Cam ve Karbon Elyaflar ile Oluşturulan Karma Kompozitlerin Çekme Dayanımlarının Analitik ve Nümerik Araştırılması

Year 2023, , 503 - 511, 03.05.2023

Mehmet Çağrı Tüzemen

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1202306

Abstract

Kompozitlerin kullanım alanları arttıkça farklı tip elyafların birlikte kullanıldığı karma kompozitlerin de
kullanım alanları genişlemektedir. Karma kompozitler, dayanım ve maliyet birlikte düşünüldüğünde
ümit verici bir yaklaşım getirmektedir. Bu çalışmada çeşitli dizilimlerle oluşturulan cam/karbon elyaf
karma kompozitlerin çekme ve moment yükü altında dayanımları analitik ve nümerik olarak
incelenmiştir. Ayrıca yalın cam elyaf ve yalın karbon elyaftan oluşan kompozitler de karşılaştırma
açısından sonlu elemanlar analizine tabii tutulmuştur. Bu kompozitler üzerine gelen yüke karşılık
dayanımları klasik tabaka teorisi kullanılarak analitik yaklaşım ile de çözülerek sonlu elemanlar analizleri
doğrulanmıştır. Yapılan analizler sonucunda kullanılan elyafın çekme dayanımına doğrudan etkisinin
olduğu, katman diziliminin ise etkisinin olmadığı sonucuna varılmıştır. Moment yükü altında ise en
yüksek çekme yüküne maruz kalan en alt katmanda karbon elyaf kullanımının cam elyafa göre
dayanabileceği en yüksek moment yükünü yaklaşık olarak %33 arttırdığı görülmüştür. Aynı yük altında
diğer katmanlarda kullanılan elyafın etkisinin ise çok sınırlı kaldığı sonucuna varılmıştır.

Keywords

Karma kompozit, Cam/karbon elyaf, Mekanik özellikler, Sonlu elemanlar analizi, Klasik tabaka teorisi

Thanks

Yazar, sonlu elemanlar analizinde sunduğu altyapı için Gazi Üniversitesine teşekkür eder.

Analytical and Numerical Investigation of the Tensile Strength of Hybrid Composites Created with Glass and Carbon Fibers

Abstract

As the usage areas of composites increase, the usage areas of hybrid composites in which different
types of fibers are used together are also expanding. Hybrid composites offer a promising approach
when strength and cost are considered together. In this study, the strengths of glass/carbon fiber
composites formed with various stacking sequences under tensile and moment load were investigated
analytically and numerically. In addition, composites consisting of pure glass fiber and pure carbon fiber
were also subjected to finite element analysis for comparison. The finite element analysis was verified
by using the classical lamination theory to solve the strengths of these composites against the load with
an analytical approach. As a result of the analysis, it was concluded that the fiber used has a direct effect
on the tensile strength, but the stacking sequence has no effect. Under the moment load, it was
observed that the use of carbon fiber in the bottom layer, which is exposed to the highest tensile load,
increases the highest moment load that it can withstand by approximately 33% compared to glass fiber.
Under the moment load, it was observed that the use of carbon fiber in the bottom layer, which is
exposed to the highest tensile load, increases the highest moment load that it can withstand by
approximately 33% compared to glass fiber. It was concluded that the effect of the fiber used in the
other layers under the same load was very limited.

Keywords

Hybrid composite, Glass/carbon fiber, Mechanical properties, Finite elements analysis, Classical laminate theory

References

• Ali, H.T., Akrami R., Fotouhi S., Pashmforoush F., Fragassa C., and Fotouhi M., 2020. Effect of the stacking sequence on the impact response of carbon-glass/epoxy hybrid composites. Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering, 18(1), 069–077.
• Atmaca, B.N., Oruç R., Aşcı G., Yiğit K., Yüzer S., Polat Y., and Ekici B., 2021. Mechanical performance of carbon - aramid fiber-reinforced laminated composites under impact and shear loading. Eskişehir Technical University Journal of Science and Technology A - Applied Sciences and Engineering, 22, 19–27.
• Erkliğ, A., Bozkurt Ö.Y., and AL-Tekreeti W.F., 2022. Influence of Nano-Silica on the Mechanical Properties of Jute/Glass Fiber Reinforced Epoxy Hybrid Composites. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(2), 399–410.
• Eskizeybek, V., Ulus H., Kaybal H.B., Şahin Ö.S., and Avcı A., 2018. Static and dynamic mechanical responses of CaCO3 nanoparticle modified epoxy/carbon fiber nanocomposites. Composites Part B: Engineering, 140, 223–231.
• Karacor, B., and Özcanlı M., 2022. Evaluation of Mechanical Properties of Intraply Hybrid Carbon/Aramid Composite Materials. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 27(2), 537–556.
• Khakzad, F., Tüzemen M.Ç., Salamci E., and Anıl Ö., 2019. The effects on the flexural strength and impact behavior of nanographene ratio of the glass fiber nanocomposite plates. Polymer Engineering and Science, 59(10), 2082–2091.
• Korkmaz, M., Karakuzu R., and Korkmaz M., 2022. Mechanical characterization and low-velocity impact behavior of flax woven fabric-reinforced polymer composites. Journal of Composite Materials, 56(20), 3185-3195.
• Özsoy, M.İ., 2022. Investigation of the mechanical properties of carbon and basalt fiber laminated hybrid epoxy composites. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(4), 499–505.
• Selver, E., 2019. Acoustic Properties of Hybrid Glass/Flax and Glass/Jute Composites Consisting of Different Stacking Sequences. Tekstil ve Mühendis, 26(113), 42–51.
• Tüzemen, M.Ç., 2022a. Evaluation of tensile properties on glass/carbon fiber epoxy pure, interply, and locally nested intraply hybrid composites. Polymer Composites, 43(9), 6464-6475.
• Tüzemen, M.Ç., 2022b. Yalın, Katmanlar Arası ve Katman İçi Açılı Cam/Karbon Karma Kompozitlerin Çekme Yükü Altındaki Davranışları. 1, Çoğun, H. Y., Z. Karacagil, and S. Kızılyıldırım, Doğa ve Mühendislik Bilimlerinde Güncel Tartışmalar 4 (Ankara: Bilgin Kültür Sanat Yayınları), 222-230.
• v Pujar, N., Nanjundaradhya N. v., and Sharma R.S., 2022. Experimental investigation of the tensile and modal properties of epoxy based symmetric interlayer glass/carbon hybrid composites. Materials Research Express, 9(2), 025304.
• Wang, B., He B., Wang Z., Qi S., Zhang D., Tian G., and Wu D., 2021. Enhanced Impact Properties of Hybrid Composites Reinforced by Carbon Fiber and Polyimide. Fiber Polymers, 13(16), 2599.
• Wang, Q., Wu W., and Li W., 2018. Compression Properties of Interlayer and Intralayer Carbon/Glass Hybrid Composites. Polymers, 10(4), 343.
• Wu, W., Wang Q., and Li W., 2018. Comparison of Tensile and Compressive Properties of Carbon/Glass Interlayer and Intralayer Hybrid Composites. Materials, 11(7), 1105.
• Zuo, P., Srinivasan D. v., and Vassilopoulos A.P., 2021. Review of hybrid composites fatigue. Composite Structures, 274, 114358.