Experimental Investigation of Tensile Strength of Oval Notched Steel Plate Repaired with Composite Patch

Abstract

In this study, the repairability of oval notched 304 austenitic stainless steel plate with carbon/epoxy composite patch was experimentally investigated. In this context, 250x40 mm test specimens were cut from 2 mm thick steel plate and in the CNC machine, oval notches 20x4 mm sized were opened in three diffrent directions on their centers. Carbon fiber reinforced composite patches were then prepared to patch these notches. The composites used in patches were produced by applying epoxy to triaxial fabrics by hand lay-up method and then hot pressing. Composite patches were cut from composite plates with water jet. These patches were then affixed with Weicon RK-7100 adhesive to one-sided and double-sided notched steel plates. Before the adhesion process, the dirt and residue layer on the surfaces of the plates were cleaned with a rotary felt. Then, by spraying solvent-based surface cleaner on the samples, a perfect adhesion surface was obtained. After the bonding process was completed, the samples were kept for three days in order for the adhesive to cure. When the samples were in their final form, static tensile tests were performed, tensile stresses were determined and comparisons were made on the graphics for each angle value without patches, one way patches and two way patches. It was found that the critical yield strength of the patched specimens was significantly improved comparaed to the unpatched samples. There was no sinificant difference between the patched and non-patched samples in the ultimate tensile strength.

Keywords

• Composite patch
• 304 stainless steel
• tensile strength
• carbon fiber
• epoxy

Kompozit Yama ile Tamir Edilmiş Oval Çentikli Çelik Plakanın Çekme Dayanımının Deneysel Olarak Araştırılması

Öz

Bu çalışmada oval çentikli 304 östenitik paslanmaz çelik levhanın karbon/epoksi kompozit yama ile tamir edilebilirliği deneysel olarak araştırılmıştır. Bu bağlamda 2 mm kalınlığındaki çelik levhadan 250x40 mm boyutunda deney numuneleri kestirilerek merkezlerine CNC tezgahta 20x4 mm ebatında oval çentikler açılmıştır. Daha sonra bu çentikleri yamamak için karbon elyaf takviyeli kompozit yamalar hazırlanmıştır. Yamalarda kullanılan kompozitler el yatırması yöntemi ile üç eksenli kumaşlara epoksi uygulanması ve sonrasında sıcak presleme yapılması ile üretilmişlerdir. Üretilen bu kompozit plakalardan 40x40 mm ebatında su jeti ile kompozit yamalar kesilmiştir. Daha sonra bu yamalar Weicon RK-7100 yapıştırıcı ile tek taraflı ve çift taraflı olacak şekilde çentikli çelik levhalara yapıştırılmıştır. Yapıştırma işelemi yapılmadan önce plakaların yüzeylerindeki kir ve tortu tabakası döner keçe ile temizlenmiştir. Daha sonra numunelere solvent bazlı yüzey temizleyici sprey sıkılarak mükemmel bir yapışma yüzeyi elde edilmiştir. Yapıştırma işlemi tamamlandıktan sonra yapıştırıcının kürleşmesi için numuenler üç gün süre ile beklemeye alınmıştır. Numuneler nihai hallerini aldığında statik çekme deneyleri yapılarak çekme gerilmeleri tespit edilmiş ve her bir açı değeri için yamasız, tek yön yamalı ve çift yön yamalı olacak şekilde grafikler üzerinde karşılaştırmaları yapılmıştır. Yamalı numunelerin kritik akma dayanımının yamasız numunelere kıyasla dikkate değer ölçüde iyileştiği tespit edilmiştir. Nihai çekme dayanımlarında ise numuneler arasında belirgin bir fark görülmemiştir.

Anahtar Kelimeler

• Kompozit yama
• 304 paslanmaz çelik
• çekme dayanımı
• karbon fiber

References

1. Aabid, A., Hrairi, M., Ali J. S. M., (2020). Optimization of composite patch repair for center-cracked rectangular plate using design of experiments method. Materials Today: Proceedings, 27, (1713-1719).
2. Cowdrey, S., Ferguson, C., Lennox, A.F., Mauro, P., Neummayer, R., Orme, B. and Müller, M., (1998). Loctite Worldwide Design Handbook, Germany,.
3. Daryabor P., Safizadeh M. S., (2017) Image fusion of ultrasonic and thermographic inspection of carbon/epoxy patches bonded to an aluminium plate, NDT and E International, 90, (1-10).
4. Ergün, R.K., (2008). Eliptik delikli alüminyum levhaların kompozit yama ile tamir edilmesinin gerilme davranışına etkisinin deneysel ve sayısal araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Kahramanmaraş.
5. Hu, B., Liu, Y., Yu, R., (2020). Numerical simulation on magnetic-mechanical behaviors of 304 austenite stainless steel, Measurement, 151, (1-10).
6. Kashfuddoja, M. ve Ramji M., (2014). Design of optimum patch shape and size for bonded repair on damaged carbon fibre reinforced polymer panels, Materials and Design, 54, (174-183).
7. Ki-Huyun, C. ve Yang W., (2003). A study on the fatigue crack growth behavior of thick aluminum panels repaired with a composite patch, Composite Structures, (60), (1-7).
8. Lebaupin Y., Friedli J., Caglar B., Piccand M., Pasquier, R., Michaund V., (2019). Crushing and intrusion resistance improvement of aluminum beams by carbon/epoxy composite patches. Composites Structures, 226, (1-10),.

9. Liao, J., Tan, J., Wu x., Ning D., Xue G., Yao W., (2019). Corrosion fatigue behavior of 304 stainless steel notched specimen in high temperature pressurized water, Materials Science & Engineering A, 748, (137-145).
10. Liu X. ve Wang G., (2007). Progressive failure analysis of bonded composite repairs, Composite Structures, 81, (331-340),.
11. Saylık, A., (2016). Kompozit yama ile tamir edilmiş çentikli alüminyum levhalarda gerilme analizi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Elazığ,
12. Natarajan, Y., Murugesan P.K., Mohan, M., Khan, S.A.L.A., (2020). Abrasive water jet machining process: A state of art of review, Journal of Manufacturing Processes, 49, (271-322).
13. Neto J.A.B.P., Campilho R. D. S. G., Silva L.F.M., (2012).Parametric study of adhesive joints with composites, International Journal of Adhesion & Adhesives, 37, (96-101),.
14. Nguyen P.L., Vu X. H., Ferrier E., (2018). Elevated temperature behaviour of carbon fibre-reinforced polymer applied by hand lay-up (M-CFRP ) under simultaneous thermal and mechanical loadings: Experimental and analytical Investigation, Fire Safety Journal, 100, (103-117).
15. Özenc M. ve Sekercioglu T., (2014). Effect of surface pre-treatment and temperature on the adhesive strength of hybrid aluminum Joints, Kovove Mater. 52, (1-10).
16. Pradhan S.S., Mishra U., Biswal S.K., (2020). Experimental study on mechanical performance of cracked aluminium alloy repaired with composite patch. Materials today: Proceedings, (26) 2, (2676-2680).
17. WEICON GmbH & Co. KG, WEICON çift komponent yapıştırıcı, (2018). https://www.weicon.com.tr/media/pdf/33/7a/92/TDS_10566050-39_TR_Easy-Mix_RK-7100.pdf