Farklı yüzey ve çekirdek malzemelerine sahip sandviç panel kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, otomotiv sektöründe taşıyıcı elemanlardan olan şasi malzemesinin mukavemet değerlerini yükseltirken ağırlığını düşürmek amacıyla şasi malzemesi olarak sandviç panel teknolojisinin kullanılabilirliği araştırmak amaçlanmıştır. Yüzey malzemeleri olarak; karbon elyaf ve cam elyaf takviyeli polyester kompozit ile alüminyum plaka kullanılırken, çekirdek malzemeleri olarak; alüminyum bal peteği, polipropilen (PP) bal peteği ve polietilen terafitalat (PET) sert köpük kullanılmıştır. Yüzey kompozit malzemeleri, cam ve karbon elyaf kumaşlarının katmanlı olarak polyester reçinesi ile ıslatılarak el yatırma ve basınçlı kalıplama metoduyla üretilmiştir. Sandviç plakaların soğuk preste 50 bar basınç altında 720 dk. boyunca kürünü tamamlaması sağlanmıştır. Sandviç kompozitler, yüzey ve çekirdek malzemelerinin epoksi bant ile birleştirilerek ve sıcak preste 90 °C’de 30 dk. ve 120 °C’de 60 dk. 3 bar basınç altında bekletilerek üretilmiştir. Üretilen sandviç panel kompozitlerden standartlara uygun olarak; eğilme, yüzey ve kenar doğrultusunda basma numuneleri alınıp eğilme ve basma deneylerine tabi tutulmuştur. Deney sonuçlarına göre, sandviç panellerde çekirdek malzemelerinin yüzey malzemelerine kıyasla panel mekanik özelliklerinde daha belirgin değişimler oluşturduğu belirlenmiştir. Çekirdek malzeme olarak eğilme dayanımı ve kenara basma dayanımı açısından PET çekirdek malzemesi, eğilmede elastikiyet ve yüzeye basma mukavemeti açısından alüminyum bal peteği en iyi sonuçları göstermiştir. Bununla birlikte, PP köpük malzemeleri ile üretilen sandviç paneller ise diğer çekirdek malzemelerden üretilenlere göre önemli oranda yüksek uzama oranı göstermiştir.

Keywords

• Sandviç paneller,Kompozit malzemeler,Bal peteği,Çekirdek malzemeler,Mekanik özellikler

The investigation of the mechanical properties of sandwich panel composites with different surface and core materials

Abstract

In this study, it was aimed to investigate the usability of sandwich panel technology as a frame material in order to decrease the weight of the frame material in the automotive sector while increasing the strength values of the chassis material. Carbon fiber, glass fiber polyester composites and aluminum plate were used as surface materials while aluminum honeycomb, polypropylene (PP) honeycomb and polyethylene terephthalate (PET) rigid foam were used as core materials. Surface composite materials are produced by wetting the glass and carbon fibre fabrics using polyester resins in layers by hand lay-up and compression method. It was provided that the plates completed their curation with a cold pressure at 50 bar for 720 minutes. The sandwich composites were produced by combining the surface and core materials with epoxy adhesive tape and holding under the hot pressure at 90 °C for 30 minutes and 120 °C for 60 minutes at 3 bar pressure. According to the standards of produced sandwich panel composites; bending, flatwise and edgewise in the direction of the compression samples were taken and subjected to bending and compression experiments. According to obtained experiment results; it was determined that core material is the more significant changes on the mechanical properties compared to surface materials. As a core material it was proven that Aluminum honeycomb core materials show the highest results in terms of bending and edgewise compression strength while PET core materials show highest results in terms of flexural stiffness and flatwise compression strength. However, it was seen that the panels with PP honeycomb core demonstrated considerably more elongation values than those of the other panels.

