1

(Kompozit Malzeme Mekaniği)

(Mechanics of Composites Materials)Prof.Dr. Mehmet Zor (DEU Makine Mühendisliği Bölümü)

DERS İÇERİĞİ21.02.2019

Kompozit Malzemelerin Tanımı

En az iki farklı malzemenin makro seviyede

(birbiri içerisinde çözünmeyecek şekilde)

birleştirilmesiyle oluşturulan yeni

malzemelere kompozit malzemeler denir.

2

Amaç ise bileşenlerde tek başına iken mevcut olmayan bazı özelliklerin (hafiflik,

dayanım, esneklik, vb.) geliştirilmesi ve biraraya getirilmesidir.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Kompozit Malzemelerin Mekaniği Ne demek?

3

• Statikte, dış yüklerin etkisine maruz, durağan haldeki katı cisim ve sistemlerde kuvvet hesaplamaları;

Dış yüklerin etkisindeki katı cisim ve sistemlerin mekanik davranışlarını inceleyen Mekanik Anabilim Dalı’nın 3

temel dersi vardır: Statik, Dinamik, Mukavemet

• Dinamikte, dış yüklerin etkisine maruz hareketli katı cisim veya sistemlerde hız, ivme, kuvvet arasındaki

hesaplamalar;

• Mukavemette ise dış yüklerin etkisine maruz hareketli veya sabit katı cisim veya sistemlerde dayanım

hesapları ve boyutlandırma yapılır.

• Statik ve Dinamik hesaplamalarda katı cismin malzeme özellikleri formüllerde (genel olarak ) yer almaz. Ancak

mukavemet hesaplarında malzeme özellikleri yer alır.

• O halde statik ve dinamik hesapları kompozitler için de geçerlidir diyebiliriz.

• Ancak mukavemet dersinde gördüğümüz hesaplama şekilleri, malzeme özellikleri farklı olması sebebiyle

kompozit malzemeler için değişir.

• İşte bu ders kapsamında, kompozitlerin mukavemet hesaplamaları incelenecektir.

• Bu sebeple bu derse «Kompozit Malzemelerin Mukavemeti» ismi de vermek mümkündür.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Kompozitlerin Uygulama Alanları

Uzay teknolojisi,

Denizcilik sektörü,

Tıp alanında (Tıbbi cihazların imalatı),

Robot teknolojisi,

Kimya sanayisi,

Elektrik-Elektronik teknolojisi,

Müzik aletleri endüstrisi,

İnşaat ve yapı sektörü,

Otomotiv Sektörü,

Savunma Sanayi ve Havacılık Sektörü,

Gıda ve Tarım Sektörü

Spor malzemeleri imalatı (yüksek atlama sırıkları, tenis raketleri, sörf, yarış tekneleri, kayak vs.)

gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Bugün için birçok ürünün alternatifi olarak kompozit ürünler geliştirilmiştir.

4

Kompozitler;

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Kompozit Malzemelerin Mekaniğini bilmenin önemi

5

Görüldüğü gibi kompozit malzemeler çok farklı sektörlerde kullanılabilmekte, sürekli

geliştirilmekte ve kullanım oranı günden güne artmaktadır.

Mühendis olarak çalıştığımız herhangi bir işletmede kompozit yapıların karşımıza çıkma olasılığı

oldukça yüksektir.

Sadece kompozit üreticisi firmalarda değil, kullanım durumuna göre diğer firmalarda da

kompozit malzemelere yönelik ar-ge faaliyetleri yapılabilmektedir.

Hafiflik, ekonomiklik ve dayanımı aynı anda ve daha optimum seviyede sağlayabilmek için, farklı

konstüriksiyonlarda kullanılan elemanların kompozit alternatifleri denenebilmektedir.

Bu sebeple, bir mühendis olarak, izotropik (metal, seramik vb.) malzemeler için yapabildiğimiz

tasarım, analiz, teorik hesaplamalar, deneysel ölçümler, geliştirmeler, imalat gibi faaliyetleri,

kompozit malzemeler için de yapabiliyor olmamız bizim için önemli bir ayrıcalık ve tercih edilme

sebebi olacaktır.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

Bir makina mühendisinden kompozitler konusunda genel olarak aşağıdaki faaliyetleri

yapabilmesi beklenir:

6

o Üretilebilecek yeni bir kompozit yapıya en uygun kompozit malzeme bileşenlerini ve üretim

teknolojisini belirlemek;

o Üretim prosesini yönetebilmek,

o Farklı endüstriyel uygulamalara yönelik yeni kompozitler tasarlayabilmek,

o Yeni veya mevcut bir kompozitin mekanik ve ısıl davranışlarını karekterize eden malzeme

özelliklerini deneysel veya teorik olarak belirleyebilmek,

o Uygulamalarda kullanılan kompozit sistemlerde ortaya çıkan, mekanik veya ısıl problemleri analiz

ederek, problemlerin sebeplerini belirleyebilmek, çözümler geliştirmek ve sistemin verimliliğini

arttırıcı yeni tedbirler ortaya koymak ve uygulamak.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

7

Kompozitlerin mekanik davranışlarının izotropik malzemelerden daha farklı olması, yöne göre

değişebilmesi, mekanik açıdan farklı yaklaşım ve kriterlerle incelenmelerini gerektirir.

