örgülü kompozit malzemenin (glass epoxy) ansys ve abaqus ile gerilme analizleri ve deneysel ...

127 Pages·2007·2.01 MB·Turkish

TC
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÖRGÜLÜ KOMPOZİT MALZEMENİN (GLASS
EPOXY) ANSYS VE ABAQUS İLE GERİLME
ANALİZLERİ VE DENEYSEL KIRILMA
TOKLUĞUNUN HESAPLANMASI

BİTİRME PROJESİ

Soydinçer TEKELİ

Onur TETİK

Projeyi Yöneten
Yrd.Doç.Dr.Evren TOYGAR

Ocak , 2007
İZMİR

1
TEZ SINAV SONUÇ FORMU
Bu çalışma 20/06/03 günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME PROJESİ
olarak kabul edilmiştir / edilmemiştir.
Yarıyıl içi basan notu 100 (yüz) tam not üzerinden ..............(...........................) dir.
Başkan Üye Üye
Makina Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,
……………. numaralı …………….. ve ……………….. numaralı
…………………… jürimiz tarafından …../…../…….. günü
saat…………………..da yapılan sınavda, 100 (yüz) tam not üzerinden
………………….almıştır
Başkan Üye Üye
ONAY

2
TEŞEKKÜR

Bu çalışmamızın başlangıcından bitimine kadar her aşamada çalışmamızı yönlendiren
özverili yardımlarını esirgemeyen Yrd. Doç. Dr. Evren TOYGAR ‘a teşekkürü bir borç
biliyoruz.

Çalışmamız esnasında laboratuar ortamında bize yardımcı olan İzmir Yüksek Teknoloji
Enstitüsü Araştırma Görevlisi Elçin KAYA ve İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Doç.Dr. Metin TANOĞLU ‘ na teşekkür ederiz.

Hayatımızın her aşamasında bizden desteğini hiç esirgemeyen ailemize minnet
duyuyor ve teşekkürü bir borç biliyoruz

Soydinçer TEKELİ

Onur TETİK

3
ÖZET

Bu çalışmanın amacı , incelenen kompozit bir malzeme olan Cam epoksinin
hazırlanan numuneleriyle laboratuar ortamında Üç Nokta Eğme Deneyi ile Kırılma
Tokluğunun hesaplanması , Üç boyutlu analiz ve tasarım programları olan ANSYS ve
ABAQUS programlarında modellenerek sonuçların değerlendirilmesidir.

Çalışmamızın ilk bölümünde kompozit malzemelerin önemine dair kısa bir açıklamaya
yer verilmiştir.

İkinci bölümde, kompozit malzemelerin tanımı, kullanım alanları hakkında bilgi
verilerek çeşitleri hakkında geniş bir bilgiye yer verilmiştir.

Üçüncü Bölümde Cam epoksi kompozitinin yapısı , üretimi ve mekanik özellikleri
hakkında bilgi verilmiş ve bunlar tablolarla desteklenmiştir.

Dördüncü bölümde Kırılma Mekaniği hakkında geniş bir bilgiye yer verilerek teoriler
ve malzemelerin kırılma karakteristikleri konusunda ayrıntılı bilgilere değinilmiştir.

Beşinci bölümde Üç Nokta Eğme Deneyinin yapılması ve kırılma tokluğunun
hesaplanması konusunda detaylı bilgiye yer verilmiştir.

Altıncı ve son bölümde ise üç boyutlu analiz ve tasarım programları olan ANSYS ve
ABAQUS programlarında deney modellenmiş ve malzemenin gerilme analizleri yapılarak
sonuçlar değerlendirilmiştir.

4
İÇİNDEKİLER

İçindekiler 5

Şekil
listesi 10

Tablo
listesi 11

Bölüm Bir

1. Giriş 12

Bölüm İki

KOMPOZİT MALZEMELER

2.1. Kompozit
Malzemelerin Tanımı 13

2.2. Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları 14

2.3.Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması 18
5
2.3.1.Elyaflı Kompozitler 18

