Fiber Takviyeli Polimerik Kompozitlerde Fiber Bragg Izgara Sensörleri, Akustik Yayılım ve Termogra fi Yöntemleri Kullanılarak Mikro-Hasar Birikiminin Elastik Özelliklerdeki Azalmaya Dayalı Olarak İzlenmesi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Sabancı Üniversitesi, Mühendislik Ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Malzeme Bilimleri Ve Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tez Danışmanı: Prof.Dr.Mehmet Yıldız
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: İngilizce
Desteklendiği Program: Diğer
Özet:
Lamine Kompozit Yapılar (LKY) son yıllarda uçak ve gemi inşaatı gibi mühendislik uygulamalarında giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, LKY kullanımındaki sürekli artışa rağmen, birtakım özelliklerin ayrıntılı olarak araştırılması gerektiği unutulmamalıdır. Bu özellikler iki ayrı konuda özetlenebilir: farklı mikro-hasar tiplerinin LKY'lere etkisi ve bazı mekanik özelliklerin ölçümü için yeni test yöntemlerininin geliştirilmesi. Burada bu iki konu, mikro-hasar birikiminin ve bu mikro-hasar birikiminin LKY'nin elastik sabitleri üzerindeki etkisi araştırılarak ve ayrıca ince tabakalı kompozitlerin belirli mekanik özelliklerini hesaplamak için yeni bir test yönteminin Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) yapılarak işlenmiştir. Metallardenden farklı olarak LKY'ler yük altında farklı mikro-hasar türleri geliştirebilir. Bu mikro hasar türleri LKY'lerin hasara uğrayıp kullanım dışı kalmasında kritik bir rol oynamaktadırlar. Farklı mikro hasar türlerinin ilk oluşumu ve birikmesi anlaşıldıktan sonra, operasyonel yükler altında LKY'lerin davranışı detaylı bir şekilde anlaşılabilir. Bu anlayışla beraber LKY'lerin muhtemel işlev dışı kalma süresinin tahmin edilmesine ve bazı esneklik sabitlerinin mikro hasar gösterge katsayısı olarak kullanılmasının yolu açılabilir. Bu amaçla, mikro-hasar başlaması ve birikmesiyle beraber Poisson oranı azalmasının mikro-hasar birikim göstergesi olarak kullanılması üzerine deneysel bir çalışma sunulmuştur. Poisson oranının azalması, bu çalışma sırasında geliştirilmiş ve LKY'ya üretim sırasında gömülmüş, çift eksenli fiber Bragg ızgara (FBG) sensörler ile statik çekme testi sırasında izlenmiştir. Buna ek olarak, farklı mikro hasar türlerinin birikimi, Akustik Yayılım (AY) düzeneği ile izlenmiştir. Çekme yükü altnda Poisson oranı düştükçe, LKY'ler tarafından yayılan Akustik dalgalar artan mikro-hasar oluşumundan dolayı artış göstermiştir. Yine düzlemsel kayma yükü altında düzlemsel kayma modülündeki azalmanın, mikro hasar birikimine bağlı olduğu gösterilmiştir. Bu amaçla, iki farklı fiber takviye, S-cam ve E-cam, LKY üretmek için seçilmiştir. Biriken toplam mikro-hasar miktarı ve termografi ile ölçülen ortalama sıcaklık değişimi E-cam takviyeli LKY için daha yüksektir. Uygulanan düzlemsel kayma yükü altında, düzlemsel kayma modülü E-cam ve S-cam takviyeli LKY'nin ikisinde de önemli oranda düşüş göstersede, E-cam takviyeli LKY için bu düşüşün S-cam takviyeli LKY'ye göre daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, ince lamineli kompozitlerde Lamb dalgası yayılımı SEA ile gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen SEA, ince LKY için yeni, zaman alıcı olmayan, rijitlik matrisi bileşenlerini ve esneklik özelliklerini hesaplamak için kullanılabilecek tahribatsız bir test yönteminin hesaplamalı sayısal analizidir.Bu amaçla, Lamb dalgasının A0 ve S0 modlarının grup hızları, yanal izotropik simetreye sahip bir ince LKY üzerinde ölçülmüştür. Sonra, bu grup hızları Christofel denkleminde kullanılan LKY'nin rijitlik matrisinin bileşenlerini hesaplamak için kullanılmıştır. Daha sonra ise, hesaplanan rijitlik matrisinin bileşenleri tersine denklemler içinde kullanılarak aynı ince LKY'nin esneklik sabitleri hesaplanmıştır.