Zaten bu ders kapsamındaki amacımız da bu farklılıkları öğretmek ve kompozitler için de

mühendislik ar-ge faaliyetlerini yapabilecek temel bilgi birikimine sahip olmanızı sağlamaktır.

Hocam, mil malzemesini kompozit yapalım. Von-misesgerilmelerine tekrar bakalım.

Mili kompozit yaparsak, Von-Mises’e göre değil, onun kompozitlerdeki eşdeğeri Tsai-Hill kriterine göre değerlendirme yapmamız gerekir. Kompozitler için akma-kırılma kriterleri farklıdır.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

• Özet olarak bir makina mühendisi kompozit malzemeler konusunda, şu 4 temel alanda bilgi

ve beceri sahibi olmalıdır diyebiliriz:

8

1- Teorik hesaplamalar ,

2- Yaklaşık çözüm yöntemleri ,

3- Deneysel Ölçümler,

4-Üretim Yöntemleri

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

9

• İzotropik malzemelerin mukavemet hesaplarında olduğu gibi farklı yükleme

durumları ve geometriler için, mekanik davranışlara yönelik farklı teoriler ve

formüller kompozit malzemeler için de vardır .

• Ancak bu formüller izotropik malzemelerinkine göre çok daha kapsamlı ve

ayrıntılıdır. Kompozit malzemenin biçimine göre de değişiklik arz etmektedir.

• Teorik Hesaplamalarda büyük matrislerle işlemler söz konusu olduğundan

bilgisayar desteğine ihtiyaç duyulmaktadır. Örneğin Matlab programı ile

matrislere yönelik işlemler yapılabilmektedir.

1- Teorik hesaplamalar:

• Partikül takviyeli kompozitler izotropik kabul edilebildiğinden, izotropik

malzemeler için geçerli formüller bunlar için de kullanılabilir.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

10

• Teorik hesaplamaların yanısıra kompozitler için geliştirilmiş yaklaşık

hesaplama yöntemleri söz konusudur.

• Bunlardan en çok bilineni ve en yaygın olarak kullanılanı ise sonlu elemanlar

yöntemidir.

2- Yaklaşık çözüm yöntemleri :

• Özellikle teorik hesaplamaların yapılamasının zor olduğu daha kompleks

durumlarda sonlu elemanlar yöntemi kullanılır.

• Bu gün için sonlu elemanlar yöntemi esas alınarak geliştirilmiş paket yazılımlar,

kompozit malzemelere özel analizleri de yapabilmektedir.

• (Ansys, Abaqus, vb.)

• Bunun yanısıra araştırmacılar tarafından problemlere özel geliştirilmiş sayısal

çözüm yöntemlerinden de bahsetmek mümkündür. İyi bir litaratür taraması ile

kendi problemimiz için bu sayısal çözümlere ulaşılabilir.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

11

• Üretilen yeni bir kompozit malzemenin mekanik veya ısıl

özelliklerini tespit edilmesi,

• Çalışma veya inceleme şartlarında yüklemeler sonucu ortaya

çıkan cevapları ( gerilme, sıcaklık, vb.) ölçülmesi, gibi

deneysel faaliyetler bir mühendis tarafından yapılabilmeli ve

çıkan sonuçlar yorumlanabilmelidir.

3- Deneysel Ölçümler:

• Gerek sayısal gerekse deneysel elde edilen sonuçların doğru kriterlere göre değerlendirilmesi de son derece önem arz etmektedir.

• Deneysel ölçümlerle desteklenmiş sayısal hesaplama sonuçları (teorik veya yaklaşık çözüm

yöntemleri ile hesaplamalar) , güvenilir ve kaliteli bir çalışma yapıldığının en önemli göstergesidir.

• Bu sebeple bir mühendis sadece sayısal hesaplamalarla yetinmemeli onu destekleyecek deneysel

faaliyetleri de yapabilmelidir.

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

Mühendislik Faaliyetleri

12

• Bir mühendisten, yeni tasarlanmış bir kompozitin üretim yöntemlerinden hangisinin daha iyi

olacağı hakkında yorum yapabilmesi, üretimi gerçekleşmesi için gerekli makine veya ekipmanları

belirleyebilmesi ve üretim faaliyetlerini doğru şekilde yönetebilmesi de beklenir.

• Bu sebeple bir mühendisin kompozit malzeme bileşen özelliklerini bilmesinin yanısıra, üretim

teknolojileriyle ilgili bilgi birikimi ve tecrübesinin olması, işletmesi açısından son derece faydalıdır.

• Bu ders kapsamında üretim yöntemlerinde özet halinde bahsedilecektir.

