TABAKALI KOMPOZT ÇUBUKLARDA YANAL YÜK ETKS LE OLUSAN BURKULMA DAVRANISI ÜZERNE DENEYSEL ÇALISMA

7/30/2019 TABAKALI KOMPOZ T UBUKLARDA YANAL YK ETK S LE OLUSAN BURKULMA DAVRANISI ZER NE DENEYSEL ALISMA

1/81

T.C.DOKUZ EYLL NVERSTES

MHENDSLK FAKLTESMAKNA MHENDSL BLM

TABAKALI KOMPOZT UBUKLARDA

YANAL YK ETKSLE OLUAN

BURKULMA DAVRANII ZERNE

DENEYSEL ALIMA

BTRME PROJES

Can ANAKK

Projeyi YnetenDo. Dr. Memet ZOR

Ocak, 2009ZMR


2/81

2

TEZ SINAV SONU FORMU

Bu alma / / . gn toplanan jrimiz tarafndan BTRME PROJES olarak

kabul edilmitir.

Yaryl ii baar notu 100 (yz) tam not zerinden ( .. ) dir.

Bakan ye ye

Makine Mhendislii Blm Bakanlna,

.. numaral jrimiz tarafndan / / . gn saat

da yaplan snavda 100 (yz) tam not zerinden . almtr.

Bakan ye ye

ONAY


3/81

3

TEEKKR

Tabakal kompozit ubuklarda yanal yk etkisi ile oluan burkulma davran zerine

deneysel alma konusunda bize rehberlik eden, her konuda desteini esirgemeyen ve

ANSYS v9.0 programnn kullanlmas konusunda yardm salayan Do. Dr. Memet ZOR ve

Ar. Gr. Yusuf ARMAN a teekkr bir bor bilirim.

Can ANAKK


4/81

4

ZET

Bu almada endstride geni kullanm alan olan kompozit malzemelerin deneysel

almas yaplacaktr.

almann ilk blmnde kompozit malzemelerin tarihsel geliimine, genel olarak

kompozit malzemelere ve asl konumuz olan cam elyaflara ve retimlerine deinilmitir.

kinci blmde, kompozit malzemelerin makromekanik davranlarna ve yanal

burkulma hesabna deinilmitir.

nc blmde, kompozit malzemelerin kullanm alanlarna deinilmitir.

Drdnc blmde, Ansys analiz program ile yanal burkulma kritik yknn

bulunuu aama aama aklanmtr.

Dier blmlerde ise, Ansys analiz programnda elde edilen deerler ile deneysel

olarak yaplan almada bulunan deerler karlatrlmtr.


5/81

5

NDEKLER

Sayfa

indekiler...5

ekil Listesi. ...8

Tablo Listesi... ....8

Birinci Blm

GR

1.1 Kompozit Malzemelerin Tarihsel Geliimi 11

1.2 Genel Olarak Kompozit Malzemeler ve Tanmlar ..14

1.3 Cam Elyaf Malzemesinin ncelenmesi 17

1.3.1 Cam Elyaf Takviye malzemeleri .18

1.3.1.1 Fitil ..191.3.1.2 Cam elyaf iplik 19

1.3.1.3 Kumalar ..20

1.3.1.3.1 Dokunmu Fitiller .20

1.3.1.3.2 Dokunmu Cam Kuma 21

1.3.1.3.3 Dikilmi Kumalar 21

1.3.1.3.4 Tek ynl Fitil kumalar ...21

1.3.1.3.5 Devaml demetli kee ...22

1.3.1.3.6 Krplm Demetten Keeler .....221.3.1.4 Krplm demetler 23

1.3.1.5 tlm Lifler ..23

1.3.2 Cam Elyafta bulunan cam tipleri ..24

1.3.3 Takviye amal dier malzemeler 25

1.3.3.1 ARAMD ELYAFI...25

1.3.3.2 BOR ELYAFI...26

1.3.3.3 KARBON/GRAFT LFLER..26

1.3.3.4 DER ORGANK LFLER27


6/81

6

1.3.3.5 EKZOTK TAKVYELER27

1.3.3.6 TAKVYE TRLERNN KARILATIRMASI...28

1.3.4 Cam Elyaflarn retimi 30

1.3.4.1 Mekanik Lif ekme Yntemi301.3.4.2 Pnmatik Lif ekme Yntemi ..31

kinci Blm

KOMPOZTLERN MEKANK DAVRANILARI

VE FORMULASYONLAR

2.1 Kompozitlerin Makromekanik Davran.34

2.2 Yanal burkulma yknn teorik hesab ...40

nc Blm

KOMPOZT KULLANIM ALANLARI

3.1 Kompozit Malzemelerin Kullanm Alanlar ....45

3.2 Kullanm Alanlarna Baz rnekler .46

3.2.1 Havaclk Sanayi...46

3.2.2 Otomotiv Sanayi....50

3.2.3 naat Sektr....50

3.2.4 Denizcilik Sanayi..50

3.2.5 Spor Aralar.51

Drdnc Blm

ANSYS LE PROBLEMN

TANIMLANMASI VE ZMLENMES

4.1 ANALZ TPNN BELRLENMES.52

4.2- MALZEME ZELLKLERNN BELRLENMES ...53

4.3 MODELN OLUTURULMASI...57


7/81

7

4.4 MODELN ELEMANLARA AYRILMASI ..58

4.5 SINIR ARTLARI VE YKLERN TANIMLANMASI ..65

4.6- ZM .....67

4.7- SONULARIN OKUNMASI70

Beinci Blm

DENEY HAKKINDA GENEL BLG

VE SONULARIN OKUNMASI

5.1 Plakalarn boyutlar ve mekanik zellikleri ...72

5.2 Deneyin Yapl ve Sonular..72

5.3 Sonularn Yorumlanmas...80.


8/81

8

TABLO LSTES

Tablo 1.1 Matris, Takviye Eleman ve Kompozit Malzeme Yap Tipleri...16

Tablo 1.2 Cam elyafta kullanlan cam tipleri ...25

Tablo 1.3 Balca cam elyaf cinslerinin kompozisyonlar (% olarak) .25

Tablo 1.4 Kompozit takviye trlerinin karlatrlmas ...28

Tablo 3.1 Kompozit kullanm ..45

Tablo 5.1 Mekanik zellikler .72

Tablo 5.2 Sonular .79

EKL LSTES

ekil 1.1 Malzemelerin Tarihsel Geliimi..12

ekil 1.2 Fitil retim eitleri ....19

ekil 1.3 Cam Elyaf iplik ..20

ekil 1.4 Dokunmu fitiller ...20

ekil 1.5 Dokunmu cam kuma ...21

ekil 1.6 Dikilmi kumalar ..21

ekil 1.7 Tek ynl fitil kuma eitleri ...22

ekil 1.8 Devaml demetli kee 22

ekil 1.9 Krplm demetten keeler ...23

ekil 1.10 Krplm demetler ...23

ekil 1.11 tlm lifler ...24

ekil 1.12 Mekanik lif ekme yntemi ..31

ekil 1.13 Pnmatik Lif ekme Yntemi .31

ekil 1.14 Birinci aama ilem .....32

ekil 1.15 kinci ve nc aama ilemler ..33

ekil 2.1 Eksenlerin akmamas durumu 35

ekil 2.2 Serbest ucundan dey tekil yke maruz braklan ankastre kompozit kiri ..41

ekil 3.1 Uaklarda kompozit kullanm dalm ..46


9/81

9

ekil 3.2 F-15 Ua 47

ekil 3.3 Mirage 2000 uanda kompozit malzeme kullanlan yerler 47

ekil 3.4 Eurofighter uanda kompozit kullanm 48

ekil 3.5 Airbus A380 ..49ekil 3.6 Helikopterlerde kompozit kullanm .49

ekil 3.7 Karbon fiber kompozit gvdeye sahip solar tekne modeli 51

ekil 3.8 Spor aletlerde kompozit kullanm .51

ekil 4.1 Analiz Tipinin Belirlenmesi .53

ekil 4.2 Eleman Tipinin Belirlenmesi ...54

ekil 4.3 Numara Atanmas .54

ekil 4.4 Tabaka Saysnn Belirlenmesi ..55

ekil 4.5 Tabaka Kalnl ve Tabaka Alarnn Belirlenmesi ...55

ekil 4.6 Ortotropik Malzeme Seimi ..56

ekil 4.7 Mekanik zelliklerin Girilmesi .56

ekil 4.8 Modelin Oluturulmas ..57

ekil 4.9 Model zerinde delik oluturulmas ...57

ekil 4.10 Dairenin evresinin divide komutuna hazrlanm hali 59

ekil 4.11 Divide komutu sonras grn 60

ekil 4.12 Extrude penceresi ..61

ekil 4.13 Elemanlara Ayrma Penceresi ...62

ekil 4.14 izgilerin teker teker seilmi hali 63

ekil 4.15 Blmleme Penceresi 63

ekil 4.16 Tm izgilerin blmlenmi halinin grn .64

ekil 4.17 Elemanlara ayrma sonucundaki grn .65

ekil 4.18 Snr art Penceresi ..66

ekil 4.19 Yklerin Tanmland Pencere 66

ekil 4.20 Eigenvalue zm altrmak iin prestress effects aktf hale getirilmesi 67

ekil 4.21 Burkulma analizinin zelletirilmesi 68

ekil 4.22 Matris zc olarak Block Lanczos metodunun girilmesi ..69

ekil 4.23 Burkulma zm analizini geniletilmesi .....70

ekil 5.1 Deney iin kullanlan plakalar ...71

ekil 5.2 Plaka grn 72

ekil 5.3 Deney cihaz 73

ekil 5.4 Deney aparatnn balan .73

ekil 5.5 a = 40 mm iin deney sonular .74


10/81

10

ekil 5.6 a = 80 mm iin deney sonular 74

ekil 5.7 a = 100 mm iin deney sonular ..75

ekil 5.8 a=120 mm iin deney sonular .75

ekil 5.9 a=160 mm iin deney sonular .76ekil 5.10 2 delikli iin deney sonular ...76

ekil 5.11 3 delikli iin deney sonular 77

ekil 5.12 Burkulma davran ...77

ekil 5.13 Burkulma davran ...78

ekil 5.14 Ansys programnda burkulma davran ...78

ekil 5.15 Sonularn karlatrlmas ..79


11/81

11

BRNC BLMGR

1.1 Kompozit Malzemelerin Tarihsel Geliimi :

Malzeme kullanm insanlkla beraber balamtr. lk devirlerde bugnk gibi doadaki

direkt elde edilebilecek malzemeler kullanlabiliyordu. lk zamanlar, en basit malzeme

akmak ta ve tahta kullanlmtr. Hemen sonralar amur-saman kartrlp tula olarak

kullanlmaya balanlmtr. M.. 2000 yllarnda bu durum ok iyiydi; nk, kesici alet

olarak akmak ta ve sap yap malzemesi olarak da en iyi tahta ve pimi toprak vard.

