Farklı kür sıcaklığı ve sürelerinde üretilen tabakalı kompozit plakaların pimli/civatalı bağlantılarının hasar analizinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, farklı kür çevrimlerinde üretilen ve farklı geometrik ölçülere sahip cam elyaf-epoksi tabakalı kompozit plakaların pim/civata yükü altındaki bağlantı davranışı deneysel ve sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Çalışmanın amacı, önyüklemesiz ve çeşitli değerlerde önyükleme momenti uygulanmış pim/civata bağlantılı tabakalı kompozit plakaların bağlantı bölgesindeki gerilme dağılımını incelemek, hasar şekillerini, hasar yüklerini ve yatak mukavemetlerini tespit etmektir. Bu amaçla, kompozit plakaların farklı kür çevrimlerinde üretilmesinin, bağlantı geometrisinin ve önyükleme momentinin, hasar başlangıcı ve yatak mukavemeti üzerindeki etkileri incelenmiştir.Deneysel çalışmada kullanılan [0°/90°]S tabaka oryantasyonuna sahip cam elyaf-epoksi kompozit plakalar dört farklı kür çevriminde (90°C sıcaklıkta ve 1,5 saat sürede, 90°C sıcaklıkta ve 4 saat sürede, 120°C sıcaklıkta ve 1,5 saat sürede, 120°C sıcaklıkta ve 4 saat sürede) üretilmiştir. Bu plakalardan genişliğinin delik çapına oranı (W/D) 2'den 5'e kadar ve kenar mesafesinin delik çapına oranı (E/D) 1'den 5'e kadar değiştirilerek farklı geometrilere sahip numune grupları hazırlanmıştır. Tek yönlü cam elyaf-epoksi tabakalı kompozit malzemenin mekanik özellikleri statik yükler altında çekme, basma ve kayma deneyleri yapılarak belirlenmiştir. Deneyler sırasında kompozit malzemeler için ASTM standardına uygun test yöntemleri ve numune ölçüleri kullanılmıştır.Tabakalı kompozit plakalar hidrolik sıcak preste (ısıl pres) ısıtılarak üretilmiştir. Tabakalı kompozit plakalardaki bağlantıların hasar özelliklerini belirlemek ve sayısal analiz sonuçlarıyla karşılaştırmak için, dört farklı kür çevriminde üretilen tabakalı kompozit plakalardan elde edilen numuneler üzerinde bir dizi deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler ilk olarak herhangi bir önyükleme momenti uygulanmamış pim bağlantılı kompozit numunelere daha sonra da 1, 2, 3 ve 4 Nm önyükleme momentleri uygulanmış civatalı bağlantılı kompozit numunelere yapılmıştır.Sayısal analizde ise genel amaçlı bir sonlu eleman paket programı olan LUSAS, Sürüm 14.0 yardımıyla kompozit plakaların üç boyutlu sonlu eleman modeli kullanılarak çözümleme yapılmış ve delik bölgesindeki gerilme dağılımları elde edilmiştir.Deneysel çalışmada, yüksek sıcaklık ve düşük sürede (120 ºC sıcaklık ve 1,5 saat süre) üretilen pimli/civatalı bağlantılı tabakalı kompozit plakaların diğer plakalardan daha yüksek yataklama mukavemetlerine sahip oldukları tespit edilmiştir. Ayrıca deneysel çalışmanın sonuçları ile sayısal analiz sonuçları karşılaştırılmış ve aralarında iyi bir uyum olduğu görülmüştür.Anahtar Sözcükler: Tabakalı kompozit plakalar / kür çevrimi / yatak mukavemeti / hasar analizi / hasar şekilleri / önyükleme momenti / sonlu elemanlar metodu.

In this study, joint behaviour of pin/bolt loaded glass fibre-epoxy laminated composite plates produced different cure cycles and with different geometric dimensions has been investigated both experimentally and numerically. The aim of study is to determine failure modes, failure loads and bearing strengths and to examine stress distribution in regional connection of laminated composite plates pin/bolt loaded hole under various preload moments. For this purpose, it was carried out to determine the influences of different cure cycles, joint geometry and and preload levels on the failure initiation and bearing strength.The glass fibre-epoxy laminated composite plates with [0°/90°]S ply orientation used in the experimental study were produced by four different cure cycles (90°C temperature and 1,5 h period, 90°C temperature and 4 h period, 120°C temperatures and 1,5 h period, 120°C temperatures and 4 h period). The specimen groups with different dimension ratio, E/D (the edge distance to hole diameter ratio) and W/D (width to hole diameter) changed from 1 to 5 and 2 to 5, respectively, were prepared from the manufactured plates. The material properties of unidirectional glass fibre/epoxy composite plates were determined under tension, compression and in-plane shear in static loading conditions. During the experiments, ASTM standard experimental techniques and specimen sizes for composite materials were used. The shear characteristics of composite materials were obtained by Iosipescu test apparatus.The laminated composite plates were produced by a hydraulic heating press machine. A series of experiments were performed under four different cure cycles to investigate the failure characteristic and to compare the numerical results with the experimental results. The tests were realized under without and with pre loading moment conditions, changing between 1 and 4 Nm. for the pin-loaded and bolt jointed laminated plates, respectively.During the numerical study, the model for failure response of the laminated composite plates was developed and the solution was done by using finite element analysis software called LUSAS Version 14.0 and the stress distributions in hole region were obtained.In experimental study, the laminated composite plates with pin/bolt loaded manufactured at high level temperatures and low level period (120 ºC temperature and 1,5 h period) were determined with the more high bearing strenghts than the others. In addition, The experimental results are compared with the numerical results and it has been seen that a good agreement between experimental and numerical results.Keywords: Laminated composite plates / cure cycle / bearing strength / failure analysis / failure modes / preloading moment / finite element method.