suda 30 o C de 140 gün bekletildiğinde polyester takviyeli kompozitlerin dayanımlarında 9 düşüş vinilester takviyeli kompozitlerin dayanımlarında 7 ila 14 arası düşüş bulunmuştur. 840 gün bekletilmiş kompozitlerde ise polyester takviyelilerin dayanımlarında 17 düşüş vinilesterlerde 15 ila 21 arası dayanım düşüşü tespit edilmiştir. Örnek olarak çölde çalışmak için tasarlanmış kompozit malzeme içeren bir aracı ele alalım. Çöl ikliminde sıcaklık yaz mevsiminde gündüz 45 °C ve gece 0 °C civarındadır19. Daha önce yapılmış yukarıda bahsedilen çalışmalardan anlaşılacağı üzere çölde gündüz şartlarına göre tasarlanmış bir araç gece çalıştığı zaman çok ufak bir darbeye maruz kaldığında gizli delaminasyonlar oluşabilir ve bu aracın dayanımını çok büyük oranda düşürebilir. Ayrıca çöl ikliminde devreye kompozit malzemelerde yaşlanmaya sebep olacak olan tuz ve tekerlekten fırlayan taşların oluşturduğu yorulma etkisini de katarsak çöl ikliminde aracımız yukarıda incelemesi yapılmış birçok yönden farklı kuvvet ve ortam şartlarına maruz kalacaktır. Şekil 11 Tuzlu suda bekletilmiş kompozit malzemenin elektron mikroskobu görüntüsü

slide 12:

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2008 4 19-31 Darbe ve Ortam Şartlarinin Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerine Etkileri 30 4.SONUÇLAR Daha önce yapılmış çalışmalardan görüldüğü üzere çevresel faktörlerin ve darbe yüklerinin birçok kompozit malzemenin fiziksel özellikleri ve darbe sonrası dayanımları üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır. Bu etkiler kısaca • Ufak darbeler sonucu oluşan gizli delaminasyonlar ve çeki – bası dayanımlarında düşüşler • Sıcaklığın düşmesi ile matris kırılganlığının artması sonucu daha gevrek davranış • Sıcaklığın artması ile matris malzemesinin sünekleşmesi ile daha iyi darbe performansı • Nemin matris-fiber ara yüzeyini çözmesi sonucu malzemelerin bütünlüğünün bozulması ve dayanım düşüşü • Nem altındaki kompozitlerde sıcaklık arttıkça difüzyon hızının artması sonucu nemden daha çabuk etkilenme • Tuzun sebep olduğu matris çözülmesi sonucu matris dayanımlarında 20’lere varan düşüşler olarak sıralanabilir. Yapılan çalışmalarda ağırlıklı olarak çevresel faktörlerin ve darbenin cam elyaf ve karbon fiber takviyeli kompozitlerin mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Ancak Kevlar takviyeli kompozitler ile ilgili olarak bu alanda yeterli bir çalışma yoktur. Oysaki Kevlar takviyeli kompozitler uçak uzay mekiği ve otomobiller gibi pahalı ve önemli sistemlerde kullanılmaktadır. Bu sistemlerde kullanılan Kevlar takviyeli epoksi kompozitlerin incelemesi yapılarak bu malzemenin özellikleri ortaya çıkarılabilir. KAYNAKLAR 1. Sanjay K. M. Composites Manufacturing Materials: Product and Process Engineering CRC Press Boca Raton London New York Washington D.C. 2. John F. J. 1969 Composite Materials: The Coming Revolution Airline Management and Marketing pp 859091. 3. Robert M. J. 1999 Mechanics of Composite Materials Second Edition Taylor and Francis USA 4. Daniel I. M. Ishai O. 1994 Engineering Mechanics of Composite Materials New York: Oxford University pres 5. Poe C. C. Portnova M. A. Sankar B. V. Jackson W. C. 1991 Comparison of Impact Results For Several Polymeric Composites over a Wide Range of Low Impact Velocities First NASA advanced Composites Technology Conference NASA Conference Publication 3104 Part 1 6. Short G. J. Guild F. J. Pavier M. J. 2002 Post-Impact Compressive Strength of Curved GFRP Laminates Composites Part A 33:1487–95 7. Dilek T. 2001 Uçaklarda Yorulma Anadolu Üniversitesi Sivil Havacılık Yüksekokulu Mühendis Makine http://www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsiv/2001/mayis/havacilik.htm 8. Lal K. M. 1982 Prediction of residual Tensile strength of Transversely Impacted Composite laminates Research in structural and solid mechanics-1982 NASA conference publication 2245 9. Arnold W. S. Madjidi S. Marshall I. H. Robb M. D. 1993 Low velocity impact of inclined CSM composite laminates In: Proceedings of the International Conference on Advanced Composite Materials The Minerals and Materials Society 617–22

slide 13:

Belevi M. Inancer G. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2008 4 19-31 31 10. Dawn C. J. 1992 Effect of Low Speed Impact Damage and Damage Location on Behavior of Composite Panels Langley Research Center Hampton Virginia USA NASA Technical Paper 3196 11. Corum J. M. Battiste R. L. Ruggles-Wrenn M. B. Low-energy impact effects on candidate automotive structural composites-Metals and Ceramics Division Oak Ridge National Laboratory1 Oak Ridge TN 37831-8051 USA 12. Aaron H. Amin S. K. Mohammad M. Reza N. J. Temperature Effects on the Impact Behavior of Fiberglass and Fiberglass/KevlarSandwich Composites Center for Nanoscale Science and Engineering North Dakota State University Fargo ND 58102 USA 13. Levin K. 1986 Effect of Low Velocity Impact on Compression Strength of Quasi-Isotropic Laminate In: Proceedings of American Society for Composites: First Technical Conference Technomic Lancaster PA 313–25 14. Son K. H. Kwon Y. J. 2001 Effects of Temperature on Impact Damages in CFRP Composite Laminates Composites Part B32: 669–82. 15. Asad A. K. 2004 The Effect of Testing Temperature and Volume Fraction on Impact Energy of Composites Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering IIUM International University Malaysia 53100 Gombak Malaysia 16. Amin S. K. Reza B. Mohammad M. The Role of Temperature on Impact Properties of Kevlar/Fiberglas Composite Laminates Reza Nakhaei-Jazar Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics North Dakota State University Fargo ND 58105 USA 17. Go´mez-del Rı´o T. Zaera R. Barbero E. Navarro C. 2005 Damage in CFRPs due to Low Velocity Impact at Low Temperature Composite Part B:36 1: 41–50 18. Gellert E. P. Seawater Immersion Ageing of Glass-Fibre Reinforced Polymer Laminates For Marine Applications D.M. Turkey DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory Maritime Platforms Division P.O. Box 4331 Melbourne Victoria 3001 Australia 19. “Çöl iklimi şartları” http://en.wikipedia.org/wiki/Desert

authorStream Live Help