Metaller bilinmiyor, bilinse bile hammaddeden saflatrp kullanlamyordu. amur iindegmlm saman kurutularak ok iyi bir karma malzeme olabilmektedir veya ok yay

yaplrken st ste konulan, zellikleri ve lif ynleri farkl aa levhalar karma bir plaka

olutururlard. Sonralar kat olarak da papirus kullanlmaya balanmtr.

Tarihi neme, (ilk olarak) metallerde altn ile girmilerdir. nk ilk alarda altn

Kolay ilenebilir olduu iin ilk kullanlan metal olmutur. Belki de altnn asaleti

buradan gelmektedir. lemeciliiyle beraber, bakr bronz sonrada demir kullanlmaya

balanmtr. Demiri ilemeyi baaran insanolu artk malzeme bakmndan geliimihzlandrmaya balamtr.

Bu devirlerde yap malzemeleri ve bugne kadar kullanlabilen malzemelerin nemi de

ok byktr. yle ki; Msr Piramitleri ve tapnaklar tatan yaplmlar, bu sebepten o

zamandan beri ayakta kalmlardr. Oysa, en az bunlar kadar grkemli olan Babil Kulesi gibi

Mezopotamya Antlar, ok daha dirensiz bir malzeme olan tuladan yaplm

olduklarndan hemen hemen tamamen yok olmulardr.


12/81

12

lk alara kadar bu klasik malzemeler kullanlmtr. Farkl olarak, ilk denizcilerin

bulduu tahmin edilen camda bu malzemelere eklenmitir. Tabii ki, ilk aamada mhendislik

malzemesi olarak bu kadar yaygn kullanlamamtr. Ancak ev eyalar vb.lerinin yapmnda

kullanlmtr. Bu devirlerden balayp bugn bile kullanlan en nemli malzeme ise demirolmutur. Demirin kullanm ilk devirlerde ok stnlk salamtr. rnein, demirin

ilenmesini bilen Hititler henz demiri tam manasyla renemeyen bir ok devlete kar

uzun sre efsanevi stnlk kurmutur.

srailliler amur ve samanla tula yaparak, ortaada askerler kllarn

salamlatrarak, Msrllar kontrpla yaparak vb., gnmze dein nemi gittike artan

kompozit malzemeyi o zamanlardan kullanmaya balamlardr.

lkadan itibaren, metal yapm, ilenmesi, saflatrlmas, dkm vb. gelitirilmeye

baland. Artk gnmze kadar 1. malzeme snf metaller oldu. Seramikler ve karma

malzemeler 2. aamaya kald. Geri bu metallerde karma metaller olarak kompozit snfna

bir adan girmektedir. Seramik olarak bu devirlerde en nemli kesit, imentonun yap

malzemesi olarak kullanlmasdr. M.S. 1000 yllarnda gelien imentoyla dkme demir,

ayn zamanda da imali rastgelmektedir. ekil 1.1' den grld zere tula-kat-samandan

baka gerek anlamda kompozit malzeme gelitirilmemitir. Zaten ihtiyata pek yoktur.

ekil 1.1 Malzemelerin Tarihsel Geliimi


13/81

13

XX. yzyla gelindiinde, o ana kadar metallerden elikler, alamlar, yaptrclar,

lastikler, bakalitler polimer olarak seramiklerden Portland imentosu, sl refrakterleri vb.

gelitirilmitir. Buraya kadar anlalmaktadr ki ilk ada XX. Yzyl bana kadar kompozitmalzemelerde fazla bir artma olmamtr. Gelitirilen kompozitler pahal olduu iin o gne

kadar daima daha ucuz, daha gvenli, daha mukavim vb. malzemeler yaplabilmitir.

Havacln I. Dnya Sava sonras ve devrim olarak II. Dnya Sava sonrasnda hzla

gelimesiyle havaclkta malzemeye olan ihtiyacn tr deimeye balad.

Kompozitler nce uak, sonra uzay yaplarnda kullanlmaya baland. Dizayn olarak

olduka yksek bir yapsal verim mukavemet/arlk orannn ok yksek olmasnn

istenmesi klasik malzemelerde yetersiz bir verim elde edildi. Dolaysyla kompozit

malzemeler bu ama iin en uygun malzemelerdi.

Karma yap malzemesi olarak en nemli yap malzemesi betondur. Beton szc

Hitit-Avrupa kkenli Bitumeden gelmektedir ki, karm anlamna gelmektedir. lk

bulunduunda gnmze kadar ok aama geirmitir. Bir ok eitleri ve kat kat

mukavemet stnlkleri ortaya kmtr. 1930lardan sonra ve zellikle II. Dnya Sava

sralarnda betonarme ve n gerilmeli beton trleri meydana kmtr. Bunlarn sonunda

gnmzde kat kat stn zellikli betonlar kullanlmaktadr.

Metallerde son yllarda ilemi ve kontrol daha yksek kaliteli ve geliimi yava

malzeme olarak cam-metaller, Al-Li alamlar, ift yzl elikler, mikro alaml elikler ve

yeni sper alaml elikler gelitirilmeye balanmtr. Polimerler, yzyl banda naylonun

gelimesiyle n plana kmtr ki, bunlarn en nemlileri plastiklerdir. Son yllarda ise

Acrylicks, epoxy'ler ve polyesterler ok byk kullanm alan bulmulardr. Seramiklerde,

imentodan sonra sermetler-sl seramikler, Al2O3 , Si3N4 , PsZ, vb. tr seramik eitleri

gelitirilmeye balanmtr.

1950'li yllardan sonra, zellikle ok hzl geliim gsteren bir dalda biyomalzemelerdir.

Polimerler, metal alamlar, seramikler vb. bir ok tp dalnda kullanlmaya balanmtr.

zellikle yapay organlarn yeni protezlerde kullanm ok artmtr. Tabii bu dal ok stn

mhendislik-malzeme ve tp eitimi isteyen bir daldr.


14/81

14

Metallerin, seramiklerin ve polimerlerin gelimesi dolaysyla, bunlarn daha stn ve

daha ok eitli zellii bir arada toplayan malzeme olarak kompozit malzemelerin geliimi

de ok hzlandrlmtr. Adeta patlama safhasna varmtr. Havaclnda geliiminin

hzlanmas kompozit malzemeye havaclkta en ok kullanlan malzeme durumunagetirmitir. Havaclkta zellikle hava-uzay yap elemanlarnda kullanlan kompozitler klasik

tr karma malzemeden ayrld iin bunlara Advanced composite materials yani ileri

kompozit malzemeler denmitir. Son 10 ylda patlarcasna bir gelime gstermitir. Bu

zamanlar GFRD-Glass Fiber Reinforced Plastics (Cam elyafl plastik malzemeler), CFRR-

Carbon Fiber Reinforced Plastics (Karbon fiber takviyeli plastik malzemeler), Kevlar (RP-4)

gelitirilmitir.

Son bir ka ylda kullanlan en nemli kompozit malzeme tr ise metal- matrisli

kompozit malzemedir. zellikle ok yksek mukavemet/arlk. oran isteyen uaklarda ar

derecede kullanlr olmutur. Bunun yannda seramik kompozitlerde umut verici gelimeler

gzkmektedir.

1.2 Genel Olarak Kompozit Malzemeler ve Tanmlar :

Kompozit malzeme tanm, temel olarak iki veya daha fazla malzemenin bir arada

kullanlmasyla oluturulan ve meydana geldii malzemelerden farkl zelliklere sahip yeni

tr malzemeleri belirtmek iin kullanlmaktadr. Genel olarak ise kompozit malzeme

denildiinde elyaf ile glendirilmi plastik malzemeler anlalmaktadr.

Kompozit malzemeler ile ilgili almalarn ou 20. yzyln ikinci yarsndan

gnmze kadardr. Tabiatta bulunan ilk kompozit malzeme am aacdr. am aacnn ii

kn sert ve krlgan, yazn ise yumuak ve esnektir. En ilkel kompozit malzeme rnei ise

saman takviyeli kerpilerdir. Gnmzde en ok kullanlanlar ise; cam fiber takviyeli reine,

tungsten-molibden takviyeli almin-yum, karbon ve fiber takviyeli plastiklerdir.

lk modern sentetik plastiklerin 1900lerin banda gelitirilmesinin ardndan, 1930larn

sonunda plastik malzemelerin zellikleri dier malzeme eitleri ile boy lr dzeyde

gelimeye balamtr. Kolay biim verilebilir olmas, metallere oranla dk younlukta

olmas, stn yzey kalitesi ve korozyona kar dayanm plastiin ykselmesindeki en

nemli zelliklerdir. Bir ok stn zelliinin yan sra sertlik ve dayankllk zelliklerin

dk olmas plastik malzemelerin glendirilmesi iin almalar yaplmasna neden


15/81

15

olmutur. Bu eksikliin giderilmesi amacyla 1950lerde polimer esasl kompozit

malzemeler gelitirilmitir. Kompozitler, zellikle polimer kompozitler yksek mukavemet,

boyut ve termal kararllk, sertlik, anmaya kar dayankllk gibi zellikleriyle pek ok

avantajlar sunarlar. Ayrca kompozit malzemeler dayankllk ve sertlik ynnden metallerleyarabilecek durumdadrlar ve ayrca daha hafiftirler.

Kompozit malzemelerin en yaygn tr elyaf takviyeli kompozitlerdir. Elyaf takviyeli

kompozitlerde takviye malzemesi olarak ilk sray cam almtr. Matris malzeme olarak

plastik reineler en fazla kullanlan tr olup bunlardan da polyester ucuzluu sebebiyle ilk

sray almaktadr. Epoksi reine ise yksek mukavemet ve kimyasal dayanm sebebiyle uzay,

havaclk, ev ve spor aletleri yapmna kadar ok geni bir alanda kullanm imkan

bulmutur. Grafit ve kevlar elyaf-epoksi kompozitler ileri kompozitler olarak uzay ve

havaclk endstrisinin temel malzemeleri olmulardr.

Gnmzde tabakal kompozit malzemelerin yksek dayanm/arlk oran ve

direngenlik/arlk oranna sahip olmalar sebebiyle; uzay yaplarnda, ulam aralarnda,

elektrik, kimya, konstrksiyon ve gda endstrisinde kullanm alanlar giderek artmaktadr.

eitli plastik malzemelerin seramik, metal bazen de sert polimerlerin elyaflar ile glen-

dirilerek ileri derecede faydalar salayan malzemeler retmek mmkndr. indeki plastik

sayesinde kolaylkla ekil verilebilen ve takviye elyaflar sayesinde son derece salam, sert ve

hafif olan kompozit malzemeler her gn yepyeni uygulama alanlarnda karmza

kmaktadrlar.

