Ultrasonik Yöntemle Ve Mekanik Deneylerle Belirlenen Malzeme Sabitlerinin Karşılaştırılması

Abstract

Bu araştırma, E-cam/epoksi ve Karbon/epoksiden oluşan ortotropik kompozit malzemelerde ultrasonik yöntem ve çekme testi deneyi ile ölçülen Young modülleri ve Poisson oranlarının karşılaştırılması amacıyla yapılmıştır. E-cam/epoksi ve Karbon/epoksi kompozit malzemelerin bilgileri bir firmaya verilmiş, kompozit malzemeler bu firmaya standartlara uygun olarak ürettirilmiştir. Ultrasonik hız ölçümleri için 5800PR ultrasonic pulse generator-receiver device ve GW Instek GDS-2062 model 60 MHz dijital oscilloscope kullanılmıştır. Çekme testi deneyi için Instron 3520 cihazı kullanılmıştır. Ultrasonik yöntemle ve çekme testi deneyi ile elde edilen sonuçlara göre en yakın oran %92 ile Karbon/epoksi kompozit malzemenin E2 Young modülü değeri olmuştur. Yine bir diğer en yakın oran %88 ile E-cam/epoksi kompozitin E1 Young modülü değeri olmuştur. E-cam/epoksi kompozitin Poisson değeri ise %72 oranında benzer bulunmuştur. Çekme testi yöntemi tahribatlı bir yöntem, ultrasonik yöntem ise tahribatsız bir yöntemdir. Araştırmada bu iki yöntem ile elde edilen Young modülü ve Poisson oranı değerleri birbiriyle uyuşmaktadır. Çekme testi yöntemi ultrasonik yönteme göre daha zor ve titizlik gerektiren çalışmalar içermektedir. Çekme testi deneyi sonunda plakalar oldukça zarar görebilmektedir. Bu sonuçlar göz önüne alındığında ultrasonik yöntemin tahribatlı yöntem olan çekme testi deneyine göre daha avantajlı ve ucuz bir yöntem olduğu söylenebilir.

Keywords

• kompozit malzemeler
• poisson oranı
• young modülü
• ultrasonik yöntem
• çekme deneyi

Comparison of material constants determined by ultrasonic method and mechanical experiments

Abstract

This research was carried out to compare Young's modulus and Poisson's ratios measured by ultrasonic method and tensile test experiment in orthotropic composite materials consisting of E-glass/epoxy and Carbon/epoxy. Information about E-glass/epoxy and Carbon/epoxy composite materials has been given to a company.We got the company produced the composite materials in accordance with standards. 5800PR ultrasonic pulse generator-receiver device and GW Instek GDS-2062 model 60 MHz digital oscilloscope were used for ultrasonic velocity measurements. Instron 3520 device was used for the tensile test. According to the results obtained by ultrasonic method and tensile test, the closest ratio was E2 Young's modulus of Carbon/epoxy composite material with 92%. Yet another closest ratio was the E1 Young's modulus value of the E-glass/epoxy composite with 88%. The Poisson value of the E-glass/epoxy composite was found to be similar at a rate of 72%. The tensile test method is a destructive method, while the ultrasonic method is a non-destructive method. In the study, Young's modulus and Poisson's ratio values obtained with these two methods agree with each other. The tensile test method involves more difficult and meticulous work than the ultrasonic method. At the end of the tensile test, the plates can be quite damaged. Considering these results, it can be said that the ultrasonic method is a more advantageous and cheaper method than the tensile test, which is the destructive method.

Keywords

• Composite materials
• Poisson ratio
• Young
• Ultrasonic method
• Tensile test

References

1. Abi E (2007). Yapı Seramiklerinde Ultrases Geçim Hızı ile Malzeme Parametreleri İlişkisinin İncelenmesi.
2. Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon Kocatepe Üniversitesi Afyonkarahisar.
3. Adamowski JC, Andrade MA, Perez N and Buiochi F (2008). A large aperture ultrasonic receiver for through transmission determination of elastic constants of composite materials. International Ultrasonics Symposium Proceedings. 02-05 November. New York: IEEE Press, 1524-1527.
4. AL-Qrimli HF, Mahdi FA and Ismail FB (2015). Carbon/epoxy woven composite experimental and numerical simulation to predict tensile performance. Advances in Materials Science, 4(2), 33-41.
5. Ataş E (2000). TM Al-SiC Kompozitlerin Mikroyapı Özelliklerinin Ultrasonik Tekniklerle Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
6. Berke M and Hoppenkamps U (1992). Practical training with digital ultrasonic instruments. Krautkrämer Training System, Part 4, 3rd Edition.
7. Beköz N (2006). Ultrasonik Yöntemde Kaynak Hatalarının Optimum Test Parametrelerinin Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
8. Deniz A (2005). Alümina Seramiklerinde Tanecik Boyutunun Ultrases ile Belirlenmes. Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon.