Keywords

• Sandwich panels,Composite materials,Honeycomb,Core materials,Mechanical properties

References

1. Sokolinsky VS, Shen H, Vaikhanski L and Nutt SR. “Experimental and analytical study of nonlinear bending response of sandwich beams”. Composite Structures, 60, 219-229, 2003.
2. Pan SD, Wu LZ, Sun YG et al. “Fracture test for double cantilever beam of honeycomb sandwich panels”. Materials Letters, 62, 523-526, 2008.
3. Vaziri A, Xue Z, Hutchinson JW. “Metal sandwich plates with polymeric foam-filled cores”. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 1(1), 95-128, 2006.
4. Qin QH and Wang TJ. “Low-vel°City impact response of fully clamped metal foam core sandwich beam incorporating l°Cal denting effect”. Composite Structures, 96, 346-356, 2013.
5. Xiong J, Ma L, Wu, L, Wang, B, & Vaziri, A. “Fabrication and crushing behavior of low density carbon fiber composite pyramidal truss structures”. Composite Structures, 92, 2695-2702, 2010.
6. Joo JH, Kang KJ, Kim T, Lu TJ “Forced convective heat transfer in all metallic wire-woven bulk Kagome sandwich panels”. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54, 5658-5662, 2011.
7. Xiong J, Vaziri A, Ghosh R, Hu H, Ma L, Wu L. “Compression behavior and energy absorption of carbon fiber reinforced composite sandwich panels made of three-dimensional honeycomb grid cores”. Extreme Machines Letters, 7, 114-120, 2016.
8. Niu MCY. Composite Airframe Structures. 1st ed. Hong Kong, Conmilit, 1992.

9. Quilter A. Composites in Aerospace Applications. Canada, ESDU International (An IHS White Paper), 2006.
10. Johnson CF, Rudd CD. Manufacturing Process Selection for Composite Components. Cambrige Press, 2000.
11. Gustin J, Joneson A, Mahinfalah M, Stone J. “Low vel City impact of combination Kevlar/fiber carbon sandwich composite”. Composite Structures, 69 (4), 396-406, 2005.
12. Newstead S, Watson L, Cameron M. “Vehicle Safety Ratings Estimated From Police Reported Crash Data: 2008 Update”. Monash University Accident Research Center Report, Melbourne, Australia, 280, 2008.
13. Forsberg J, Nilsson L. “Evaluation of response surface methodologies used in crash worthiness optimization”. International Journal of Impact Engineering, 32, 759-777, 2006.
14. Wang HP, Wu CT, Guo Y, Mark E, Botkin A. ‘’Coupled meshfree/finite element method for automotive crash worthiness simulations”. International Journal of Impact Engineering, 36(10-11), 1210-1222, 2009,
15. Sayılan A, Kaynan Ö, Yusifova A, Cebeci H, Yenigün EÖ. ‘’Design and Development of 3D Printed High Performance Textile Structures for Composites”. Tekstil ve Mühendis, 24(105), 13-17, 2017.
16. Kong CW, Nam GW, Jang YS, Yi YM. ‘’Experimental strength of composite sandwich panels with cores made of aluminum honeycomb and foam”. Advanced Composite Materials, 23(1), 43-52, 2014.
17. Salih N. Akour, Hussein Z. M. “Effect of core material stiffness on sandwich panel behavior beyond the yield limit”. Proceedings of the World Congress on Engineering, London, UK, 30 June-2 July, 2010
18. Linul E, Marşavina L. ‘’Assesment of sandwich beams with rigid polyurethane foam core using failure-mode maps”. ‘’The Publishing House of the Romanian Academy, Series A”. 16(4), 522-530, 2015.
19. Solmaz MY, Kaman MO, Turan K, Turgut A. ‘’Petek yapılı kompozit levhaların eğilme davranışlarının incelenmesi” Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(1), 1-11, 2010.
20. Doğan O, Büyükkaragöz A. “Çift cidarlı kompozit kirişlerin sonlu elemanlar yöntemiyle gerilme analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(1), 39-45, 2007.