Kompozit malzemeler reine (Matrix) ve takviye (Reinforcement) bileenlerinden

oluur. Kompozitler temel olarak kalp grevi gren reine iine gmlm srekli veya

krplm elyaflardan olumaktadr. Bu bileenler birbirleri iinde zlmezler veya

karmazlar. Kompozit malzemelerde elyaf sertlik, salamlk gibi yapsal zellikleri, plastik

reine malzemesi ise elyafn yapsal btnl oluturmas iin birbirine balanmas, ykn

elyaf arasnda dalmasn ve elyafn kimyasal etkilerden ve atmosfer artlarndan

korunmasn salar.


16/81

16

Tablo 1.1 Matris, Takviye Eleman ve Kompozit Malzeme Yap Tipleri.

Kompozitlerde polimer esasl matrislerin yansra metal, seramik trevi malzemeler de

matris olarak kullanlmaktadr. Dier matrislerin kullanlmasna ramen kompozit

malzemelerin %90 polimer esasl matrislerle retilmektedir. Matris malzemelerinin

genellikle plastik esasl olmasndan dolay kompozit malzemeler de genellikle takviye

edilmi plastikler olarak adlandrlrlar. Metal matrisler byk apl uygulamalardakullanlmak iin ok pahal ve allmalar ok zordur. Seramik matrisler ise yksek oranda

krlgan olmalarndan dolay yeterli dayanklla sahip olmamalar nedeniyle kullanm

alanlar yksek s ile kullanlan yerlerle snrlanmaktadr. Karbon matrisli kompozit

malzemeleri retmek ok zor ve ok pahaldr. En ok tercih edildikleri uygulamalar yar

arabalarnn ve uaklarn fren balatalardr. Tm dier matris alternatifleri arasnda ticari

olarak en uygun olan plastik matrisler arasnda ise en ok kullanlan termoset esasl olan

polyester ve epoksi reineleridir.

Matrisler gl yaptrma, evre ve atmosfer artlarna yksek dayanm ve yksek

mekanik zellikler gsterirler. Bir matrisin ncelikle salad mekanik zellikler yksek

sertlik ve yksek dayankllk deerleridir. yi bir malzeme sert olmaldr, fakat gevrek bir

malzemenin gsterdii davranlardan dolay performans dmemelidir. Bu zellikleri

byk lde karlayan polimer esasl matrisler termoset ve termoplastik matrisler olarak

iki tr olarak bulunmaktadr.

Termoset esasl kompozit malzeme matrisleri olarak en ok kullanlanlar termoset

matrislerdir. Termoset plastikler sv halde bulunurlar, stlarak ve kimyasal tepkimelerle

sertleir ve salamlarlar. Termoset polimerlerin polimerizasyon sreci termo-plastiklerden

farkl olarak geri dn olmayan bir sretir. Yksek scaklklarda dahi yumuamazlar.

ou termoset matris sertlememeleri iin dondurulmu olarak depolanmak zorundadr.

Dondurucudan karlp oda scaklnda bir mddet (1-4 hafta aras) bekletildiinde

sertlemeye baslar ve zelliklerini kaybederek biim verilmesi zor bir hl alr ve

kullanlamaz duruma gelir. Dondurucu iinde olmak artyla raf mrleri ise 6 ila 18 ay


17/81

17

arasnda deimektedir. Termoset reineler kimyasal etkiler altnda zlmez ve olaand

hava artlarnda dahi uzun mrl olmaktadrlar.

Polyester Matrisler zellikle denizcilik ve inaat alannda en ok kullanlan termosetreinedir. Kompozit malzemelerde kullanlan 2 tr polyester reine vardr; daha ekonomik

olan ortoftalik ve suya dayanm gibi daha iyi zelliklere sahip olan isoftalik polyester.

Polyester reineler polimerizasyon srelerinin tamamlamas iin katalizr ve hzlandrc

olarak adlandrlan ek maddelere ihtiya duyarlar. Trkiyede Cam Elyaf A.. nin yan sra

Boytek Reine, Boya ve Kimya Sanayi Ticaret A.. gibi firmalar da genel amal

kullanmlar iin polyester retmektedir.

Kompozit malzemelerde kullanlan elyaflarn fiziksel biimleri, oluturulan yeni

malzemenin zellikleri zerinde ok nemli bir faktrdr. Takviyeler temel olarak 3 farkl

biimde bulunmaktadrlar; paracklar, sreksiz ve srekli elyaflar. Parack genelde kresel

bir biimde olmamasna ramen her ynde yaklak olarak eit boyutlardadr. akl, mikro

balonlar ve reine tozu parack takviyelerine rnekler arasnda saylabilir. Takviye

malzemelerinin bir boyutu dier boyutlarna gre daha fazla olduunda elyaflardan

bahsetmeye balarz. Sreksiz elyaflar (doranm elyaflar, tlm elyaflar veya

whiskerspskl) birka milimetreden birka santimetreye kadar deien llerde

olabilmektedir. ou lifin ap birka mikrometreyi gememektedir. Bu nedenle elyafn

parack halden lif hali ne geii iin ok fazla bir uzunlua gerek yoktur.

Srekli elyaflar ise tel sarma yntemi gibi yntemlerde kesilmeden ip eklinde

kullanlmaktadr. Elyaflar en yksek mekanik zelliklerini enlerinden daha ok boylarna

gsteririler. Bu zellikler kompozit malzemelerin metallerde rastlanmayan ar anisotropik

malzeme zellii gstermelerine neden olur. Bu nedenle tasarm aamasnda elyaflarn

reine iindeki yerleimleri ve geometrilerini gz nnde bulundurmak ok nemlidir.

Malzemenin anisotropik zellii tasarm aamasnda rnn uygun yerinde kullanlarak

avantaja dnebilir.

1.3 Cam Elyaf Malzemesinin ncelenmesi :

Tarihte cam elyafnn ilk kez Fenikeli ve Msrl sanatlar tarafndan kullanld

bilinmektedir. O zamanlarda, lifler, cam ubuklarn stlmas sonucunda, yumuatlarak

aktlmas eklinde elde ediliyordu. Kullanm yeri ise yine takviye amacna ynelikti ve


18/81

18

anak, mlek, amfor gibi rnlerin salamlatrlmasn salyordu. Bugn bildiimiz

devaml cam elyafnn gelitirilmesi 1930lu yllarn sonlarna doru yaplabilmiti.

Cam elyaf, dnyann her yerinde kullanm amacna uygun nitelikteki alkalisi dk Ecamnn, 5-20 mikron aplarnda devaml proses ile ince lifler halinde ekilmi trdr.

1940l yllardan bu yana, deiik cam elyaf tipleri plastiklerin takviyesinde

kullanlmaktadr. Bu ekilde, krlgan bir yapya sahip olan plastiklerin ekme ve eilme

dayanmlar, rijitlik ve darbe dayanmlar gibi fiziksel zellikleri arttrlabilmektedir. Cam

elyaf balangta sadece Termoset yapdaki plastiklerin takviyesinde kullanlrken,

gnmzde termoplastiklerin de takviyesinde hzl bir byme gstermektedir.

1.3.1 Cam Elyaf Takviye malzemeleri

Cam elyaf takviye malzemelerini ncelikle bir taslak halinde sunup, daha sonra her bir

rn eidini ayrntl bir ekilde aklayalm.

Cam Elyaf Takviye Malzemeleri

Devaml Cam Elyaf Takviyeleri Kesikli Cam Elyaf Takviyeleri

Fitil -Krplm demetten keeler (*)

- Tek Ulu Fitil (Direkt Sarma Fitil ) - Krplm demetler

- ok Ulu Fitil ( Bileik Fitil ) - tlm Lifler

Cam elyaf iplik (Tekstil iplii Yarn)

Kumalar ( Fabric-Cloth)

- Dokunmu Fitiller

- Dokunmu Cam Kuma

- Dikilmi Kumalar (Dokunmam)

- Tek Ynl Fitil Kumalar (Dokunmam Fitil )

- Devaml Demetli Kee ( Dokunmam)

- Yzey Tl (Dokunmam)

(*) Krplm demetten keelerde bir kuma (Fabric- Cloth ) tr olup, Kesikli Cam

elyaf Takviyeleri grubunda yer almaktadr.


19/81

19

1.3.1.1 Fitil :

Devaml yapya sahip bir cam elyaf takviye malzemesidir. ok sayda delik ieren

kovanlardan akan cam liflerinin dorudan doruya sarlmas ile Direkt Sarma Fitil olarakretilebildii gibi, daha az sayda delik ieren kovanlardan retilen cam elyaf demetlerinin

birbirine paralel olarak bklmeden sarlmas ile Bileik Fitil olarak ta retilebilir.

Fitil rnleri 10-24 mikron apnda liflerden oluur ve genellikle 1000 metre uzunluu

600,1200,2400 ve 4800 gram arlnda olacak ekilde retilir. Kullanm yeri ve prosesine

bal olarak, sertlik, lifler arasnda e gerilim, kayganlk ve kolay krplabilme gibi farkl

zellikler fitillere kazandrlabilir. zel olarak retilen ve Spun roving ad verilen dml

fitilde ana dorultuya dik ynde takviye salayan ilmekler bulunmaktadr. Bunun amac; tek

ynde takviye edilmi pultruzyon rnleri gibi kompozitlerde yanal mukavemeti arttrmaktr.

Genellikle R cam elyafndan yaplm fitillere en yaygn olarak epoksi reine

emdirilerek yaplan Stratipreg veya Prepreg ismi verilen bir dier cam elyaf takviye

malzemesi de elyaf sarma metodu ile yksek mekanik dayanm aranan depo ve borularda

otoklavda kalplanmak zere kullanlmaktadr.

Direk Sarma Fitil Bileik Fitil

ekil 1.2 Fitil retim eitleri

1.3.1.2 Cam elyaf iplik (Tekstil iplii - Yarn ) :

Cam elyaf demetlerinin bkml hale getirilmesi ile elde edilen takviye eididir.

Genellikle dokunmu kuma olarak plastiklerin takviyesinde kullanlr.


20/81

20

ekil 1.3Cam Elyaf iplik

1.3.1.3 Kumalar ( Fabric-Cloth) :

Dokunmu veya dokunmam halde, farkl elyaf trlerinden elde edilebilen,uluslararas

tanmlarda, yass veya rulo haline getirilmi, tm takviye malzemelerinin genel ad Kuma

anlamnda Fabric veya Cloth olarak gemektedir. Kuma rnlerini, cam elyaf, aramid,

karbon elyaf gibi takviye malzemelerinin, tek yada birbirleriyle hibrid olarak biraraya

getirilmesi ile oluturmak mmkndr. Balca kuma tipleri unlardr.

