TABAKALI CAM ELYAF/EPOKSİ KOMPOZİTLERİN DARBE DAVRANIŞININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Darbe, bir malzeme veya yapı üzerine düşük, orta ve yüksek hızlarda çok kısa bir süre içerisinde uygulanan anlık dış kuvvet olarak tanımlanır. Uygulama yerine ve kullanım amacına göre malzemenin maruz kalabileceği darbeler çok farklı şekillerde olabilir Bu çalışmada, artan darbe enerji değerleri için farklı oryantasyon açılarına sahip cam elyaf/epoksi kompozit numunelerin darbe davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Darbe deneyleri için 50cm x 50cm boyutlarında 8 ve 12 tabakalı cam elyaf/epoksi kompozit malzemeler üretilmiştir. Bu numuneler 4 ayrı gruba ayrılmıştır. Her grup numuneler için 10J, 20J ve 30J’lük artan darbe enerjisi değerleri altında darbe testi uygulanarak fiber takviye açılarının ve tabaka kalınlıklarının darbe davranışı üzerine etkileri incelenmiştir. Darbe deneyleri sonucunda, 8 tabakalı numunelerinin yük taşıma kapasitelerinin ve darbe dayanımlarının 12 tabakalı numunelere göre daha düşük olduğu görülmüştür. Artan darbe enerjisi değerlerinde maksimum kuvvet ve çökme miktarı değerlerinin de arttığı gözlenmiştir. Darbe testi uygulanan cam elyaf/epoksi kompozit numunelerde darbe uygulanan ön yüzde düşük darbe enerjileri için ezilme izi, küçük delaminasyonlar ve matris kırılmaları gözlemlenirken, darbe enerjisinin arttırılmasıyla fiber kırılmalarının ve delinme hasarlarının meydana geldiği görülmüştür. Bunun yanısıra, kompozit numunelerin darbe uygulanmamış olan arka yüzlerinde ise delaminasyonlar ve fiber ayrılmaları gözlemlenmiştir. Darbe enerjisinin arttırılmasıyla delaminasyon alanlarının genişlediği, fiberlerin kırıldığı ve delinme hasarının oluştuğu görülmüştür.

Keywords

• Cam elyaf/epoksi,Tabakalı kompozitler,Düşük hızlı darbe,Darbe enerjisi

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE IMPACT BEHAVIOR OF LAMINATED GLASS FIBER/EPOXY COMPOSITES

Abstract

Impact can be defined as the momentary external force applied to a material or structure at a low, medium, or high speed within a very short period of time. Depending on the application and the purpose of use, the impact that the material may be subjected to can be very different. In this study, the impact behaviors of glass fiber / epoxy laminated composite specimens with different orientation angles for increasing impact energy values were experimentally investigated. For impact tests, 8 and 12 layered glass fiber/epoxy composite materials were manufactured in dimensions of 50cm x 50 cm, and specimens were cut in dimensions of 150mm x 100 mm. These samples are divided into 4 separate groups. For each group of samples, impact tests were performed under increasing impact energy values of 10J, 20J and 30J to investigate the effects of fiber reinforcement angles and layer thickness on impact behavior. As a result of the impact tests, It was also observed that the maximum force and the displacement increased with increasing impact energy values. it was seen that the load carrying capacities of the 8 layered samples and the impact strengths were lower than those of the 12 layered samples. It has been observed that the maximum collapse for 30J impact energy is in the specimens with  array. It was observed that small fiber segregations and matrix fractures were observed on impacted top face of glass fiber/epoxy composite samples for low impact energies. In addition, it was seen that fiber breakage and perforation damage occurred by increasing the impact energy. Fiber segregations, fiber breakages and perforation damage were observed on the bottom faces of the composite specimens where no impact was applied. It is also observed that the areas of the damage have grown with increasing impact energy values.

Keywords

• Glass fiber/epoxy,Laminated composites,Low velocity impact,Impact energy,Damage

