Mechanical behavior and modeling of honeycomb cored laminated fiber/polymer sandwich structures

Abstract

Kompozit sandviç yapılar ağırlıklarına oranla oldukça yüksek eğme ve kayma mukavemetine sahip oldukları için havacılık ve denizcilk endüstrisinde yapı malzemesi olarak sıkça kullanılmaktadır. Kompozit sandviç yapılar çeşitli ara malzemeler ve yüzey plakaları kullanılarak üretilebilmektedir. Bu sebepten ötürü, farklı tiplerdeki sandviç yapıların mekanik karakteristiklerinin belirlenmesi gerekmektedir.Bu çalışmada, kompozit sandviç yapılar, polipropilen esaslı bal peteği ara malzeme ile cam fiber ile güçlendirilmiş polimer (GFRP) yüzey plakaları ile el yatırması tekniği kullanılarak üretilmiştir. GFRP yüzey tabakalarının oluşturulması için örgüsüz (non-crimp) cam fiberler ile epoksi matriks kullanılmıştır. Sandviç yapıların mekanik davranışlarının ve kırılma mekanizmalarının ortaya çıkarılması için sandviç yapının ara malzeme kalınlığı önemli bir parametredir. Yüzeysel basma testlerine göre ara malzeme kalınlığındaki artış basma modülü ve dayanımında bir artış göstermektedir. Yanal basma testleri için ise sandviç panelin kırıldığı andaki en yüksek yük aynı şekilde ara tabaka kalınlığına göre incelenmiştir. Üç nokta eğme testlerine göre ise ara tabaka kalınlığı arttıkça ara tabaka kayma gerilmesinde ve yüzey plakalarının eğme gerilmesinde bir düşüş gözlemlenmiştir.Ayrıca sandviç yapıların üç boyutlu sonlu elemanlar tekniği kullanılarak modelleri oluşturulmuştur. Sandviç yapıların mekanik özelliklerinin modellenmesi için ANSYS 11 yazılımı kullanılmıştır. Sonlu elemanlar analizi için gereken malzeme özellikleri test sonuçlarından elde edilmiştir. Mekanik test sonuçları ile modellemelerden alınan sonuçların elastik bölge içinde oldukça uyuştukları gözlemlenmiş, modelin benzer yapıların elastik bölge içindeki mekanik davranışlarının öngörülebilmesi için kullanılabilir olduğuna karar verilmiştir.

The use of composite sandwich structures is increasing in aerospace and civil infrastructure applications due to their high flexural and transverse stiffness and light weight. Composite sandwich structures can be manufactured from various core and facesheet materials. Hence, the determination of the mechanical properties of different types of sandwich structures is a necessity.In this study, hand lay up technique was used for the fabrication of composite sandwich structures made of polypropylene based honeycomb core and glass fiber reinforced polymer (GFRP) facesheets. The non-crimp glass fibres and epoxy matrix were used for the production of GFRP laminates. The variation of the core thickness was the major parameter for considering the mechanical behaviour and failure mechanisms of the sandwich structures. Based on the flatwise compression tests, an increase in the compressive modulus and strength was observed with the increase of core thickness. For edgewise compression tests, peak loads up to crush of the sandwich panel was discussed by means of core thickness. According to the three point bending tests, a decrease in core shear stress and facesheet bending stress was observed as the core thickness increases.The modeling of the sandwich structures were also carried out with three dimensional finite element models. The ANSYS 11 software was used for utilizing the test data in order to predict the mechanical behavior of the sandwich structures. In the finite element analysis, the test results of each constituent were employed as the input data for ANSYS. The experimental data and the predicted results were found to be in good agreement in the elastic region, therefore the model can be used to predict the behavior of similar structures in elastic region.