1.3.1.3.1 Dokunmu Fitiller (Woven Roving) :

Dokuma amac ile retilmi fitillerin belirli bir dzen iinde dokunmas ile yaplan camelyaf takviye malzemesidir.Dokunmu fitiller, birbirlerine 90Clik a ile ve atk ve

zgsnde ayn teksde fitillerin kullanld kumalar olarak tanmlanmaktadr. Farkl

arlk (300-1200 gr/m2) ve enlerde (125-300 cm) retilen kumalar, cam tl veya kee ile

dikilerek kombine rn haline getirilerekte kullanlmaktadr. Dokunmu fitiller; otomotiv,

denizcilik gibi sektrlerde el yatrmas uygulamalarnda kullanlmaktadr. Ayrca, zel

dokuma tipleri ile, fenolik reine emdirilerek kesme talarnn retimindede

kullanlmaktadr.

ekil 1.4Dokunmu fitiller


21/81

21

1.3.1.3.2 Dokunmu Cam Kuma (Woven Glass Cloth) :

Cam elyaf ipliklerinden dokunmu kumalardr. Balca uygulamalar, baskl devre

retimi, devre kesici tpleri retimi gibi elektrik ara gere retimidir.

ekil 1.5 Dokunmu cam kuma

1.3.1.3.3 Dikilmi Kumalar (Stitch Mat) :

Dier trlerine gre pazara yeni katlm bir takviye trdr. Dokuma prosesi sz

konusu olmadndan yzey performas yksektir. Takviye iin krplan elyaflar, takviye

performansna katkda bulunmayan polyester iplik ile dikilerek birarada tutulmaktadr. Ayn

arlktaki bir dokuma ile karlatrldnda daha iyi mekanik deerler elde edilmektedir.

ekil 1.6 Dikilmi kumalar

1.3.1.3.4 Tek ynl Fitil kumalar (Unidirectional Roving Cloth ) :

ok ynl mukavemet salamas amacyla dokunmam fitiller ile devaml fitillerin iki

(biaxial) veya katl (Triaxial) oluturulmas ve sonrasnda bu katlarn polyester iplik ile


22/81

22

dikilmesi ile elde edilen dokunmam (non-woven) fitil rndr. Bu kumalarda, 45 veya

90 derecelik alarn birarada kullanlmasnn yansra kee ile de dikilmesi mmkndr.

ekil 1.7 Tek ynl fitil kuma eitleri

( 1- kili al 2- al 3- Drt al 4- kili al ve kee )

1.3.1.3.5 Devaml demetli kee (Continuous Mat) :

Kovandan akan liflerin, dzgn dalml tabakalar oluturacak ekilde, yaylmasndan

oluan cam elyaf takviye eididir. Bu ekilde yaylan lifler, ikinci bir balayc kullanlarak

birarada tutulur. Balayc cinsi ve miktar ngrlen uygulama alanna baldr. Balcakullanm alanlar; nceden ekillendirilerek (preform) veya ekillendirilmeden maal kapal

kalplama, pultruzyon, devaml levha ve baskl devre plakas retimleridir. Ayrca kpk

takviyesinde de kullanlr.

ekil 1.8 Devaml demetli kee

1.3.1.3.6 Krplm Demetten Keeler (Chopped Strand Mat) :

Bu cam elyaf takviye eidi, 50 mm uzunluunda krplm cam elyaf demetlerinin,

stirende znr bir balayc ile birarada tutulmasndan olumaktadr.Kullanlan balayc


23/81

23

miktar, proses gereklerine ve bitmi rn zelliklerine bal olarak % 3-10 arasnda

deimektedir. Krplm demetten keeler, ak kalplama uygulamalar ve levha retiminde

kullanlmaktadr.

ekil 1.9 Krplm demetten keeler

1.3.1.4 Krplm demetler :

Cam elyaf demetlerinin 3-12 mm uzunluunda krplm eklidir. Termoplastik

granllerin ve termoset esasl kalplama yntemlerinden, BMC retiminde kullanlmaktadr.

ekil 1.10 Krplm demetler

1.3.1.5 tlm Lifler :

tme ilemi sonucunda, uzunluklar, 0.1 -0.2 mmye drlm cam elyaf takviye

malzemesidir. Bu liflerin aplar 10-17 mikron arasnda deiir. tlm liflerin balca

kullanm alan termoplastik reinelerin ve poliretan reinenin takviyesidir. Kompozitin

rijitlik, boyut stabilitesi ve darbe dayanm gibi zelliklerini ykseltmek iin tlm lif

boyu ok ksa olduundan, bu takviye malzemesi, dier kompozitlerin takviyesinde

kullanlmaz.


24/81

24

ekil 1.11 tlm lifler

1.3.2 Cam Elyafta bulunan cam tipleri :

Kompozisyonlarna bal olarak, deiik cam elyaf cinsleri vardr. Bunlar iinde Ecam elyafnn en bata geldii grlmektedir. Elektrik ve mekanik zellikleri ile maliyetinin

iyi bir denge oluturmas sonucu, bu kalsiyum alminosilikat bileiminin, kullanlan toplam

cam elyaf takviye malzemeleri iinde %90 pazar payna sahip olduu grlmektedir.

E-CRcam, E camnn modifiye edilmiekli olup, asitlere kar dayanm salamak

amac ile kompozisyonunda bor iermemektedir. E-CR cam elyaf, genellikle kimyasal

dayanm istenen tank ve boru imalatnda kullanlmaktadr.

Yksek mekanik dayanm aranan rnler iin kullanlan cam elyaf cinsleri Amerikada

S CAMI; Avrupada R cam olarak nitelenmektedir. Kompozitin mukavemetini ve

rijitliini arttran bu cins cam elyaf havaclk, uzay ve askeri alanlarda, yksek teknik

performans gereksinimi nedeni ile kullanlmaktadr. Ayrca, nakliye, spor ve dinlence

alanlarnda da baz rnler iin kullanld grlmektedir.

Bunlarn dnda, mkemmel dielektrik zellikler tayan ve elektronik endstrisinde

ska kullanlan, D cam elyaf ve zellikle yzey tllerinde kullanlan kimyasal dayanml

C cam elyaf da bulunmaktadr.

Cam Tipi zellikleri

A-cam Yksek alkali oran-dk maliyet

C-cam Kimyasal dayanm (Yzey tlleri)

E-cam Elektriksel zellikler

L-cam Radyasyona kar kurun ierir


25/81

25

M-cam Yksek elastik modl

S-2 cam Yksek ekme dayanm

W-2 cam Paneller iin yar effaf

AR-cam Alkali dayanm

R-cam Yksek ekme dayanm

Tablo 1.2 Cam elyafta kullanlan cam tipleri

A C E R S

SO2 72.0 64.6 52.4 60.0 64.4A1203 1.5 4.1 14.4 25.0 25.0

CaO 10.0 13.4 17.2 9.0 ---

MgO 2.5 3.3 4.6 6.0 10.3Na2O,K2 O 14.2 9.6 0.8 --- 0.3

B2O3 --- 4.7 10.6 --- ---

BaO --- 0.9 --- --- ---

Tablo 1.3 Balca cam elyaf cinslerinin kompozisyonlar (% olarak)

1.3.3 Takviye amal dier malzemeler :

Tartmasz olarak kompozit retiminde en ok kullanlan takviye tr cam elyaf olsa da

birok uygulama iin, 70-80.000 MPa deerinden daha yksek bir elastikiyet modlne

gerek duyulabilir. Bu yksek modl deerlerini karlayabilmek zere daha yeni yksek

teknoloji rnleri gelitirilmitir.

1.3.3.1 ARAMD ELYAFI

Geen yirmi yl boyunca, yksek teknoloji rnleri olarak bilinen aramid elyaf nemli

bir mesafe katetmi olup uzay, denizcilik, spor rnleri, elence, otomotiv ve silah endstrisigibi klasik kompozit pazarlarna hitap etmitir. Yksek dzeyde ynlendirilmi olan bu

polimer, dk younluk ile yksek modl ve yksek dzeyde yapma zellii ile yksek

mukavemet/arlk orann rnde bir araya getirmektedir. Mukavemet ve modl deerleri

yansra, liflerin kolaylkla slatlabilmesi ve rnde darbe dayanm zellikleri dolaysyla

yaygn olarak kullanlan reinelerin ounluu ile kullanlabilmektedir. Aramid elyafnn

negatif sl genleme katsaysndan dolay, sl yaylmann nem tad ortamlarda fayda

salamaktadr. Aramid elyaf, fiyat/performans deerlerini salamak zere tasarlanm cam

ve karbon elyafnn kombinasyonu eklinde olan hibrid rnler halinde de mevcuttur.


26/81

26

Yalnzca yapsndan kaynaklanan snrlamalar kompozit tasarmnda dikkate alnmaldr.

Aramid rnleri iplik, fitil, krplm elyafeklinde mevcuttur.

Aramid elyaf iplik olarak farkl desenlerde dokunmu kuma eklinde, fitil olarak daelyaf sarma veya erit eklinde kullanlmaktadr. Krplm lifler ise hazr kalplama

bileimlerinin iine kartrlmaktadr.

1.3.3.2 BOR ELYAFI

Bor elyaf, ticari amal olarak mevcut yksek teknoloji rnleri arasnda piyasaya kan

ilk rndr. Bor elyaf; borun kimyasal buharnn ok ince bir tungsten teli zerinde

younlatrlmas ile retilmektedir. ok salam ve dayankl bir takviye malzemesi olup,

yksek younluu ve yksek maliyeti kullanmn snrlandrmaktadr. Piyasada yalnzca

erit halinde bulunmaktadr.

1.3.3.3 KARBON/GRAFT LFLER

Yksek teknoloji rn olarak kompozit pazarnn geni bir ksm, karbon veya grafit

elyaf rnlerinden yararlanmaktadr. Karbon elyaf retiminde birok yntem vardr. lk

ticari amal karbon elyaf piroliz (yanma) ve sl ileme tabi tutulan sentetik liflerin karbon

ve grafit elyafna dntrlmesi suretiyle retilmitir. Sentetik esasl elyaflarn ounluu,

girdi malzeme olarak polikronitril (PAN) kullanlarak elde edilmektedir. Bu liflerin

modlleri ve dayanmlar, proses srasndaki gerilim ve scaklk koullarnn deitirilmesi

ile kontrol altnda tutulmaktadr.

Dier karbon /grafit elyaf retim prosesi, ncelikli olarak zift kullanmn esas

almaktadr. Bu zift, sv kristal mesophase zift haline dntrlmekte ve sv haldeki

kristal zift, piroliz ilemine tabi tutulmakta yksek modll takviye zellii ve yksek

mukavemet deerlerine sahip rn elde edilmesi amacyla s uygulanmakta ve elyafa

dntrlmektedir. Zift esasl rnler ok yksek modllere sahiptir ve kopmada uzamas

dktr.

Karbon elyafnn dier takviye liflerine gre daha farkl avantajlar vardr. Nispeten

dk elyaf younluu, yksek mukavemet ve yksek modl zelliklerini bir araya

getirirerek stn bir kombinasyon zellii sunmaktadr. Ayn zamanda yksek slarda


27/81

27

zelliini koruma ve yorulma dayanm zelliklerine sahiptir. Bununla birlikte karbon

elyafnn kendi yapsal zelliklerinden kaynaklanan baz olumsuz yanlar da mevcuttur.