References

1. Abrate, S., 1998. Impact on Composite Structures. Cambridge University Press, 289s, United Kingdom.
2. Aktaş, M., Ataş, C., İçten, B.M. Karakuzu, R., 2009. An Experimental Investigation of the Impact Response of Composite Laminates. Composite Structures. 87, 307-313.
3. Aslan, Z., Karakuzu, R., Okutan, B., 2003. The Response of Laminated Composite Plates under Low-Velocity Impact Loading. Composite Structures. 59, 119-127.
4. Baucom, J.N., Zikry, M.A., 2005. Low Velocity Impact Damage Progression in Woven E-Glass Composite Systems. Composites, 36, 658-664.
5. Belingardi, G., Vadori, R., 2003. Influence of the Laminate Thickness in Low Velocity Impact Behavior of Composite Material Plate. Composite Structures, 61, 27-38.
6. Caprino, G., Spataro, G., Luongo, S.D., 2004. Low-Velocity Impact Behaviour of Fiber Glass–Aluminium Laminates. Composites: Part A, 35, 605-616.
7. Ceyhun, V., Turan, M., Tabakalı Kompozit Malzemelerin Darbe Davranışı. Mühendis ve Makine, 44 (516), Ocak 2003, s.35-41.
8. Chiu, S. T. , Liou, Y. Y. , Chang, Y. C. , Ong. C. L., 1997. Low Velocity Impact Behavior of Prestressed Composite Laminates. Materials Chemistry and Physics, 47, 268-272.

9. Datta S., Krishna, A.V., Rao, R.M.V.G.K., 2004. Low Velocity Impact Damage Tolerance Studies on Glass-Epoxy Laminates-Effects of Material, Process and Test Parameters. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 23 (3), 327-345. Goo, N.S., Kim, S.J., 1997. Dynamic Contact Analysis of Laminated Composite Plates under Low Velocity Impact. AIAA Journal, 35, 1518-1521.
10. Hosur, M.V., Adbullah, M., Jeelani, S., 2005. Studies on the Low-Velocity Impact Response of Woven Hybrid Composites. Composite Structures, 67, 253-262.
11. Kara, M., 2012. Düşük Hızlı Darbe Sonrası Yama İle Tamir Edilmiş Filaman Sarım CTP Boruların İç Basınç Altındaki Hasar Davranışı. Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 126s, Konya.
12. Karacan, A., Darbe Sonrası Farklı Ortam Koşullarına Maruz Bırakılan Kompozit Plakaların Basma Mukavemetlerinin Belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Isparta, (Devam Ediyor).
13. Kessler, A., Bledzki, A.K., 1999. Low Velocity Impact Behavior of Glass/Epoxy Cross-Ply Laminates with Different Fiber Treatments. Polymer Composites, 20 (2), 269-278.
14. Kıratlı, S., 2012. Darbe Hasarlı Tabakalı Kompozitlerin Burkulma ve Esneklik Davranışı. Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 73s, Sivas.
15. Mili, F., Necib, B., 2001. Impact Behaviour of Cross-Ply Laminated Composite Plates under Low Velocities. Composite Structures, 51, 273-244.
16. Morais, de W. A., Monteiro, S.N., d'Almeida J.R.M., 2005. Effect of the Laminate Thickness on the Composite Strength to Repeated Low Energy Impacts. Composite Structures, 70, 223–228.
17. Naik, N. K., Borade, S. V., Arya, H., Sailendram, M., Prabhu, S. V., 2002. Experimental Studies on Impact Behaviour of Woven Fabric Composites: Effect of Impact Parameters. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 21 (15), 1347-1362.
18. Naik, N.K., Meduri, S., Sekher, Y. C., 2000. Polymer Matrix Woven Fabric Composites Subjected to Low Velocity Impact: Part II-Effect of Plate Thickness. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 19 (13), 1031-1055.
19. Rotem, A. Lifshitz, J.M., 1971. Longitudinal Strength of Unidirectional Fibrous Composite under High Rate of Loading. Proc. 26th Annual Tech. Conf. Soc. Plastics Industry Reinforced Plastics, Composites Division, Washington, DC, Section 10-G, 1-10.
20. Sayer, M., 2009. Hibrit Kompozitlerin Darbe Davranışlarının İncelenmesi. Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 134s, Denizli.
21. Sierakowski, R.L., Nevil, G.E., Ross, A. Jones, E.R., 1971. Dynamic Compressive Strength and Failure of Steel Reinforced Epoxy Composites. Journal of Composite Materials, 5, 362-377.
22. Sierakowski, R.L. and Chaturvedi, S.K., 1997. Dynamic Loading and Characterization of Fiber-Reinforced Composites. New York, Wiley.
23. Uyaner, M., Kara, M., Ataberk, N., 2007. E Camı/Epoksi Tabakalı Kompozitlerin Düşük Hızlı Darbe Davranışına Numune Boyutlarının Etkisi. 8. Uluslararası Kırılma Konferansı Bildiriler Kitabı. 7-9 Kasım, İstanbul, 361-368.
24. Yıldızhan, İ., 2013. Hibrit Kompozit Malzemelerin Darbe Davranışı. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 83s, Isparta.