Geleneksel ve alternatif malzemeli denizel kompozitlerin üretim parametreleri ve mekanik özelliklerine etkilerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, farklı boyutlara sahip delik ve yüzeysel oluklar işlenmiş PVC köpük içeren denizel sandviç kompozitlerin mekanik davranışları araştırılmıştır. Sandviç kompozit numuneler, vinil ester reçine sistemi ve vakum destekli reçine transfer kalıplama yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Köpük malzemeye kalınlık doğrultusunda farklı delik delme şablonları uygulanmış ve açılan deliklerin infüzyon işlemi sırasında reçine ile dolması neticesinde pim takviyeli köpük yapılar elde edilmiştir. Delik şablonlarının sandviç panellerin düzlem dışı basma ve çekirdek kayma özelliklerine etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Pim takviyeli sandviç numunelerin, %67' ye kadar ulaşan ağırlık artışına karşılık üç nokta eğilme hasar yükleri, düz çekirdek içeren referans panele kıyasla %133.8 artış göstermiştir. Köpük ezilmesine neden olan düzlem dışı basma hasar yükü değerlerinde, köpük malzemenin katı reçine pimleri ile güçlendirilmesiyle maksimum %570 artış sağlanmıştır. Bu sonuçlara ek olarak, çeşitli çekirdek işleme konfigürasyonu uygulanmış PVC köpük içeren sandviç kompozit kirişlerin dört nokta eğilme davranışları deneysel, analitik ve sayısal çözümleme teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Eğilme dayanımı ve efektif eğilme rijitlik değerlerinde, referans numuneye kıyasla sırasıyla maksimum %34 ve %61 oranında artış sağlanmıştır. Orta açıklık sehimi, eşdeğer eğilme rijitliği ve eğilme hasar yükleri hesaplanmıştır. Sandviç kirişlerin eğilme davranışları, yüzey tabakaları lineer ortotropik ve köpük çekirdek davranışını temsilen izotropik sertleşme plastisite (isotropic hardening model plasticity) malzeme modelleri kullanılarak sonlu elemanlar yöntemi (ANSYS yazılımı) ile sayısal olarak analiz edilmiştir. Köpük malzemelerin işlenmesinin infüzyon üretim sistemlerinde reçine akış geçirgenliği sağlamasının yanı sıra sandviç panellerin mekanik performansını artırmak için de başvurulacak basit, uygulanabilir ve ekonomik bir yöntem olduğu görülmüştür.

In this study, the mechanical behavior of marine sandwich composites containing PVC foam with holes and surface grooves of different sizes were investigated. Sandwich composite samples were produced using vinyl ester resin system and vacuum assisted resin transfer molding method. Different hole drilling square patterns were applied to the foam material in thickness direction and pin reinforced core structures were obtained as a result of filling holes with resin during infusion process. The effect of hole patterns on out-of-plane compression and core shear properties of sandwich panels was investigated experimentally. The three point bending failure load of pin reinforced sandwich panels increased by 133.8% compared to the reference panel at the expense of increased panel weight up to 67%. Out-of-plane compression failure load causing core crushing increased by 570% by reinforcing the foam material with cured resin pins. In addition, the four point bending behavior of sandwich composite beams containing PVC foam with various core machining configurations was investigated experimentally, analytically and numerically. The bending strength and effective bending stiffness increased up to 34% and 61%, respectively, in comparison to a control beam without core modification. Analytical equations were utilized for calculating the mid-span deflection, equivalent bending stiffness and ultimate bending strength of the sandwich beams. Finite element analysis was also performed to analyze the flexural response of the specimens taking into account the combined effect of orthotropic linear elasticity of the face sheet and the non-linear behavior of the foam core. It has been found that the core cutting of foam materials is a simple, economical and feasible method to improve the mechanical performance of marine sandwich panels as well as to provide resin flow permeability in infusion systems.