Liflerin snrl uzama zellikleri baz darbe sorunlarna neden olmaktadr. Bu a kapatmak

amacyla daha yksek uzama olanakl elyaf rnleri gelitirilmektedir. Karbon elyafnnelektrik iletkenlii de baz kullanm alanlarnda engel olabilmektedir. Karbon elyaf demet,

erit ve kuma halinde retilmektedir. Daha ok termoplastik ve termoset hazr kalplama

bileimlerinde katk malzemesi olarak kullanlmak zere, krplm veya tlm bir

ekilde satlmaktadr. Grafit halinde, ok yksek sl iletkenlie sahiptir. Bakra gre drtte

bir arlkta olan Grafit/Karbon elyafnn termal iletkenlii bakrn , drt katdr. Bu

zellik yeni uygulama alanlarn da beraberinde getirmektedir.

1.3.3.4 DER ORGANK LFLER

Termoplastik polyester ve naylon lifler, kompozit pazarnda yeni kullanm alanlar

bulmaktadrlar. Takviyelerin her iki eidi de, hem darbe dayanm hem de kimyasal

ortamlarla karlaldnda yksek performans zelliklerini rne katmaktadrlar.

Ancak dier elyaf eitleriyle karlatrldnda, hem daha dk sertlik hem de daha

dk s kullanm gibi kstlamalar bulunmaktadr. Jel spinning prosesiyle retilen yksek

molekler arlkl polietilen lifler, dk younlukta yksek modl zelliine sahiptirler.

Yine dk s kullanml olmalar, yaygn kullanmlarn engellemektedir.

Organik lifler yzey keeleri veya tlleri retiminde de kullanlmaktadrlar. Bu zel

rnler kimyasal dayanm ve d yzey grnmnn nem kazand uygulamalarda

kullanlmaktadr. Cam tlnn klcal yaps nedeniyle oluan reine zengin yzey, yksek

kimyasal dayanm ve daha iyi bir d grnm salamaktadr.

1.3.3.5 EKZOTK TAKVYELER

Gelitirilmekte olan dier inorganik liflerin polimer kompozit uygulamalarnda yer

bulmas mmkn gzkmemekle birlikte, seramik veya metal alamlarda kullanlabilir.

Ekzotik takviyeler alminyum oksit, silikon karbr, alumina, silikon nitrit ve kuartzlar

kapsamaktadr.


28/81

28

1.3.3.6 TAKVYE TRLERNN KARILATIRMASI

Yaygn kullanm olan kompozit takviye trleri arasndaki baz temel farkllklar

belirtmek amacyla aadaki tablo dzenlenmitir.

Takviye

Trleri

Gerilme

Dayanm

(MPa)

Gerilme

Modl

(GPa)

zgl

Arlkzellikler

Cam 3000 - 5000 72 - 82 2.48- 2.60 Yksek mukavemet,

yi kalplama zellikleri,

Dk maliyet

Karbon/ Grafit 2500 - 3000 200 - 700 1.75 - 1.96 Yksek modl,

Elektriksel iletkenlik,

Yksek maliyet

Aramid 2750 - 3000 82 - 124 1.44 yi spesifik

zellikler, Orta maliyet

Boron 3500 400 2.55 Yksek modl,

Yksek maliyet

Polyester 1000 9 1.38 yi darbe dayanm

ve Alkali dayanm

Naylon 950 5 1.16 yi darbe dayanm

ve Alkali dayanm

Polietilen 1200 - 1500 40 - 60 0.97 Dk younluk, yi

darbe dayanm, Dk

derece

Tablo 1.4 Kompozit takviye trlerinin karlatrlmas


29/81

29

Elyaf takviye malzemelerinin, birbirleriyle olan rekabeti hergeen gn artmaktadr.

Kompozit endstrisinin iindeki bu rekabete ksaca deinelim;

Cam elyaf %96-98lik pazar pay ile elyaf takviye malzemeleri arasnda, kompozitendstrisine hakim konumdadr. Geriye kalan %2-4lk ksm aramid, karbon ve doal elyaf

(pamuk, keten, kenevir v.s) malzemeleri oluturmaktadr.

Aramid elyaf, cam elyafna gre, daha yksek ekme dayanm ve sertlik deerlerine

sahiptir. zellikle darbe dayanmnn, yksek olmas nedeniyle kurun geirmez yeleklerde

kevlar ticari markasyla retilen- kullanlmaktadr. Optik fiber kablolar, ara lastikleri,

helikopter pervaneleri, spor ve elence amal uygulamalarda, aramid elyafnn dier yaygn

kullanm alanlardr.

Dupont , kevlar ticari markasyla ve Teijin Limited ,twaron ticari markasyla, bu sahada

faaliyet gsteren iki ana reticidir.

Uzakdou pazarnda, son yllarda optik kablo retiminde, kevlar kullanm artmtr.

Dupont firmas, kapasite art ile mteri taleplerini karlamaya almaktadr. Benzer

ekilde spor ve elence sektrnde de, K.Amerika pazarnda, aramid elyafna gl ve artan

bir talep sz konusudur.

Aramid elyafnn pahal bir takviye malzemesi olmas ve spesifik uygulama sahalarnda

kullanlmas nedeniyle, cam elyafna gre snrl bir kullanm vardr.

Karbon elyafnn kompozit endstrisindeki tketimide, son yllarda yksek bir art

gstermitir. 1997-2002 yllar arasnda yllk ortalama %5-8, nmzdeki be yllk

dnemdede %7-8lik bir art beklenmektedir. Otomotiv endstrisinde, son rn reticileri

ve karbon elyaf reticileri arasnda kurulan ortaklklar, karbon elyafnn otomotivde, yeni

uygulama sahalar bulmas ve daha dk fiyatla pazara sunulabilme imkanlarnn artmas,

yksek byme oranlarn desteklemektedir. Bu durum, azda olsa nmzdeki dnemlerde,

cam elyaf pazarn etkileyebilir. Zoltek (A.B.D) , Hexcel (A.B.D) ve Cytec (A.B.D) Toray

(Japonya), Mitsubishi Rayon (Japonya), bu sahada faaliyet gsteren ana reticilerdir.

Doal elyaf takviye malzemeleri, zellikle, otomotiv de, karbon ve cam elyafna

alternatif malzeme olarak gsterilmektedir. rnein; Formla 1 yar arabalarnda, kenevir


30/81

30

doal elyafnn kullanlmas daha yksek alev dayanm salamakta ve karbon elyafna gre

daha ucuz bir seenektir.

Bugn itibariyle, doal elyaf rnleri, ticari kullanm karbon ve cam elyaf kadar yaygnolmayan ancak, nmzdeki yllar iin zellikle otomotivde nemli bir potansiyele sahip

olan,bilimsel aratrmalarn younlat, takviye malzemeleri grnts sergilemektedir.

Cam elyaf, evre sal koullar gerei, zellikle otomotivde debriyaj ve fren balatas

retiminde asbest kullanmndan pay almaktadr.

1.3.4 Cam Elyaflarn retimi :

Cam elyaf zel olarak tasarlanm ve dibinde kk deliklerin bulunduu zel bir

ocaktan eritilmi camn itilmesiyle retilir. Bu ince elyaflar soutulduktan sonra makaralara

sarlarak kompozit hammaddesi olarak nakliye edilir. zellikle cam elyaf ile matris aras

yapma gcn arttran "silan" bazl ve elyaf zerinde ince film oluturan kimyasallarn

gelitirilmesinden sonra kullanm sahalar artmtr. Elyaflar ilem srasnda

dayankllklarnn %50sini kaybetmelerine ramen son derece salamdrlar. Elyaf

kumalar genellikle srekli cam elyaflarn lifleri ile retilmektedir. lemler srasnda

deiik kimyasallarn eklenmesi ve baz zel retim yntemleri ile farkl trde cam elyaflar

retilebilmektedir. Cam elyaf retimi iin genellikle dikdrtgen prizma eklinde frnlar

kullanlmaktadr. Bu frnlar normal cam retim frnlarna benzemekle birlikte ekstra bir

stcya da sahiptir. Frn ssn salamak amac ile elektrik enerjisi ve fuel oil

kullanlmaktadr. Gnlk 200 ton civarnda cam elyaf retecek hammaddeyi ergitebilen

frnlar mevcuttur.

1.3.4.1 Mekanik Lif ekme Yntemi:

Filamanlar kovan knda mekanik yntem ile ekilir ve daha sonra sarlrlar. ekil de

yntem ematik olarak gsterilmektedir. Bu yntem cam fiberi ynteminde en ok kullanlan

yntemdir.


31/81

31

ekil 1.12 Mekanik lif ekme yntemi

1.3.4.2 Pnmatik Lif ekme Yntemi :

Bu retim ynteminde stcdan kan elyaflar ierisinden vakum geen delikli bir

tambura pskrtlr. Bu yntemle elde edilen elyaflar sreksizdir ve boylar 5 ila 80mm

arasnda deimektedir. Bu sreksiz liflerin bir araya getirilmesi ile elde edilen elyaflar

srekli elyaflardan cam ynne benzer grntleri ile ayrmaktadr .

ekil 1.13 Pnmatik Lif ekme Yntemi


32/81

32

ekil 1.13 iin : (1)Basnl hava girii; (2)Joule etkisi ile stlm kovan; (3) etekler;

(4)spray boyutunu ayarlayan aparat; (5)delikli tambur; (6) tambur vakumu; (7) akanfiberler;

(8) fiberler iin toplama emberi ; (9) iplik; (10) ekillendirme makaras; (11) sarm makaras

Cam elyaf retimi iin genellikle dikdrtgen prizma eklinde frnlar kullanlmaktadr.

Bu frnlar normal cam retim frnlarna benzemekle birlikte ekstra bir stcya da sahiptir.

Frn ssn salamak amac ile elektrik enerjisi ve fuel oil kullanlmaktadr. Gnlk 200 ton

civarnda cam elyaf retecek hammaddeyi ergitebilen frnlar mevcuttur. Cam elyaf ve

rnleri aamada retilmektedir. Cam retimi, elyaf ekimi, cam elyaftan maml sata

sunulabilecek rnlerin retimi.