4- Üretim (İmalat) Yöntemleri

21.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

DERS KAPSAMI

Bu ders kapsamında, Kompozit Malzemelerin Mekaniğine yönelik olarak;

• Teoriler ve teorik hesaplama yöntemleri,

• Sonuçları değerlendirme Kriterleri,

• Deneysel ölçümler anlatılacaktır.

Zaman yeterli olursa;

• Bilgisayar Destekli Teorik hesaplama uygulamaları,

• Sonlu Eleman Uygulama Örnekleri de anlatılacaktır.

1321.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

DERS KONULARI: Derste sırasıyla işlenecek konular şu şekildedir:

1-Ders İçeriği (Bu sunum)

2- Genel Bilgiler: Kompozit malzemelerin tanımı, tarihçesi, çeşitleri, sınıflandırılması, genel özellikleri, kullanım alanları,avantaj ve dezavantajları , matris malzemeler, takviye malzemeler

3- İmalat teknolojileri (özet bilgiler)

4- Mukavemette Temel Bilgiler

5- Anizotropik malzemelerin Elastik Davranışları (Anistropic Elasticity)

6- Mekanik Özelliklerin Teorik Hesapları

7- Kompozitten Verim Alma Sınırları

8-Mekanik Özelliklerin Deneysel Tespiti

9-Kompozitlerde Hooke Bağıntıları (Elastik durumda Gerilme-Şekil Değiştirme İlişkileri)

10-Kompozitlerde Akma-Kırılma Teorileri

11-Tabakalı Kompozitlerde Gerilme ve Şekil Değiştirme Hesapları [A, B, D matrisleri]

Zaman yeterli olursa;

12- Kompozit kirişlerde eğilme ve burkulma (ders notlarına henüz aktarılmadı)

13- Kompozit plaklarda eğilme ve burkulma (ders notlarına henüz aktarılmadı)

14- Excell veya Matlap uygulamaları (11.konu ile ilgili)

15-Ansys Uygulamaları

1421.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

DERS KAYNAKLARI

1- Mechanics of Composites Materials, (Ders Kitabıdır, yazarı: Robert M. Jones)

2- Ders Takip sayfası: (Ders Notları, duyurular, kaynaklar ve diğer tüm dökümanlar altta linki verilen

sayfadan takip edilecektir.)

(http://www.mehmetzor.com)

İletişim: mehmet.zor@deu.edu.tr

Diğer Bazı Kaynaklar:

1- Mechanics of Composites Materials (Autar K. Kaw)

2- Composite Structures- Theory and Practice (Peter Grand, Carl Q. Rousseau)

3- Mechanics and Analysis of Composite Materials (Valery V. Vasiliev & Evgeny V. Morozov)

4-Kompozit Malzeme Mekaniği: 1 nolu Autor K.Kaw ‘ın kitabının çevirisi) (Buket Okutan Baba - Ramazan Karakuzu)

1521.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

DERS DEĞERLENDİRME KRİTERLERİ

Ders başarısı değerlendirme Kriterleri:

• 1.Vize (%25)

• 2.Vize (%25)

• 1 final + 1 bütünleme (%50)

• Sınavlar yazılı olarak yapılacaktır. Sınavlarda tanımlar ve problemler sorulabilir.

• Sınavlarda Hesap makinası serbest olup, bilgisayar kullanmayı gerektiren sorular olmayacaktır.

• Sınavlarda formüllerin yer aldığı ve öğretim üyesince hazırlanan standart formül kağıtları açık ve serbest

olacaktır.

• Derse Devam Zorunluluğu vardır. Derse 6 gün veya daha fazla gelmeyenler devamsızlıktan kalacaktır. Başkasının

yerine imza atan veya attıranlar devamsızlıktan kalacaktır.

1621.02.2019 Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor

1-Ders İçeriği

21.02.2019 17

Yazılı Sınavlarda Sorumlu tutulacak kısımlar:

• 1 – 4. konuların önemli kısımlarından, 5-11. konuların tümünden öğrenciler sorumlu

tutulacaktır. Ayrıca ders anlatımı sırasında vurgulanan ancak notlarda yer almayan

açıklamalardan da öğrenciler sınavlarda sorumludur. Bu sebeple öğrencilerin derse devam edip,

ders notları üzerindeki boşluklara bu gibi açıklamaları not etmeleri gereklidir.

• Sorumlu tutulan tüm sayfalar tek dosya halinde ders takip sayfasına koyulacaktır. (Öğrencilerin

bu dosyayı çoğaltıp derse gelmeleri ve üzerinde ders işlenirken not almaları istenmektedir.)

Ders İşleme Şekli:

• İlk konular Sunumlar halinde diğer konular tahtaya yazarak derste anlatılacaktır.

• Tüm ders notları ders takip sayfasında yer alacaktır.

• Öğrenciler, sorumlu oldukları kısımları içeren ders notlarını kitapçık halinde getirmeli ve ders

sırasında önemli gördükleri açıklamaları bu notların boş kısımlarına not etmelidir.

Kompozit Malzeme Mekaniği-Ders Notları-Prof.Dr.Mehmet Zor