Karbon fiber takviyeli kompozit plakaların çarpma açısına bağlı olarak düşük hızlı darbe davranışının ve darbe sonrası basma mukavemetinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, havacılık ve savunma sanayisinde yaygın olarak kullanılan karbon fiber takviyeli kompozit malzemelerin düşük hızlı darbe davranışı ve darbe sonrası basma mukavemeti, çarpma açısına ve darbe ucu geometrisine bağlı olarak deneysel olarak incelenmiştir. Öncelikle, kompozit numunelerin çekme ve üç nokta eğme testleri yapılmıştır. Numunelerde delinme gerçekleşinceye kadar artan enerji seviyelerinde, yarıküresel ve ojival şeklindeki darbe uçları ile 0, 5, 10 ve 15 derece çarpma açılarında ASTM 7136 standardına göre ağırlık düşürme darbe testleri yapılmıştır. Aynı şartlarda darbe sonrası basma mukavemeti testleri için hazırlanan numunelere 30,5 J darbe enerjisi seviyesinde darbe testleri yapılmıştır. Açılı çarpmalardaki ağırlık düşürme testlerinin yapılabilmesi için özel bir destek aparatı tasarlanarak üretilmiştir. Her bir test grubunun darbe davranışları kuvvet-zaman, kuvvet-yer değiştirme ve enerji-zaman eğrileri yardımıyla incelenmiştir. Enerji profil diyagramı kullanılarak numunelerin penetrasyon eşik enerjisi değerleri tespit edilmiştir. Ultrasonik c-tarama yapılarak numunelerde oluşan hasar alanları belirlenmiştir. Ayrıca ASTM 7137 standardına uygun olarak darbeye maruz kalan numunelere darbe sonrası basma mukavemeti testleri yapılmıştır. Aynı darbe enerjilerinde ve 0, 5 ve 10 derece çarpma açılarında yapılan testlere ait kuvvet-yer değiştirme ve kuvvet-zaman-enerji grafikleri benzerlik sergilerken, 15 derece çarpma açısına ait eğrilerde farklılıklar gözlemlenmiştir. Yarıküresel darbe ucunun ojival darbe ucuna kıyasla numunede daha fazla hasar alanına neden olduğu ve bunun sonucu olarak yarıküresel uç ile darbeye maruz kalan numunelerin darbe sonrası basma mukavemeti değerinin daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Ojival darbe ucu ile darbeye maruz kalan numunelerin penetrasyon eşik enerjisi yarıküresel darbe ucu ile darbeye maruz kalana göre daha fazladır. Darbe sonrası basma mukavemeti darbeenerjisinin artmasıyla büyük ölçüde azalmaktadır. Numuneye dik olarak gerçekleşen normal çarpmaların açılı çarpmalara kıyasla daha fazla hasara neden olduğu görülmüştür. Çarpma açısının artmasıyla darbe sonrası basma mukavemeti de artmaktadır.Anahtar Kelimeler : Ağırlık düşürme testi, darbe ucu geometrisi, açılı çarpma, karbon fiber takviyeli kompozit.

In this study, low velocity impact behavior and compression after impact (CAI) strength of the carbon fiber reinforced composite materials widely used in aerospace and defense industry were investigated experimentally based on impact angle and impactor geometry. Tensile and three point bending tests of composite samples were performed. Drop weight impact tests were performed according to ASTM 7136 at increasing energy levels until the samples were perforated at the angles of 0, 5, 10 and 15 using hemispherical and ogival impactors. In the same way, impact tests were carried out at 30,5 J impact energy level for the specimens prepared for CAI tests. In order to perform the oblique impacts, newly designed fixture was manufactured. The impact behavior of each test group were investigated with force-time, force-displacement and energy-time curves. The penetration threshold energy values of the samples were determined by using the energy profile diagram. The samples were inspected by using ultrasonic c-scan to determine the damage areas. In addition, the CAI tests were performed in accordance with the ASTM 7137 standard. The force-displacement and force-time-energy graphs of the tests performed at the same impact energies and 0, 5 and 10 degrees impact angles were similar, but differences were observed in the curves of 15 degree impact angle. It has been found that the hemispherical impactor causes more damage in the sample than the ogival impactor does and therefore CAI of the samples exposed to the impact by the hemispherical impactor is lower than that caused by the ogival impactor. The penetration threshold energy of the samples exposed to impact with the ogival impactor is greater than the hemispherical impactor one. On the other hand, CAI strength greatly decreases with increasing impactenergy. It was observed that normal impacts perpendicular to the sample caused more damage than oblique impacts. With increasing impact angle, CAI strength increases.Keywords : Drop weight test, impactor geometry, oblique impact, carbon fibre reinforced composites.