Hibrit kompozitlerin kırılma tokluğunun belirlenmesi

Abstract

Fiber takviyeli kompozit malzemeler metalik malzemelere kıyasla daha üstün mekanik özelliklere sahiptirler. Bu özellikleri nedeniyle son yıllarda hava, deniz ve kara taşıtlarında metalik malzemelere alternatif olarak kullanılmışlardır. Üretim, montaj veya çalışma sırasında malzeme bünyesinde meydana gelen çatlaklar kırılma tokluğunu ve malzemenin direncini olumsuz etkilemektedir.Bu çalışmada; tek kenar çatlağına (TKÇ), merkezi çatlağa (MÇ) ve çift kenar çatlağına (ÇKÇ) sahip dokuma cam/epoksi, dokuma karbon/epoksi ve dokuma cam-karbon/epoksi tabakalı kompozitlerin kırılma davranışları incelenmiştir. Bu amaçla, sekiz tabakalı dokuma cam/epoksi (C8), dokuma karbon/epoksi (K8) tabakalı kompozitler ile dokuma cam-karbon/epoksi (C2K4C2), dokuma karbon-cam/epoksi (K2C4K2) hibrit kompozitler ısı ve zaman kontrollü hidrolik preste 105oC sıcaklık ve 8MPa basınçta el yatırma yöntemi ile 100 dakika preslenerek üretilmiştir. Çatlak boyunun kırılma tokluğuna etkisini incelemek için 25x150mm2 boyutlarındaki numunelere üç farklı boyda (4, 6 ve 8mm) çatlak açılmıştır. Çatlak yönünün kırılma tokluğuna etkisini belirlemek için ise numunelere dört farklı açıda (0°, 30°, 45° ve 60°) çatlak açılmıştır. Farklı konum, farklı boy ve farklı çatlak açılarında kesilen numuneler 1mm/dak çekme hızında çekme testine tabi tutulmuştur. Nümerik analiz için ANSYS sonlu elemanlar paket programı kullanılmıştır. Nümerik analiz için gerekli olan mekanik özellikler ASTM standartlarına göre belirlenmiş ve J-integral metodu kullanılarak tabakalı kompozit numunelerin kırılma toklukları hesaplanmıştır. Deneysel ve nümerik çalışmalar sonucunda elde edilen kırılma tokluğu değerlerinin birbirleriyle uyuştuğu gözlemlenmiştir.

Fiber reinforced composite materials, have superior mechanical properties compared to metallic materials. In the recent years, they have been used in air, sea and land vehicles as an alternative to metallic materials due to their properties. Cracks that become during production, montage and working period effect fracture toughness and material resistance negatively.In this study; the fracture behavior of woven glass/epoxy, woven carbon/epoxy and woven glass-carbon/epoxy laminated composites which have single edge crack (TKÇ), central crack (MÇ) and double edge crack (ÇKÇ), were investigated. For this purpose, eight layered woven glass/epoxy (C8), woven carbon/epoxy (K8) layered composites with woven glass-carbon/epoxy (C2K4C2), woven carbon-glass/epoxy (K2C4K2) hybrid composites were produced by hand lay-up method for 100 min. in hydraulic press regulating temperature and time control under conditions 105°C and 8MPa.For determination of crack length effect on the fracture toughness, cracks in 3 different dimensions (4, 6 and 8mm) were opened on the samples in 25x150 mm2 dimensions. To determine the crack direction effect on the fracture toughness, cracks in 4 different angles (0°, 30°, 45° and 60°) were opened on the samples. Cutted samples in different locations, different lengths and different crack orientations were tested in tensile test instrument with 1mm/min tensile speed. ANSYS finite elements package programme was used for the numerical analysis. Mechanical properties that are necessary for the numerical analysis were determined according to ASTM and fracture toughness of the composite samples was calculated by the J-integral method. According to tests and numerical analysis studies, it was observed that the results of the fracture toughness matched each other.