Polimer matrisli kompozitlerin darbe davranışlarının incelenmesi ve oluşan hasarların mikro tomografi yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada ilk olarak polimer matrisli cam fiber ve aramid+cam fiber takviyeli hibrit kompozitlerin Dynatup 9200 düşen ağırlık tipi test cihazında düşük hızlı darbe testleri gerçekleştirilerek kompozitlerin darbe sonrası hasar mekanizmalarının ayrıntılı bir şekilde karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Test standartlarına göre hazırlanan numuneler yarıküresel ve düz olmak üzere iki farklı geometrideki darbe uçlarıyla düşük hızlı darbe yüklemesine maruz bırakılmıştır. Her uç geometrisi için dört farklı çapta darbe ucu çapı kullanılarak darbe ucu çapının etkisi ortaya konmuştur. Düşük hızlı darbe testleri sonrası numuneler; görsel, ultrasonik tarama, termal kamera incelemesi, röntgen, bilgisayarlı tomografi (CT) ve mikro bilgisayarlı tomografi (mikro-CT) gibi yöntemlerle tahribatsız olarak incelenerek iç yapı hasarları ortaya konmuştur.Deneysel çalışmaların ilk aşamasında, (0/90)s oryantasyonlu cam fiber takviyeli polyester kompozit ve (0/90)s oryantasyonlu aramid / cam fiber takviyeli hibrit kompozit farklı darbe enerjileriyle ön testlere tabi tutulmuş; farklı hasar tiplerinin ortaya çıktığı enerji eşik değerleri tespit edilerek her iki malzeme için sekiz farklı darbe ucuyla testler gerçekleştirilmiştir. Cam fiber takviyeli kompozitte tam delinmenin gerçekleştiği enerji seviyesi 80 Joule olarak tespit edilmiştir.Tez çalışmasının diğer amacı, düşük hızlı darbe testleri sonrası kompozit malzemelerin iç yapısında ortaya çıkan hasar mekanizmalarını net şekilde gözlemleyecek alternatif tahribatsız muayene ve inceleme tekniklerini ortaya koymaktır. Bu kapsamda yapılan incelemelerde son on yılda tıp alanında yaygın olarak kullanılan mikro-CT incelemelerinin kompozit malzeme incelemelerinde yüksek bir potansiyele sahip oldukları görülmüştür. Mikro-CT cihazlarında mikron seviyesinde çözünürlüklerde içyapı görüntüleri elde edilebilmesi, kompozitlerde ortaya çıkan matris hasarı, fiber kırılması ve delaminasyon gibi hasar mekanizmalarını incelemede avantajlar sağlamaktadır.

In this study, main objective is to characterize post impact damage behavior of glass reinforced and aramid+glass fiber reinforced hybrid composite after their examination in Dynatup 9200 free fall low velocity impact device in detail. Test samples prepared according to low velocity impact test standards and impacted with flat and hemispherical impactor noses. Both impactor nose geometries have four different diameters (3, 5, 7 and 10mm respecitevely) and by this way the effect of impactor nose diameter effect on impact behavior was investigated. Test samples were examined with non-destructive inspection methods like ultrasonic scanning, thermal camera, radiography, computerized tomography (CT) and micro-computerized tomography (micro-CT) and internal damage mechanisms were characterized.In the first stage of the experimental investigations, (0/90)s oriented glass fiber reinforced polyester composite and (0/90)s oriented aramid / glass fiber reinforced hybrid composites were pre-impacted at different energy levels for determination of energy threshold values for different damage modes. Tests were done with eight different impactors. Full penetration occurred at 80 J energy level for glass fiber reinforced composite.Another aim of the study is to put forward the new non-destructive inspection methods for post-impact damage monitoring of the composites. It was seen that achieving this purpose could be possible by using micro-CT which is widely used in medical investigations for past two decades. Micro-CT promises a good potential for material investigations. Obtaining internal images at micron resolution gives an opportunity of investigation matrix cracks, fiber breakages and delaminations occurred in composites after low velocity impact loading.