elyaf takv İyel İ kompoz İt alzemeler İÇİn...
TRANSCRIPT
![Page 1: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/1.jpg)
ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELER İÇİNMİKROMEKANİK ESASLI KIRIM KISTASI
0º
90º
90º x
y z
θ
UHUK-2008-074II. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 15-17 Ekim 2008, İTÜ, İstanbul
EMRE FIRLAR
KAAN BİLGE
MELİH PAPİLA
90º
0º
θ
![Page 2: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/2.jpg)
Kompozitlerin kullanımının zaman içinde gelişimi...
3%757/767
11%777 50%
787
2
KompozitlerÇelikTitanyumAluminyumDiğer
Malzeme Tipi
1%747
![Page 3: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/3.jpg)
Motivasyon & Amaç
� Elyaf takviyeli kompozit (ETK) malzemeler ���� yüksek özgün mukavemet
� Malzeme özellikleri bakımından ilerlemeler
� Üretim teknolojilerinin gelişimi, örn: otomatik elyaf/bant (“prepreg”) yatırma
� Hesaplama/Tasarım araçlarının gelişimi
3
![Page 4: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/4.jpg)
Yapısal Tasarım/EniyilemeyeGenel Bakış
Kırım kıstasları
Hasar ilerlemesi
4
Kalıcılık/sağlamlık
Hasar ilerlemesi
Ağırlık ve maliyetindüşürülmesi
![Page 5: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/5.jpg)
Motivasyon
� Kompozit malzemelerin verimli ve en iyi şekilde yapısal tasarımlarda kullanılması için, elyaf takviyeli kompozit yapılara özel geliştirilen/önerilen kırım kıstası
� Yaygın kullanımı olan kıstaslar� İsotropik malzemeler için yaygınlaşmış kıstaslara benzetim
� Makro gerinim veya gerilimler esaslı� Makro gerinim veya gerilimler esaslı
� Deneysel veriye göre oturtulmuş yarı-kuramsal/deneysel kıstas denklem ve modellerinde randıman kat dizinlerine bağımlı
� Kırım modunu ayırmakta, arayüzü dikkate almakta yetersiz
� Güncel bir yaklaşım: kat bazında çözümlemelerden ziyade, elyaf, reçine ve arayüz için birim hücre modeller ����mikromekanik çözümlemeler.
5
![Page 6: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/6.jpg)
Amaç & Kapsam
� Sonlu elemanlar yöntemi esaslı mikromekanik çözümlemelerden elde edilen elyaf-matris arayüzündeki gerilme dağılımlarının kırım kıstası olarak uygulanması potansiyelini göstermek.
� Kapsam � ETK için bileşen malzemelerinin mekanik testleri, � ETK için bileşen malzemelerinin mekanik testleri,
� Test sonuçlarından mikromekanik modeller yardımı ile son laminat mekanik ozelliklerini tahmini ve deneysel kıyaslaması
� Kare dizin birim hücre mikromekanik modeli
� Modelden elde edilen gerilme yükseltici katsayıları
� Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların mukavemetinin geri hesabı ve elyaf mukavemet testlerinde ölçülmüş değer ile kıyaslanması.
6
![Page 7: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/7.jpg)
Sunum İçeriği
�Motivasyon & Amaç
�Yöntem�Mikromekanik model
�Mikro-gerilmelerin hesabı
7
�Mikro-gerilmelerin hesabı
�Deneysel�Malzemeler ve Üretim
�Testler ve Doğrulama
�Sonuç
![Page 8: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/8.jpg)
Yöntem: Mikromekanik Model
Sıkça kullanılan Temsili
Hacim Eleman (THE) ve dizinleri
Lokal katman seviyesi (1-2) ve global laminatLokal katman seviyesi (1-2) ve global laminat
seviyesi (x-y) koordinat sistemleri
1
23
8
![Page 9: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/9.jpg)
Yöntem
Yön Birim Gerinme Koşulları
1 (Boyuna) 0,1 132312332211 ====== γγγεεε
1 3
1
2
3
1
2
3
2 (Enine, fibere dik)
3 (Yükseklik, fibere dik)
12 (düzlem- kesme)
23 (düzlem dışı-kesme)
13 (düzlem dışı -kesme)
0,1 132312331122 ====== γγγεεε
0,1 132312221133 ====== γγγεεε
0,1 132333221112 ====== γγεεεγ
0,1 131233221123 ====== γγεεεγ
0,1 231233221113 ====== γγεεεγ
2 13
12 2
39
![Page 10: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/10.jpg)
Yöntem: Mikro-gerilmelerin hesabı
Ortalama Tepki Gerilmeleri � lamina için C matrisinin 1.