Birinci aamada;

Uygun arlk ve oranlarda seilen hammadde bileimi ok ince bir ekilde tlerek

homojen bir karm elde etmek zere kartrlr. Daha sonra yaklak 1550 0C scaklkta

alan ergitme frnna beslenir. Frn iinde karm yavaa sv hale geer. Ergimi cam

platin/rodyum alamndan yaplm ve elektrik enerjisi kullanlarak +0.5 0C ,-0.5 0C

tolerans ile 1250 0C de kontrol edilen kovanlara(bushings) beslenir veya cam mermer blok

haline veya cam ubuk haline getirilip oda scakln da soutularak ikinci bir kullanm iin

temiz kontenynerlerde depolanr. Ancak yaygn olan dorudan ergitme frn tipi olduu iin

kovana gelen eriyik cam elyaf ekimi iin kullanlr.

ekil 1.14 Birinci aama ilem


33/81

33

kinci aamada;

Cam elyaf ekimi gerekletirilir. Rodyum platin alamndan retilen kovanlara gelen

eriyiin 50-70 m/s gibi yksek bir hzda kovanlarda bulunan deliklerden akmas salanarakcam lifleri elde edilir. Kovanlarda 1-2 mm apnda ve 400-800-1200-1600 ve daha fazla

delik bulunur. 9 ile 20 mikron apnda ekilen cam lifleri bir mandrel zerine sarlarak kek

ad verilen bir bobin zerinde toplanr.

nc aamada;

Cam elyaf rnlerinin retilmesi salanr. Kovandaki deliklerden ayrlan eriyik ksa

srede cam flaman haline gelmesi iin akma esnasnda su pskrtlerek belli bir scakla

kadar soutulur. Souyarak ipliksi bir hale gelen flamanlar bir tambur zerinden geirilerek

gerekli kimyasallarla yzeyi kaplanr. Bu ileme apreleme ad verilmektedir.

ekil 1.15kinci ve nc aama ilemler


34/81

34

KNC BLM

KOMPOZTLERN MEKANK DAVRANILARI

VE FORMULASYONLAR

2. 1 Kompozitlerin Makromekanik Davran:

Katmanl kompozitler iki veya daha fazla sayda katmann birletirilmesiyle yaplr. Bir

kere katmann zellikleri hesaplandnda artk yeniden detayl mikromekanik analizlerine

girilmez ve katman homojen ortotropik bir tabaka olarak ele alnr.

Ortotropik malzemenin dzlemde gerilme ekil deitirme ilikisi

6

2

1

66

2212

1211

6

2

1

00

0

0

Q

QQ

QQ

= veya

6

2

1

66

2212

1211

6

2

1

00

0

0

S

SS

SS

= (2.1)

Hooke yasasnn ekil deitirme gerilme bants

1

11

1

ES = ,

1

1212

ES

= ,

2

22

1

ES = ,

2

66

1

ES = (2.2)

[ ] [ ] 1= SQ

2122211

2211

SSS

SQ

= ,

2122211

1122

SSS

SQ

= (2.3)

2122212

1212

SSS

SQ

= ,66

66

1

SQ = (2.4)


35/81

35

Keyfi bir oryantasyonda gerilme, ekil deitirme ilikisi

ekil 2.1 Eksenlerin akmamas durumu

kinci dereceden tensrlerin dnm 1-2 deki zellikler biliniyor x-y dekiler elde

edilmek isteniyor veya x-y deki zellikler biliniyor 1-2 dekiler elde edilmek istenildiinde

SinCosSinCos xyyx .222

1 ++= (2.5)

)(.. 2212 SinCosCosSinSinCos xyyx ++= (2.6)

(2.7) nolu denklemde2

+= yazarsak 2 bulunur.

CosSinCosSin xyyx .222

2 += (2.7)

xy

y

x

SinCosCosSinCosSin

CosSinCosSin

CosSinSinCos

22

22

22

12

2

1

..

.2

.2

= (2.8)

[ ]T transformasyon matrisidir.

[ ] [ ]TTT =1


36/81

36

12

2

1

22

22

22

.2.2

.

.

SinCosCosSinCosSin

CosSinCosSin

CosSinSinCos

xy

y

x

= (2.9)

[ ] [ ]

6

2

11

6

2

1

12

2

1

QTQ

xy

y

x

==

200

010

001

=R (2.10)

[ ] [ ][ ] [ ] [ ][ ][ ][ ]

XY

Y

X

xy

y

x

xy

y

x

RTRQTRQT

11

6

2

11

2

== (2.11)

[ ]R [ ]T [ ]

1

R = [ ]( )

1T

T = [ ]

T

T

[ ]T [ ]Q [ ]

T

T

= Q

=

xy

y

x

Q

XY

Y

X

[ ] =Q

662616

262212

161211

QQQ

QQQ

QQQ

(2.12)

=11Q ( )6612

4

11 22 QQCosQ++

2

Sin

2

Cos +

4

22SinQ (2.13)

=12Q ( )662211 4QQQ + 2

Sin +2Cos ( ) 4412 CosSinQ + (2.14)

=22Q ( ) 2

66124

11 22 SinQQSinQ ++ 4

222 CosQCos + (2.15)


37/81

37

=16Q ( )661211 2QQQ Sin +3Cos ( ) 3662212 2 SinQQQ + Cos (2.16)

=26Q ( )3

661211 2 SinQQQ +Cos ( ) SinQQQ 662212 2+3Cos (2.17)

=66Q ( ) 2

66122211 22 SinQQQQ + +2

Cos ( ) 4466 CosSinQ + (2.18)

Katmanl kompozitlerin analizi;

Birim ekil deitirmeler

x

ux

= ,

x

v

y

uxy

+

= (2.19)

y

vy

= ,

x

w

z

uxz

+

= (2.20)

z

wz

= ,

y

w

z

vyz

+

= (2.21)

Kirchoff varsaymna gre katmanlar aras kayma birim ekil deitirmeler xz ve yz ihmal

edilebilir.

( ) ( )yxzFyxuu ,, 10 += (2.22)

( ) ( )yxzFyxvv ,, 20 += (2.23)


38/81

38

( ) 0,1 =

+=

x

wyxF

XZ (2.24)

( ) 0,2 =

+=

y

wyxF

YZ (2.25)

( )

=

x

wyxF ,1 ( )

y

wyxF

=,2 (2.26)

(2.24), (2.25, (2.26) eitliklerini kullanarak

XXX zx

wz

x

u

x

u +=

=

=

0

2

20

(2.27)

YYYz

y

wz

y

v

y

v +=

=

=

0

2

20 (2.28)

XYXYXYz

xy

wz

x

v

y

u

x

v

y

u +=

+

=

+

=

02

00 2 (2.29)

0X ,

0Y ve

0XY orta dzlemde birim ekil deitirmeleri; X , Y , XY plan

erilikleridir.

x

uX

=

00 ,

y

vY

=

00 ,

x

v

y

uXY

+

=

000 (2.30)

2

2

x

wX

= ,

2

2

y

wY

= ,

yx

wXY

=

2

2 (2.31)

k nc katman iin bnye denklemi,


39/81

39

kkkQ =

z+= 0

kkk zQQ +=0

Dzlem gerilme durumunda olduu iin gerilme bileenleri,

=

2/

2/

h

hzxx

dN

=

2/

2/

h

hzyy

dN

=

2/

2/

h

hzxyxy

dN (2.32)

birim uzunluk bana orta dzlemde etkiyen kuvvet (kuvvet / uzunluk).

n katmann toplam olarak gerilme bileenleri;

=

=n

k

h

h

xy

y

x

xy

y

x

N

N

N

1

2/

2/

dz (2.33)

+==

k

k

h

h

n

k

xy

y

x

QQQ

QQQ

QQQ

dz

QQQ

QQQ

QQQ

N

N

N

1662616

262212

161211

1

662616

262212

161211

k

k

h

h

XY

Y

X

zdz

1

(2.34)

662616

262212

161211

AAA

AAA

AAA

N

N

N

xy

y

x

=

662616

262212

161211

0

0

0

BBB

BBB

BBB

XY

Y

X

+

XY

Y

X

(2.35)

=N [ ]A [ ]B+0 [ ]K


40/81

40

( ) ( )11

=

= kkk

n

k

ijij hhQA

( ) ( )2

1

2

12

1

=

=

kk

k

n

kijij hhQB

ijA ; Uzama katlk matrisi

ijB ; Eilme / Burulma katlk matrisi

( ) ( )=

=

n

k

kkkijijhhQD

1

31

3

3

1

ijD ; Eilme katlk matrisi

[A] : kuvvetler, orta dzlem birim ekil deitirmeleri

[B] : eilme ve burulma balants

[D] : momentler, plak erilikleri

Katmanl kompozitlerde birim ekillendirmeler ve moment;

[ ] =0 [ ] 1A [ ]N [ ] 1A [ ]B [ ]K

[ ] [ ]BM = [ ] [ ] NA 1 ( [ ]B [ ] 1A [ ]B [ ]D ) [ ]K

2.2 Yanal burkulma yknn teorik hesab :

Tabakal kompozit kiri ekil 3.1 de gsterildii gibi bir kenardan ankastre olarak

mesnetlenir ve ykleme, serbest kenarn u noktasndan tek eksenli olarak yaplrsa,


41/81

41

ekil 2.2 Serbest ucundan dey tekil yke maruz braklan ankastre kompozit kiri

Uygulanan ykle x,y,z ekseninde meydana gelen Mo momenti;

(Mx)ext=0

(My)ext=0

(Mz)ext=P(L-x1)

bulunur.


42/81

42

x,y,z eksenine gre,m-n kesitinde oluan momentler;

(Mx1)ext dxdw

( Mz)ext= P(L-x1) dxdw

-P(w1-w)

(My1)ext ( Mz)ext= P(L-x1) P(L-x)

(Mz1)ext (Mz)ext= Mo

momentler;

dDdx

wdD

b

Mx162

2

11 2+=

dDdx

wdD

b

T662

2

16 22

+=

Bu denklemler kullanlarak yanal burkulma analizi iin i moment ve dardan uygulanan

momentler tanmlanabilir.

m-n kesitinin dengede olmas iin meydana gelen momentler, yapsal i momentlere eit

olmaldr.

dxdD

dxwdD

b 162

211 2x)-P(L =

dx

dD

dx

wdD

b

wwP

dx

dw

b

xLP 662

2

161 22

)(

2

)'(=

+


43/81

43

)'(

)(

)'(42 1

11

2161611

11

16

xL

ww

dx

d

xLPD

DDDb

D

D

dx

dw

=

2

2

11

2

161611

16

112

2

)'(42

dx

d

xLPD

DDDb

dx

d

D

D

dx

wd

=

0)'(

)'(4

2

22166611

=

+

b

xLP

dx

d

xLP

DDDb

1=)(4/ 2166611

22DDDbP

ve s1=L-x olarak tanmlanr ve denklem tekrar yazlrsa;

0212

121

2

=+

sds

d

bu denklemin genel zm 1/4 ve -1/4 nc dereceden Bessel fonksiyonudur.

+

= )

2()

2( 21

1

4

12

11

4

11 SDJSCJs

s ve gre snr artlar;

=0 ve s=L

ds

d

ve s=0 iin;

Matlab yazlm program kullanlarak denklemin kkleri bulunabilir.

.....25795.8,12306.5,0063.2

2

21 =

L


44/81

44

Sonular dzenlendiinde kritik burkulma deeri,

2166611

2

026.8DDD

L

bPkr

=

olarak bulunur.


