Yapay Deniz Suyu Ortamında Yaşlandırılan Kompozit Plakanın Düzlem içi Çekme ve Basma Davranışının Sonlu Elemanlar Metodu ile Nümerik Analizi

Yıl 2023, Cilt: 8 Sayı: 1, 17 - 26, 28.04.2023

Ersan Kırar , Murat Kısa , Mustafa Özen , Gökhan Demircan

https://doi.org/10.46578/humder.1148379

Öz

Günümüzde sıkça kullanılan kompozit malzemeler birçok bozucu etkilere sahip çevre şartları sebebiyle zamanla yaşlanmaya maruz kalır ve malzeme özelliklerinde kayıplar meydana gelir. Kompozit malzemelerin güvenli kullanımları için yaşlanma sonucu mekanik özelliklerinde meydana gelecek değişimlerin tespit edilmesi önem taşımaktadır. Bu nedenle yaşlandırmaya maruz kalan kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin tespiti için standartlara uygun testlerinin yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada vakum infüzyon yöntemiyle üretilen örgü S2 cam/epoksi kompozit plakaların yarısı 120 gün yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılmış diğer yarısı da yaşlandırılmamıştır. Yaşlandırma işlemi ağırlıkça % 3,5 tuz içerecek şekilde hazırlanan yapay deniz suyu içinde uygulanmıştır. Yaşlandırmaya maruz kalan kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin tespiti için standartlara uygun olarak çekme ve basma testleri yapılmıştır. Testler sonucunda elde edilen deneysel veriler kullanılarak bulunan parametreler ile yeni bir malzeme modeli oluşturulmuştur. Bu malzeme modeli kullanılarak, kompozit plakaların deneyde uygulanan sınır şartlarına uygun çekme-basma sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar analizi ile elde edilen sonuçlar, deneysel test sonuçları ile karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçlar arasında iyi bir uyum olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca ortaya konan basitleştirilmiş modelleme yöntemiyle, çevre şatlarına maruz kalan kompozitlerin hasar analizleri başarıyla yapılmıştır. Bunun sonucunda da pahalı ve zaman alan deneysel yöntemler yerine kullanılabilecek bir malzeme modeli elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kompozit malzeme, Mekanik özellik, Sonlu elemanlar analizi, Yaşlandırma

Destekleyen Kurum

Harran Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

Proje Numarası

19353

Teşekkür

Harran Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından 19353 proje nosuyla desteklenmiştir. HÜBAP biriminin 19353 numaralı projesi kapsamındaki desteği için teşekkür ederiz.

Kaynakça

• Referans 1: G. Demircan, M. Kısa, M. Özen, B. Aktaş, Surface-modified alumina nanoparticles-filled aramid fiber-reinforced epoxy nanocomposites: preparation and mechanical properties, Iranian Polymer Journal, 29(3) (2020) 253-264.
• Referans 2: M. Özen, G. Demircan, M. Kısa, A. Açıkgöz, G. Ceyhan, Y. Işıker, Thermal properties of surface-modified nano-Al2O3/kevlar fiber/epoxy composites, Materials Chemistry and Physics, 278 (2022) 125689.
• Referans 3: İ. Dursun, Cam Elyaf Takviyeli Polimerlerin Değişik Sıcaklıklarda Mekanik Davranışları, Yüksek Lisans Tezi, 2018.
• Referans 4: G. Demircan, M. Kısa, M. Özen, A. Açıkgöz, Quasi-Static Penetration Behavior of Glass-Fiber-Reinforced Epoxy Nanocomposites, Mechanics of Composite Materials, 57(4) (2021) 503-516.
• Referans 5: J. B. Bai, JJ. Xiong, RA. Shenoi, Q. Wang, A micromechanical model for predicting biaxial tensile moduli of plain weave fabric composites, 52-5 (2017) 333–343.
• Referans 6: M. L. Realff, M. C. Boyce, S. Backer, A Micromechanical Model of the Tensile Behavior of Woven Fabric, Textile Research Journal, 67-6 (1997) 459-464.
• Referans 7: J. Bai, J. Xiong, M. Liu, Z. Man, Analytical Solutions for Predicting Tensile and Shear Moduli of TriaxialWeave Fabric Composites, Acta Mechanica Solida Sinica, 29-1 (2016) 60-77.
• Referans 8: J. Bai, Z. Wang, A. Sobey, A. Shenoi, Micromechanical model for rapid prediction of plain weave fabric composite strengths under biaxial tension, Composite Structures, 255 (2021) 112888.
• Referans 9: D. Cai, J. Tang, G. Zhou, X. Wang, C. Li, V.Vadim, Silberschmidt, Failure analysis of plain woven glass/epoxy laminates: Comparison of off-axis and biaxial tension loadings, Polymer Testing, S0142-9418(2017)30261-1.
• Referans 10: G. Hivet, P. Boisse, Consistent mesoscopic mechanical behaviour model for woven composite reinforcements in biaxial tension, Composites: Part B, 39 (2008) 345–361.
• Referans 11: N.V. De Carvalho, S.T. Pinho, P. Robinson, Numerical modelling of woven composites: Biaxial loading, Composites: Part A, 43 (2012) 1326–1337.
• Referans 12: Z. Qiu, W. Chen, C. Gao, Y. Hub, Experimental and numerical study on nonlinear mechanical properties of laminated woven fabrics, Construction and Building Materials, 164 (2018) 672–681.
• Referans 13: N.K. Naik, S.I. Tiwari, R.S. Kumar, An analytical model for compressive strength of plain weave fabric composites, Composites Science and Technology, 63 (2003) 609–625.
• Referans 14: E. J. Barbero, J. Trovillion, J. A. Mayugo, K.K. Sikkil, Finite element modeling of plain weave fabrics from photomicrograph measurements, Composite Structures, 73 (2006) 41–52.
• Referans 15: A. Gasser, P. Boisse, S. Hanklar, Mechanical behaviour of dry fabric reinforcements 3D simulations versus biaxial tests, Computational Materials Science, 17 (2000) 7-20.
• Referans 16: S. Sridharan, Performance Evaluation of Two Progressive Damage Models for Composite Laminates under High Velocity Projectile Impact, Master of Science, 2017.
• Referans 17: K. A. Brown, Finite Element Modelling Of The Static and Dynamic Impact Behaviour of Thermoplastic Composite Sandwich Structres, Doctorat thesis, 2007.
• Referans 18: B. A. Gama, T. A. Bogetti, J. W. Gillespie, Progressive Damage Modeling of Plain-Weave Composites using LS-Dyna Composite Damage Model MAT162, 7th European Ls-DYNA Conference, Salzburg (Austria), 2009.
• Referans 19: P. Ghabezi, N. Harrison, Mechanical Behavior and long-term life prediction of carbon/epoxy and glass/epoxy composite laminates under artifical seawater environment, Materials Letters, 261 (2020) 127091.
• Referans 20: H. Lİ, K. Zhang, X. Fan, H. Cheng, G. Xu, H. Suo, Effect of seawater ageing with different temperatures and concentrations on static/dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced polymer composites, Composites Part B, 173 (2019) 106910.