sütunu
j noktasındaki Mikro Gerinmeler � Mε
matrisinin 1. sütunu
11
22
xxi
yyi
M
M
M
ε
ε
ε ε
ε ε
ε ε
= = =
jj
Gerinme Yükseltici Katsayıları
33
44
5 5
6 6
1zzi
i
yzi
i xz
i xyjnoktası jnoktası
Muygulanan gerinme
M
M
M
ε
ε
ε
ε
ε εε
ε ε
ε ε
ε ε
= = ⇒ =
= =
=
11
22 21 22 23 24
33 31 32 33 34
4 41 42 43 44 4
55 565 5
65 666 6
1 0 0 0 0 0
0 0
0 0
0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
xx
yy
zz
yz
xz
xy jj
M M M M
M M M M
M M M M
M M
M M
ε ε ε ε
ε ε ε ε
ε ε ε ε
ε ε
ε ε
εε ε
ε ε ε
ε ε ε
ε ε ε
ε ε ε
ε ε ε
= = = = = = =
![Page 11: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/11.jpg)
j
11 11 12 13 14
22 21 22 23 24
0 0
0 0
xx
yy
M M M M
M M M M
σ σ σ σ
σ σ σ σ
σσ σ
σ σ σ
σ σ
= = =
( ) ( )jj jM C M Sσ ε=
Gerilme Yükseltici Katsayıları
Yöntem: Mikro-gerilmelerin hesabı
11
33 31 32 33 34
4 41 42 43 44 4
55 565 5
65 666 6
0 0
0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
zz
yz
xz
xy jj
M M M M
M M M M
M M
M M
σ σ σ σ
σ σ σ σ
σ σ
σ σ
σ σ σ
σ σ σ
σ σ σ
σ σ σ
= = = = =
j noktasına has malzeme bileşiminin elastik katsayı matrisi
THE nin süneklik tensoru
j noktasındaki Mikro Gerilme vektörü
Ortalama/Makro gerilme vektörü
![Page 12: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/12.jpg)
Yöntem: Geri Hesaplama Adımı
σ : σ ile laminat kırım anında, katman içinde
σ1 σ1
12
σfLe : σ1 ile laminat kırım anında, katman içinde
elyaf yönündeki makro gerilme.
σfe : elyaf kırım gerilmesi (elyaf üzerindeki
max. elyaf mikro gerilme)
![Page 13: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/13.jpg)
Vakum İnfüzyon Deney Düzeneği
Deneysel:Malzeme ve Üretim
13
![Page 14: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/14.jpg)
Kıvrımsız elyaf takviye kumaş/dokuma
Deneysel:Malzeme ve Üretim
14http://www.metyx.com/eng/multiaxial.htm
![Page 15: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/15.jpg)
Üretilen Kompozit Laminatlar
Deneysel:Malzeme ve Üretim
15
![Page 16: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/16.jpg)
ASTM D3039 Polimer matrisli kompozitlerin uzama özelliklerinin tayini
Fiber Doğrultusu En (mm) Uzunluk (mm)
0 tek yönlü 15 250
90 tek yönlü 25 175
Dengeli ve simetrik 25 250
Sabancı Üniversitesi’ ndeki
Testler
ASTM D 638 Plastiklerin uzama özelliklerinin tayini
Cam Elyaf A.Ş. nin elyaf çekme standardı
Sabancı Üniversitesi’ ndekiZwick Z100UTM
Cam Elyaf A.Ş.’ deki Zwick UTM 16
![Page 17: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/17.jpg)
σfe
Testler
17
![Page 18: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/18.jpg)
Doğrulama
Kullanılan Temsili Hacim Elemanı vegerilim/gerinimlerin incelendiği noktalar X- yönündeki gerilme artışı dağılımı
18
![Page 19: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/19.jpg)
Doğrulama
Geri Hesaplama Yöntemi ile Elyaf Mukavemetinin Doğrulanması
( x ) =
11Mσ
11Mσ
19
( x ) =
( x ) =
( x ) =
( x ) =
![Page 20: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/20.jpg)
Yapısal Tasarım/EniyilemeyeGenel Bakış
Mikro-gerilmeler
20
Kırım kıstaslarıKalıcılık/sağlamlık
Hasar ilerlemesi
Ağırlık ve maliyetindüşürülmesi
![Page 21: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/21.jpg)
Referanslar
- Cai, H., Miyano, Y., Nakada, M. ve Ha, S. K., Long-term Fatigue Strength
Prediction of CFRP Structure Based on Micromechanics of Failure, Journal of Composite Materials, Cilt. 42, s. 825-844, 2008.
- K-K. Jin, Y. Huang, Y-H. Lee and S. K. Ha, Distribution of Micro Stresses and Interfacial Tractions in Unidirectional Composites, Journal of Composite Materials, 2008
21
- Barbero, E. J., Finite Element Analysis of Composite Materials, CRC Press, 2007
- Tay, T.E., Tan, S.H.N., Tan, V.B.C. ve Gosse, J.H., Damage Progression by the
Element-Failure Method(EFM) and Strain Invariant Failure Theory (SIFT), Composite Science and Technology, Cilt 65, s. 935-944, 2004
- “Composites Design Tutorial 1” notları, Stanford Universitesi, 2006.
![Page 22: ELYAF TAKV İYEL İ KOMPOZ İT ALZEMELER İÇİN …people.sabanciuniv.edu/~mpapila/UHUK_MMF_papila_2008.pdf · Laminatların cekme test kırım sonuçlarından yararlanılarak, elyafların](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102803/5a78cafc7f8b9aa17b8c9cb9/html5/thumbnails/22.jpg)
Teşekkür...
TEMSA Ar-Ge
METYX
Cam Elyaf A.Ş.Cam Elyaf A.Ş.
Sabancı Universitesi
Orhanlı 34956 Tuzla
Istanbul
Phone: +90 (216) 483 9546
Fax: +90 (216) 483 9550