2.3.2.Paraçacıklı Kompozitler 19

2.3.3. Tabakalı Kompozitler 19
2.3.4. Karma (Hibrid) Kompozitler 20

2.4.
Elyaflar 20

2.4.1. Cam
Elyaflar 21

2.4.2. Bor
elyaflar 22

2.4.3.Silisyum Karbür elyaflar 23

2.4.4. Alümina Elyaflar 23

2.4.5.Grafit(Karbon Elyaflar) 23

2.4.6.Aramid Elyaflar 25

2.5. Matris
Malzemeleri 25

2.5.1.Epoksi Reçine Matrisler 27

2.5.2. Polyester Reçine Matrisler 28

2.5.3.Vinylester Reçine Matrisler 29

2.5.4.Fenolik Reçine Matrisler 29

2.5.5.Metal Matrisler 29

2.6.Polimer Matrisli Kompozitler(PMK) 29

2.6.1.
Polimerler 30

2.6.2. Polimer Matrisli Malzemelerde Kullanılan Takviye Malzemeleri 32

2.6.3. Polimer Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özellikleri 34

2.6.4. Polimer Matrisli Kompozitlerin Kullanım Alanları 35

2.7.Seramik Matrisli kompozitler(SMK) 36

2.7.1.SMK Malzemelerde Kullanılan Matris Malzemeleri 37

2.7.2.Cam Seramik Malzemeler 39
6
2.7.3. Seramik Kompozitlerin Mekanik Özellikleri 41

2.7.4. Seramik Matrisli Kompozitlerin Uygulama Alanları 45

2.8.Metal Matrsili
kompozitler(MMK) 47

2.8.1. Metal Matrisli Malzemelerin Tanımı 48

2.8.2.Matris Metalleri 49

2.8.3.Takviye Malzemeleri 53

2.8.4. MMK Malzemelerin Mekanik Özellikleri

2.8.5. MMK Malzemelerin Uygulama Alanları

Bölüm Üç

CAM EPOKSİ KOMPOZİTİ

3.1.Cam
Epoksinin Eldesi 54

Bölüm dört

KIRILMA MEKANİĞİ GENEL BİLGİLERİ

4.1.Giriş 59

4.2.
Kırılma 60
60
7
4.3. Gevrek
Kırılma
4.3.1.Gevrek kırılmaya yol açan faktörler 60

4.3.2.Çatlaksız malzemelerin gevrek kırılması 62

4.3.3.Çatlaklı Malzemelerin Gevrek Kırılması 63

4.4.Gerilme Şiddeti
Faktörü (K) 64

4.4.1.Uniform gerilmesine maruz ve farklı çatlak geometrisi içeren malzemeler 65

4.5.Kırılma
Tokluğu 67

4.5.1.Griffith Yaklaşımı 68

4.5.2.Irwinin yaptığı değişiklik 69

4.5.3.G ile K arasındaki ilişki 69

4.6.Kırılma
Mukavemeti 70

4.7.Kırılma Tokluğu
Deneyleri 71

4.8.CTOD Testi 74

4.8.1.SenB Numunesi 74

4.8.2.CT
Numunesi 74

4.9.J
Integrali 76

4.10.Yorulma Çatlağı
İlerlemesi 78

8
Bölüm Beş

DÜZLEM GERME KIRILMA TOKLUĞU STANDART
TEST METODU (ASTM E 399-83)

5.1.Numunelerin Ön
Hazırlığı 85

5.2.Yük-açılma Kaydının Analizi ve KIC nin Saptanması 88

5.3. Test cihazı ve deneyin fotoğraflanması 91

5.4.Numunelerin Kırılma tokluklarını hesabı 96

Bölüm Altı

ANSYS V.10 ile Modelleme ve Analiz 103

ABAQUS V.6.5 ile Modelleme ve analiz 113

SONUÇ 125

9
ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 2.2.1. Bir lastik tekerleğin yapısı 14

Şekil 2.2.2. Bir uçakta kompozit malzeme kullanımı 16

Şekil 3.1.1. Cam epoksinin üretiminin şematik gösterimi 54

Şekil 3.1.2. Aramid ve Cam elyafından yapılmış 2 ayrı katmanlı malzemenin yorulma grafiği 57

Şekil 4.3.1.Çentikli ve çentiksiz çubukta gerilme durumu 61

Şekil 4.3.2.Kritik sıcaklık ve kırılma bölgeleri 62

Şekil 4.3.3.Yüklemenin modları 63

Şekil 4.3.4.Çatlak ucunda bir noktadaki gerilme 64

Şekil 4.3.5.İnce bir çatlak içeren iki eksende yüklenmiş sonsuz levha 65

Şekil 4.5.1 Kalınlığa göre kırılma Tokluğu değişimi 68

Şekil 4.8.1.Kritik CTOD değerinin sıcaklıkla
değişimi 75

Şekil 4.9.1.Çatlak içermeyen yüklenmiş bir levhanın lineer olmayan elastik davranışı 77

Şekil 4.10.1.Bir çatlağı a başlangıç boyundan a son boyuna ilerletmek için gerekli çevrim sayısı 78
o f

Şekil 4.10.2.Önceden Çatlağı mevcut bir malzemenin tipik çatlak ilerleme hızı diyagramı 79

10