9. Güleç Ş (1980). Malzeme Ders Notları. İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi.
10. Güzel H (1996). Transduser Tasarımı ve Sıvı Gıdalarda Ultrasonik Hız Ölçümleri. Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
11. Güzel H, Oral İ and İşler H (2019). Measurement of the elastic properties of orthotropic materials by ultrasonic method. Science and Mathematics Research Papers, Chapter 4, Gece kitaplığı.
12. Güzel H, Karabulut M, and Oral İ (2020). Determining Elastic Coefficients of Composite Materials by Mechanical Methods. Multidisciplinary Studies on Recent Advances in Science and Engineering −Experimental and Theoretical Chapter 2, İksad Yayınevi.
13. Grimberg R, Savin A, Steigman R, Bruna A, Barsnesco PD and Salavastru DP (2010). Determination of CFRP’s mechanical properties using ultrasound methods. 5th International Workshop NDT in Progress, 2009 October 12-14, Prague: CD-ROM.
14. İşçi C (1978). Hekzagonal Kristallerin Esneklik Özellikleri. Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Dergisi, Seri-A, 2 (3), 279-299.
15. İşler H (2015). Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerin Esneklik Katsayılarının Ultrasonik Ölçümü, Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Konya.
16. Jones RM (1998). Mechanics of Composite Materials (2nd Edition). Philadelphia: Taylor & Francis, Inc. Karabulut M (2019). Ultrasonik Yöntemle Belirlenen Malzeme Sabitlerinin Mekanik Deneylerle Doğrulanması, Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Konya.
17. Kaya D ve Kılınç S (2008). Kompozit Malzemelerin Kayma Testi İçin Aparat Tasarımı, İmalatı Ve Kayma Gerilmesi Analizi, Bitirme Projesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, İzmir.
18. Kökdemir E (2007). Alaşımsız Yapı Çeliği Levhalarında Kaynak Dikişlerinin Ultrasonik Muayenesi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
19. Lee SC and Suen JM (1990). Ultrasonic nondestructive Evaluation of matrix structures and nodularity in cast ırons, Metallurgical Transaction A, 20, 2399- 2407.
20. Mallick PK (1993). Fiber Reinforced Composites Materials, Manufacturing, and Design (Second Edition). New York: Marcel Dekker Incorporated.
21. Mistou S, Karama M, Guerjouma REL, Ducret D, Faye JP and Lorrain B (1999). Comparative study on the determination of the elastic properties of composite materials by tensile tests and ultrasound measurement.
22. International Committee on Composite Materials-12, July 05-09, Paris: CD-ROM.
23. Okkay H (2007). Selülozik Atıkların Ultrasonik Ön İşlenmesi ve Mikrodalga Reaktörde Hidrolizi, Doctoral dissertation, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mühendislik Ve Fen Bilimleri Enstitüsü, Gebze.
24. Oral İ (2011). Çeşitli Polifonksiyonel Gruplu Modifiye Polistirenler ile Epoksi Reçinelerin Sentezi ve Bunlardaki Ultrases Hızlarının Ölçülmesi, Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
25. Savaşkan T (1999). Malzeme Bilgisi ve Muayenesi. Derya Kitabevi, Trabzon.
26. Song JH (2015). Pairing effect and tensile properties of laminated high-performance hybrid composites prepared using carbon/glass and carbon/aramid fibers. Composites Part B: Engineering, 79, 61-66.
27. Tatar A (2011). Tabakalı Ortotropik Silindirik Bir Kabuk ile Dikdörtgen Bir Plakanın Birlikte Titreşim Analizi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
28. Tuncel, S. (1987). Ultrasonik Muayene Transduserleri Proje Sonuç Raporu. Marmara Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Enstitüsü Malzeme Araştırma Bölümü. Gebze.
29. Wrobel G and Pawlak S (2006). Ultrasonic evaluation of the fiber content in glass/epoxy composites. Journal Of Achievements In Materials And Manufacturing Engineering. 18, 1-2.
30. Yılmaz M ve Altıntaş S (1997). Al-sicp kompozitinin ısıl çevrim koşulu altında davranışının teorik ve deneysel incelenmesi. 9. Uluslararası Metalürji ve Malzeme Kongresi. 721-726. İstanbul.