45/81

45

NC BLM

KOMPOZT KULLANIM ALANLARI

3.1 Kompozit Malzemelerin Kullanm Alanlar :

Teknolojik araylar her geen gn malzeme biliminin nemini arttrmakta, tm

sektrlerdeki yeni gelimeler malzeme biliminin gereklerinin n plana alnmasyla yeni bir

ivme kazanmtr. Buna paralel olarak son yllarda kompozit malzeme trleri ve retim

yntemlerindeki hzl geliim de kompozit malzemelerin gittike artan oranlarda ve yeni

sektrlerde kullanlmaya balanmasn salamtr. Uzun zaman uak sanayisindeki

ihtiyalarin ynlendirdigi kompozit malzeme teknolojisi son dnemde yeni bir ok sektrde

birok farkli ama iin kullanilmaktadir.

Kompozit malzemelerin gnmzdeki kullanm alanlar ksaca incelenerek, kompozit

malzemelerin ileri teknoloji rnleri retiminde ne kadar byk bir paya sahip olduu

rahatlkla grlebilir.

Tablo 3.1 Kompozit kullanm


46/81

46

3.2 Kullanm Alanlarna Baz rnekler :

3.2.1 Havaclk Sanayi:

Kompozit malzemelerin en geni kullanmnn grld ve kompozit malzeme

teknolojisinin ilerlemesini salayan en nemli sektrdr. Havaclk sanayinde kompozitlerin

nemi son yllarda iyice kavranm ve artan bir ivme ile zellikle uak, helikopter vb. hava

aralarnn yapsnda en nemli malzemeleri oluturmaktadrlar. Havaclk sanayindeki hzla

artan ve gnmzde ok daha fazla olan kompozit malzeme kullanm orann ilerleyen

tabloda inceleyebiliriz;

ekil 3.1 Uaklarda kompozit kullanm dalm

Havaclk sanayinde kompozit kullanmna ksa rnekler vermek gerekirse;

F-14 uaklarnda yatay dengeleyiciler, F-15 lerde ise yatay ve dikey dengeleyiciler bor-

epoksi kompozit malzemesinden yaplmtr. F/A-18 uaklarnda kanat yzeyleri, yatay ve

dikey dengeleyiciler, hz frenleri ve kontrol yzeylerinde kullanlmtr.


47/81

47

ekil 3.2 F-15 Ua

AV-8B uaklarnda; kanatlar, yatay dengeleyiciler, n gvde ve kontrol yzeyleri

karbon-epoksi olarak yaplmtr.

F-29 uann kanat yzeylerinde grafit/epoksi kullanlmtr.

Stealth Bombardman Ua (Hayalet uak) isimli Amerikan yapm bu uaklar polimerkompozit malzemeden yaplmlardr. Gerek malzemenin (radar dalgalarn yutan zel doku)

gerekse uak gvde dizaynnn sonucu olarak uak radarlara yakalanmamaktadr. Krfez

savanda bu uaklar grnmeden uzun mesafeli uular yaparak grnmeden bombardman

yapmlard.

ekil 3.3 Mirage 2000 uanda kompozit malzeme kullanlan yerler


48/81

48

F-16, F-22 vb. avc uaklar karbon elyaf takviyeli polimer kompozit yapya sahip bu

uaklar alminyum alamlarna oranla % 25 - 40 oraninda daha hafiftirler. % 40 hafiflik

uak genelinde kg bana 50-500 $ arasnda tasarruf demektir. % 40 daha hafiflemi bir uakise % 40 daha hzl gidebilen, % 40 daha uzun menzilli uabilen, yada % 40 daha fazla

bomba tayabilen uak anlamna gelmektedir.

Boeing uaklarnda kullanlan toplam 6 ton kompozit malzemelerden bazlar ;

Dey dmen (rudder); Boeing 757 ve 767de grafit/epoksi sandwich panel

kullanlmaktadr.

Elevator (kaldrc); her iki uak trnde de grafit epoksi panel yap kullanlmaktadr.

Flaplar; Boeing 757de st ve alt flap yzeyleri alminyum panel ile kapldr. Flap burun

kenar kevlar epoksi sandwich konstrksiyondur.

ekil 3.4 Eurofighter uanda kompozit kullanm

A380 yolcu ua kanat panelleri ve flaplarda; karbon fiber ve epoksi kullanlmtr.

Burun blmnde (radome); CTP stabilizer ve Aramid fiber epoksi, Boeing 757 ve 767lerde

ise kontrol yzeyleri karbon epoksi, motor kaportalari karbon avamid-epoksidir. Boeing 767

de % 3 FT-PK kullanlmtr.


49/81

49

ekil 3.5 Airbus A380

Askeri C-17 kargo uanda % 6 FT-PK kullanlmtr ve arl 7000 daN dur.

Airbus A320 yolcu uaklarnda ise spoylerde, eleronlarda, kuyruk takmlarnda, silindirik

motor klflarnda, karbon takviyeli kompozitler kullanlmtr. Airbus A320 model uanda

% 15 fiber takviyeli polimer kompozit (FT-PK) kullanlmtr.

Kompozitlerin helikopterlerde de geni bir kullanm alan ve saladklar byk avantajlar

vardr. Askeri helikopterlerden V-22 de % 50 FT-PK kullanlmtr, yaklak 15000 daN dur.Bu yaklak olarak % 20 arlk azalmas anlamna gelmektedir. Kalplanabilme ve yksek

teknolojiler sayesinde helikopter para saysnda % 85 lik azalma meydana gelmektedir.

ekil 3.6 Helikopterlerde kompozit kullanm


50/81

50

3.2.2 Otomotiv Sanayi

Otomobil firmalar mterilerinin ihtiyalarna karlk vermek, evresel artlarn

basks altnda daha hafif otomobiller retmektedirler. Hafif otomobiller daha abukhzlanabilen, daha abuk durabilen ilerlemek iin daha kk bir motora ve daha az benzine

ihtiya duyan ara anlamna gelmektedir;

Cam Silecei; %30 Cam+PBT

Filtre Kutusu; Mercedes, %35 Cam+Poliamid 66

Pedallar; %40 Cam+Poliamid 6

Dikiz Aynas; %30 Cam+ABS

Far Gvdesi; BMW, %30 Cam+PBT

Hava Giri Manifoldu; BMW, Ford, Mercedes, %30 Cam+Poliamid 6

Otomobil Gsterge Paneli; GMT

Otomobil Spoiler; CTP

Otomobil Yan Gvde skeleti; Ford, CTP

Otomobil Kaporta; Corvette, SMC CTP

3.2.3 naat Sektr

Kpr Taban; CTP

Trabzanlar; CTP

Yrme yollar; CTP

Tasiyici Konstruksiyon; CTP

Bina, Balkon Korkuluu; CTP

Kap; CTP

Tayc Konstrksiyon, Yzme Havuzu, Kapi Saai, Yer karolari; SMC

Bina Kaplama Panelleri: CTP

Kvet, Lavabo vb.; CTP

Sokak Lambasi; CTP

3.2.4 Denizcilik Sanayi

Yelkenli Gvdesi; CTP,

Balsa ve polimer kpk stne cam, aramid karbon dokumalari ile kaplanmasi


51/81

51

Yat, Tekne Arkasi Platform Basamaklar ; CTP

Yelken Diregi; Kevlar+Epoksi

ekil 3.7 Karbon fiber kompozit gvdeye sahip solar tekne modeli

3.2.5 Spor Aralar

Kompozit malzemelerin popler oldugu yeni sektrler arasnda spor ara ve gereleri her

geen gn daha da ne kmaktadr. zellikle arln azalmas, dolaysyla hareket

kabiliyetinin artmas ve dayanklln artmasna neden olan cam ve karbon elyaf takviyeli

kompozitler kullanlmaktadr. Kompozitler kano, srf ve yatlar iin ok nemli olan

malzeme yorgunlugu ve darbe dayanm konusunda stn zelliklere sahiptirler. Da

bisikletleri en iyi dayanim/agirlik oran ve en dsk arlk zellikleri kazanmak iin karbon

elyafi ile takviyeli kompozit malzemelerden retilmektedirler.

Korozyona dayanm, ok emme ve salamlk gibi stn zellikler kazandrmaktadr.

Ayrca golf sopas tenis raketi gibi spor rnlerinde arl drmek iin karbon elyaf

takviyeli kompozit malzemelerden retilmektedirler.

ekil 3.8 Spor aletlerde kompozit kullanm


52/81

52

DRDNC BLM

ANSYS LE PROBLEMN TANIMLANMASI VEZMLENMES

Bu blmde; Ansys sonlu elemanlar paket program ile burkulma analizi yaplacaktr ve bu

analizin aamalar srasyla verilecektir.

4.1 ANALZ TPNN BELRLENMES:

ncelikle ne tr analiz yapacamz belirlenir. Bylece bizi ilgilendiren menler alacak ve

bize kolaylk salayacaktr.

Main Manu > Preferences

kan pencerede structural seenei seilir.


53/81

53

ekil 4.1 Analiz Tipinin Belirlenmesi

4.2- MALZEME ZELLKLERNN BELRLENMES :

Analizini yapacamz malzemeye uygun olabilecek bir eleman tipi belirlenir.

Preprocessor > Element Type > Add / Edit / Delete

kan pencerede Add butonuna tklanr ve hemen arkasndan kan dier pencerede

Solid > Layered 46 eleman seilir.


54/81

54

ekil 4.2 Eleman Tipinin Belirlenmesi

Daha sonra analizini yapacamz kompozit malzemenin tabaka says, tabaka kalnlklar ve

tabaka alar verilir.

Preprocessor > Real Constant > Add / Edit / Delete

kan pencere de Add butonuna hemen ardndan ise OK butonuna baslr.

Daha sonra kan Real Constant set number penceresinde herhangi bir deiiklik yaplmadan

OK butonuna baslr.

ekil 4.3 Numara Atanmas


55/81

55

Bu aamadan sonra kan pencerelerde ise tabaka says, tabaka kalnlklar ve tabaka alar

verilir.

ekil 4.4 Tabaka Saysnn Belirlenmesi

ekil 4.5 Tabaka Kalnl ve Tabaka Alarnn Belirlenmesi


56/81

56

Arkasndan malzemenin mekanik zellikleri girilir.

Preprocessor > Materials Props > Material Models

kan Pencerede Structural > Linear > Elastic > Orthotropic seilir.

ekil 4.6 Ortotropik Malzeme Seimi

Daha sonra kan pencerede ise deerler elastise modl, kayma modl ve poisson orandeerleri girilir.

ekil 4.7 Mekanik zelliklerin Girilmesi


57/81

57

4.3 MODELN OLUTURULMASI:

Modeli oluturmak iin eitli yntemler vardr. En basit yoluyla ;

Preprocessor > Modelling > Create > Areas > Rectangle > By dimensions

Bu pencerede bir kenar 200 dier kenar 20 olan bir dikdrtgen yaratmak iin lleri

veriyoruz.

ekil 4.8 Modelin Oluturulmas

Modelimiz zerinde daire eklinde bir boluk olduundan nce bu daireyi oluturup daha

sonra bunu kartacaz.

Preprocessor > Modelling > Create > Areas > Circle > Solid Circle

ekil 4.9 Model zerinde delik oluturulmas


58/81

58

Sonra bu delii modelden kartmak iin ;

Preprocessor > Modelling > Operate > Booleans > Subtrack > Areas

kan pencerede nce ana para seilir daha sonra OK butonuna baslr ardndan

karacamz para seilir ve tekrar OK baslr.

