ELYAF TAKVYEL KOMPOZT MALZEMELER NMKROMEKANK ESASLI KIRIM KISTASI

0

90

90 x

y z

UHUK-2008-074II. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 15-17 Ekim 2008, T, stanbul

EMRE FIRLARKAAN BLGEMELH PAPLA

90

0

Kompozitlerin kullanmnn zaman iinde geliimi...

3%757/767

11%777 50%

787

2

KompozitlerelikTitanyumAluminyumDier

Malzeme Tipi

1%747

Motivasyon & Ama

Elyaf takviyeli kompozit (ETK) malzemeler yksek zgn mukavemet

Malzeme zellikleri bakmndan ilerlemeler

retim teknolojilerinin geliimi, rn: otomatik elyaf/bant (prepreg) yatrma

Hesaplama/Tasarm aralarnn geliimi

3

Yapsal Tasarm/EniyilemeyeGenel Bak

Krm kstaslar

Hasar ilerlemesi

4

Kalclk/salamlk

Hasar ilerlemesi

Arlk ve maliyetindrlmesi

Motivasyon

Kompozit malzemelerin verimli ve en iyi ekilde yapsal tasarmlarda kullanlmas iin, elyaf takviyeli kompozit yaplara zel gelitirilen/nerilen krm kstas

Yaygn kullanm olan kstaslar sotropik malzemeler iin yaygnlam kstaslara benzetim

Makro gerinim veya gerilimler esasl Makro gerinim veya gerilimler esasl

Deneysel veriye gre oturtulmu yar-kuramsal/deneysel kstas denklem ve modellerinde randman kat dizinlerine baml

Krm modunu ayrmakta, arayz dikkate almakta yetersiz

Gncel bir yaklam: kat baznda zmlemelerden ziyade, elyaf, reine ve arayz iin birim hcre modeller mikromekanik zmlemeler.

5

Ama & Kapsam

Sonlu elemanlar yntemi esasl mikromekanik zmlemelerden elde edilen elyaf-matris arayzndeki gerilme dalmlarnn krm kstas olarak uygulanmas potansiyelini gstermek.

Kapsam ETK iin bileen malzemelerinin mekanik testleri, ETK iin bileen malzemelerinin mekanik testleri,

Test sonularndan mikromekanik modeller yardm ile son laminat mekanik ozelliklerini tahmini ve deneysel kyaslamas

Kare dizin birim hcre mikromekanik modeli

Modelden elde edilen gerilme ykseltici katsaylar

Laminatlarn cekme test krm sonularndan yararlanlarak, elyaflarn mukavemetinin geri hesab ve elyaf mukavemet testlerinde llm deer ile kyaslanmas.

6

Sunum erii

Motivasyon & Ama

YntemMikromekanik model

Mikro-gerilmelerin hesab

7

Mikro-gerilmelerin hesab

DeneyselMalzemeler ve retim

Testler ve Dorulama

Sonu

Yntem: Mikromekanik Model

Ska kullanlan 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

Yntem

Yn Birim Gerinme Koullar

1 (Boyuna) 0,1 132312332211 ======

1 3

1

2

3

1

2

3

2 (Enine, fibere dik)

3 (Ykseklik, fibere dik)

12 (dzlem- kesme)

23 (dzlem d-kesme)

13 (dzlem d -kesme)

0,1 132312331122 ======

0,1 132312221133 ======

0,1 132333221112 ======

0,1 131233221123 ======

0,1 231233221113 ======

2 13

12 2

39

Yntem: Mikro-gerilmelerin hesab

Ortalama Tepki Gerilmeleri lamina iin C matrisinin 1.

stunu

j noktasndaki Mikro Gerinmeler M

matrisinin 1. stunu

11

22

xxi

yyi

M

M

M

= = =

jj

Gerinme Ykseltici Katsaylar

33

44

5 5

6 6

1zzi

i

yzi

i xz

i xyjnoktas jnoktas

Muygulanan gerinme

M

M

M

= = =

= =

=

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

= = = = = = =

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

= = =

( ) ( )jj jM C M S =

Gerilme Ykseltici Katsaylar

Yntem: Mikro-gerilmelerin hesab

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

= = = = =

j noktasna has malzeme bileiminin elastik katsay matrisi

THE nin sneklik tensoru

j noktasndaki Mikro Gerilme vektr

Ortalama/Makro gerilme vektr

Yntem: Geri Hesaplama Adm

: ile laminat krm annda, katman iinde

1 1

12

fLe : 1 ile laminat krm annda, katman iinde

elyaf ynndeki makro gerilme.

fe : elyaf krm gerilmesi (elyaf zerindeki

max. elyaf mikro gerilme)

Vakum nfzyon Deney Dzenei

Deneysel:Malzeme ve retim

13

Kvrmsz elyaf takviye kuma/dokuma

Deneysel:Malzeme ve retim

14http://www.metyx.com/eng/multiaxial.htm

retilen Kompozit Laminatlar

Deneysel:Malzeme ve retim

15

ASTM D3039 Polimer matrisli kompozitlerin uzama zelliklerinin tayini

Fiber Dorultusu En (mm) Uzunluk (mm)

0 tek ynl 15 250

90 tek ynl 25 175

Dengeli ve simetrik 25 250

Sabanc niversitesi ndeki

Testler

ASTM D 638 Plastiklerin uzama zelliklerinin tayini

Cam Elyaf A.. nin elyaf ekme standard

Sabanc niversitesi ndekiZwick Z100UTM

Cam Elyaf A.. deki Zwick UTM 16

fe

Testler

17

Dorulama

Kullanlan Temsili Hacim Eleman vegerilim/gerinimlerin incelendii noktalar X- ynndeki gerilme art dalm

18

Dorulama

Geri Hesaplama Yntemi ile Elyaf Mukavemetinin Dorulanmas

( x ) =

11M11M

19

( x ) =

( x ) =

( x ) =

( x ) =

Yapsal Tasarm/EniyilemeyeGenel Bak

Mikro-gerilmeler

20

Krm kstaslarKalclk/salamlk

Hasar ilerlemesi

Arlk ve maliyetindrlmesi

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 notlar, Stanford Universitesi, 2006.

Teekkr...

TEMSA Ar-Ge

METYX

Cam Elyaf A..Cam Elyaf A..

22mpapila@sabanciuniv.edu

Sabanc Universitesi

Orhanl 34956 Tuzla

Istanbul

Phone: +90 (216) 483 9546

Fax: +90 (216) 483 9550