4.4 MODELN ELEMANLARA AYRILMASI :

Analizlerin yaplabilmesi iin modelin elemanlara ayrlmas gereklidir. Sonularn daha

doru olmas iinde elemanlara ayrma ileminde dzensizliklerin giderilmesi gereklidir.

Bu dzensizlikler daire evresinden kaynaklanmaktadr. Bu nedenle elemanlara ayrma

ileminden nce bu blm paralamamz gereklidir.

ncelikle dairenin evresini line komutu ile evreleyeceiz. Bunun iin;

Preprocessor > Modelling > Create > Keypoints > In Active CS

Komutundan daire evresinde koordinat sistemimize gre X ve Y deerleri girilerek noktalar

oluturulur.

Daha sonra ;

Preprocessor > Modelling > Create > Lines > Lines > Straight Line

Seeneinden bu atadmz noktalar birletirilir.


59/81

59

ekil 4.10 Dairenin evresinin divide komutuna hazrlanm hali

Ardndan;

Preprocessor > Modelling > Operate > Booleans > Divide > Area by Line

Seenei ile ncelikle bleceimiz para seilir ve OK butonuna baslr. Ardndan

blmlemeyi salayacak olan izgiler srasyla seilir ve tekrar OK butonuna baslr.


60/81

60

ekil 4.11 Divide komutu sonras grn

Daha sonra ;

Solid element setiimizden dolay paray extrude etmemiz gereklidir. Divide komutu ile

blnen her para tek tek ve ayr ayr extrude edilecektir.

Preprocessor > Modelling > Operate > Extude > Areas > Along Normal

Komutundan tabaka says ile tabaka kalnl kadar deer girilir.


61/81

61

ekil 4.12 Extrude penceresi

Ardndan;

Preprocessor > Modelling > Operate > Booleans > Glue > Volumes

Seeneinden ayrdmz blmler seilir ve OK butonuna baslr. nk analiz srecinde

modelin bir btn halinde olmas gereklidir.

Artk dzenli bir ekilde elemanlara ayrabiliriz.

Elamanlara ayrma ilemi Mesh Tool (elemanlara ayrma penceresi) penceresinden

kolaylkla yaplabilmektedir.


62/81

62

ekil 4.13 Elemanlara Ayrma Penceresi


63/81

63

Grlen pencerede Lines > Set butonuna baslarak izgiler seilir.

ekil 4.14 izgilerin teker teker seilmi hali

Ve ardndan OK butonuna baslr. Daha sonra yeni kan pencerede Number of division

yazan blme izgiyi ka paraya ayracaksak o deer girilir.

ekil 4.15 Blmleme Penceresi


64/81

64

Ayrca kalnlk blm ayrca number of division blmnde 1 yazlarak tek para kalaca

belirtilmelidir.

Srasyla her izgi blmlendikten sonra aadaki grnm almaldr.

ekil 4.16 Tm izgilerin blmlenmi halinin grn

Mesh Tool penceresinde Mapped seenei iaretlenir ve ardndan mesh butonuna baslr.Para seilip OK butonuna baslr.


65/81

65

ekil 4.17 Elemanlara ayrma sonucundaki grn

4.5 SINIR ARTLARI VE YKLERN TANIMLANMASI :

Snr artlar belirlemek iin ;

Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes

kan pencerede BOX aktif hale getirilip, belirlenecek snr art kutucuk iine

alnr. Ve kan pencerede ALL DOF seilerek OK butonuna baslr.


66/81

66

ekil 4.18 Snr art Penceresi

Hemen arkasndan yk tanmlanr.

Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Areas

Ykn uygulanaca yzey seilir ve kan pencerede deerler girilir.

ekil 4.19 Yklerin Tanmland Pencere


67/81


68/81

68

lem tamamlannca ;

Solution > Solve > Current LS

tklanr. Bylece ilk zm yaplr. zm tamamlandktan sonra

Main Menu > FINISH

tklanr.

Normalde bu noktadan sonra sonularn deerlendirmesi blmne geinmi

olur. Ancak, burkulma analizi yaparken zm blmne tekrar girilmeli ve

burkulma analizi zelletirilir.

zm blmne tekrar girip ;

Solution > Analysis Type > EigenBuckling

tklanp Ok tuuna baslr.

ekil 4.21 Burkulma analizinin zelletirilmesi


69/81

69

Eigenvalue zm iki zc ynteme sahiptir. Block Lanczos metodu geni

simetrik eigenvalue problemlerinin zmnde, matris zc olarak kullanlr.

Subspace metodu da kullanlabilir.

Solution > Analysis Type > Analysis Options

tklanp. zm metodu olarak Block Lanczos blm seilir. Daha sonra modeli

tanmlamak iin Extract Mode blmne girilip 3 girilir.

ekil 4.22 Matris zc olarak Block Lanczos metodunun girilmesi


tklanr. zm tamamlandktan sonra ;

Main Menu > FINISH

tklanr.

zm blmne tekrar girip


70/81

70

Solution > Load Step Opts > ExpansionPass > Single Expand > Expand Modes

tklanr. Burkulma zm analizini geniletmek iin takip eden pencere gsterildii gibitamamlanr.

ekil 4.23 Burkulma zm analizini geniletilmesi


tklanr. Daha sonra ;

Main Menu > FINISH

tklanp. zm tamamlanr.

4.7- SONULARIN OKUNMASI

Program zm ilemini bitirdikten sonra kiriimiz burkulma iin gerekli minimum

yklemeyi grmek iin ;

General Postproc > List Results > Detailed Summary

tklanr. kan ekranda ykleme deeri Newton olarak TIME/FREQ altndan okunur.


71/81

71

BENC BLM

DENEY HAKKINDA GENEL BLG VESONULARIN OKUNMASI

Elimizde bulunan tek ynl epoksi takviyeli cam elyaf plakalarn Ansys sonlu elemanlar

program ile hem analizleri yaplmtr hem de ayn ekilde deneyleri yaplmtr. Elimizde

her tip plakadan beer tane bulunmakta ve bu be deney sonucu kan deerlerin ortalamas

alnarak sonu belirlenmektedir.

Plakalar tek delik, iki delik ve delikten olumaktadr. Tek delikli plakalar ankastre

blmnden 40, 80, 100, 120, 160 mm uzaklkta kaydrlan deliklerden olumaktadr. ki ve

delikli plakalar ise eit aralklarda blmlere yerletirilmitir.

ekil 5.1 Deney iin kullanlan plakalar


72/81

72

5.1 Plakalarn boyutlar ve mekanik zellikleri

ekil 5.2 Plaka grn

Plaka boyutlar :

a = 40, 80, 100, 120, 160 mm

L = 200 mm

d = 10 mm

b = 20 mm

Mekanik zellikler :

E1 Fiber ynndeki elastise modl 37730 MPa

E2=E3 Fibere dik ynde elastise modl 17110 MPa

12 Poisson oran 0.3

23=13 Poisson oran 0.18

G1=G2=G3 Kayma modl 3080 MPa

Tablo 5.1 Mekanik zellikler

5.2 Deneyin Yapl ve Sonular

Elimizde bulunan 35 adet deney numunesi srasyla bir taraf ankastre dier taraf ise

serbest olarak deney aparatna balanmtr. Aparat ekilde grld gibi deney cihazna

balanmtr.


73/81

73

ekil 5.3 Deney cihaz

ekil 5.4 Deney aparatnn balan


74/81

74

Uygulanan yk numunenin u noktasndan yanal burkulma meydana gelene kadar

arttrlmaktadr. Oluan yanal burkulma sonucu yk kendiliinden azalmakta ve aada

grlen grafikler elde edilmektedir.

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14

Seri 1

Seri 2

Seri 3

Seri 4

Seri 5

ekil 5.5 a = 40 mm iin deney sonular

-50

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15

Seri 1

Seri 2

Seri 3

Seri 4

Seri 5



75/81

75

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Seri 1

Seri 2

Seri 3

Seri 4

Seri 5


-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Seri 1

Seri 2

Seri 3

Seri 4

Seri 5

ekil 5.8 a=120 mm iin deney sonular


76/81

76

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Seri 1

Seri 2

Seri 3

Seri 4

Seri 5

ekil 5.9 a=160 mm iin deney sonular

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14

Seri 1

Seri 2

Seri 3Seri 5

ekil 5.10 2 delikli iin deney sonular


77/81

77

-50

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 10 12 14

Seri 1

Seri 2

Seri 3

Seri 4

Seri 5

ekil 5.11 3 delikli iin deney sonular

Aadaki resimlerde burkulma davran gzlenmektedir.

ekil 5.12 Burkulma davran


78/81

78

ekil 5.13 Burkulma davran

ekil 5.14 Ansys programnda burkulma davran


79/81

79

DELK KONUMU DENEYSEL VERLER(N)

ANALZ VERLER(N)

40 mm 181,4 174,03

80 mm 179,6 166,61

100 mm 187,5 173.63

120 mm 173,5 173,45

160 mm 197,7 179,94

2 delik 164,3 159,03

3 delik 151,1 146,19

Tablo 5.2 Sonular

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200

deneysel veriler

analiz verileri

ekil 5.15 Sonularn karlatrlmas


80/81

80

5.3 Sonularn Yorumlanmas :

Grld zere deneysel veriler ve analiz verileri paralel ekilde hareket etmektedir.

Bu verilerin ayn kmamasnn nedeni kesilen deney numunelerinin milimetrik olmamas,

numunenin aparata yerletirilmesi srasnda kabul edilebilir dzeydeki eim ve dier d

koullardan kaynaklanmaktadr.

Beklendii gibi iki ve delikli numunelerde kritik yk miktar azalmtr. Delii

kaydrma durumunda ise yanal burkulmaya en dayankl durum mesnet noktasna en uzak

konumdaki durumdur.

Bu tr durumlar endstride ska karmza kmaktadr. zellikle havaclk sanayinde

perinli balamalarda bu durumla karlalmaktadr.


81/81

KAYNAKLAR

a) ERYT E. (2006), Tabakal Kompozit ubuklarda Yanal Yk Etkisi le Oluan

Burkulma Davranlarnn ncelenmesi

b) VATANDA G. , Tekne Yapmnda Kullanlan Sandvi Kompozit T Balantsnda

Gerilme Analizi

c) ie Cam A.. web sayfas http://www.camelyaf.com.tr/

d) SOLMAZ Y. (2007) Tabakal Kompozit Plakalarda Takviye Malzemesi ve

Oryantasyon Asnn Gerilme Analizine Etkisi

e) Prof. Dr. AKDOAN A. Plastik Matrisli Kompozitler

Documents

TABAKALI KOMPOZT ÇUBUKLARDA YANAL YÜK ETKS LE OLUSAN BURKULMA DAVRANISI ÜZERNE DENEYSEL ÇALISMA