T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

SANDVİÇ KOMPOZİTLERDE “BALPETEĞİ”

YAPISININ OPTİMİZASYONU

BİTİRME PROJESİ

Aydın Uğur ÖZTÜRK

Projeyi Yöneten

Yrd. Doç. Dr. Çiçek ÖZES

Ocak, 2009

İZMİR

I

TEZ SINAV SONUÇ FORMU

Bu çalışma …/…/… günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME PROJESİ olarak kabul

edilmiştir.

Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ……… (………………) dir.

Başkan Üye Üye

Makina Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,

…………………… numaralı ……………………………….. jürimiz tarafından …/…/…

günü saat …….. da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden ……… almıştır.

Başkan Üye Üye

ONAY

II

TEŞEKKÜR

Sandviç kompozitlerde balpeteği yapısının optimizasyonu konusunda hazırlamış olduğum

bitirme projesinde bana rehberlik eden ve gerekli kaynakları bulmamı sağlayan

Yrd. Doç. Dr. Çiçek ÖZES’ e teşekkür ederim.

Ayrıca eğitim hayatım boyunca her zaman yanımda olan ve her türlü maddi ve manevi

desteklerde bulunan aileme sonsuz teşekkür ederim.

Aydın Uğur ÖZTÜRK

III

ÖZET

SANDVİÇ KOMPOZİTLERDE BALPETEĞİ YAPISININ OPTİMİZASYONU

AYDIN UĞUR ÖZTÜRK

DANIŞMAN: Yrd. Doç. Dr. ÇİÇEK ÖZES

Mühendislik uygulamalarında kompozit malzemelerin yeri gün geçtikçe artmaktadır.

Özellikle petekli kompozit yapıların çarpma sonucu ortaya çıkan enerjinin absorbe edildiği

yüksek mekanik dayanım gerektiren konstrüksiyonlarda kullanımı artmaktadır.

Bu çalışmada boyutları belli olan bir sandviç kompozit yapının içerisine konulacak

dikdörtgen veya üçgen petek yapıların çökme ve gerilme değerlerinden yola çıkarak en

uygun olanı bulunmaya çalışılmıştır. Bunun için sekiz farklı modelde çözümlemeler ANSYS

11 programı yardımıyla yapılmıştır.

IV

İÇİNDEKİLER

Sayfa

İçindekiler IV

Tablo Listesi VII

Şekil Listesi VII

BİRİNCİ BÖLÜM

KOMPOZİT MALZEMELER

1.1 Kompozit Malzemelerin Gelişim Süreci ........................................................................... 1

1.2 Kompozit Malzemelerin Tanımı ....................................................................................... 3

1.3 Kompozit Malzemelerin Avantajları Ve Dezavantajları ................................................. 5

1.3.1 Avantajları ................................................................................................................... 5

1.3.1.1 Yüksek Mukavemet ............................................................................................. 5

1.3.1.2 Kolay Şekillendirebilme ...................................................................................... 5

1.3.1.3 Elektriksel Özellikler ........................................................................................... 5

1.3.1.4 Korozyona Ve Kimyasal Etkilere Karşı Mukavemet ........................................... 5

1.3.1.5 Isıya Ve Ateşe Dayanıklılığı ................................................................................ 6

1.3.1.6 Kalıcı Renklendirme ............................................................................................ 6

1.3.1.7 Titreşim Sönümlendirme...................................................................................... 6

1.3.2 Dezavantajları ............................................................................................................. 6

1.4 Kompozitlerin Yapısı ......................................................................................................... 6

1.4.1 Güçlendiriciler ............................................................................................................ 7

1.4.1.1 Faz Lifler .............................................................................................................. 7

V

1.4.1.1.1 Cam Lifler ......................................................................................................... 7

1.4.1.1.2 Karbon Lifler .................................................................................................... 8

1.4.1.1.3 Polimer Lifler .................................................................................................... 8

1.4.1.2 Parçacıklar ............................................................................................................ 8

1.4.2 Matris .......................................................................................................................... 9

1.5 Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanlar ....................................................................... 9

1.5.1 Havacılık Sanayii ........................................................................................................ 9

1.5.2 Denizcilik Sanayii ..................................................................................................... 10

1.5.3 Spor Araçları ............................................................................................................. 11

1.5.4 Korozyona Dayanıklı Ürünler ................................................................................... 12

1.5.5 Sağlık ........................................................................................................................ 12

1.5.6 Ulaşım ....................................................................................................................... 13

1.5.7 Otomotiv ................................................................................................................... 14

1.5.8 Müzik Aletleri ........................................................................................................... 15

1.5.9 Şehircilik ................................................................................................................... 15

1.5.10 İnşaat Sektörü .......................................................................................................... 16

1.5.11 Tarım Sektörü 16

İKİNCİ BÖLÜM

PETEKLİ YAPILAR

2.1 Petekli Yapılar ................................................................................................................. 17

2.2 Petekli Yapı Üretim Yöntemleri ...................................................................................... 18

2.2.1 Uzatarak Şekil Verme Yöntemi ................................................................................ 18

2.2.2 Kıvırma Yöntemi ...................................................................................................... 19

2.3 Hücre Karakteristikleri ..................................................................................................... 20

2.4 Kullanım Alanları ............................................................................................................ 21

VI

ÜÇÜNCÜ BÖLÜM

OPTİMİZASYON

3. Optimizasyon Hakkında Genel Bilgiler ............................................................................. 23

3.1 Tasarım Optimizayonu Probleminin Formulasyonu ........................................................ 23

3.1.1 Tasarım Değişkenlerinin Belirlenmesi ...................................................................... 23

3.1.2 Amaç Fonksiyonunun Tanımlanması Ve Tasarım Değişkenleri Cinsinden İfade Edilmesi ............................................................................................................................. 24

3.1.3 Kısıtların Tanımlanması Ve Tasarım Değişkenleri Cinsinden İfade Edilmesi ......... 25

DÖRDÜNCÜ BÖLÜM

ANSYS 11 İLE OPTİMİZASYON

4.1 ANSYS 11 İle Gerilme Analizi ....................................................................................... 26

4.2 Problemin Tanımı ............................................................................................................ 26

4.3 Analiz Tipinin Belirlenmesi ............................................................................................. 27

4.4 Eleman Tipi Ve Özellikleri .............................................................................................. 27

4.6 Modellerin Oluşturulması ................................................................................................ 29

4.6.1 Dikdörtgen Petek Yapılı Modellerin Oluşturulması ................................................. 29

4.6.2 Üçgen Petek Yapılı Modellerin Oluşturulması ......................................................... 32

4.7 Elemanlarına Ayırma “MESH” ....................................................................................... 34

4.8 Sınır Şartlarının Verilmesi ............................................................................................... 39

4.9 Kuvvetlerin Uygulanması ................................................................................................ 39

4.10 Çözümleme .................................................................................................................... 41

4.11 Sonuç ............................................................................................................................. 58

KAYNAKLAR ...................................................................................................................... 59

VII

TABLO LİSTESİ

Tablo 1.1 Bazı kompozit malzemelerin özellikleri……………………………………….4

Tablo 4.1 Malzeme özellikleri…………………………………………………………...29

ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 1.1 Kerpiç tuğla yapımını gösteren bir resim.................................................................. 1

Şekil 1.2 Malzemelerin tarihsel gelişimi .................................................................................. 3

Şekil 1.3 a) Lif ile güçlendirilmiş kompozit b) Parçacık ile güçlendirilmiş kompozit ............ 7

Şekil 1.4 Uçak teknolojisinde kullanılan kompozit malzemeler 1 ........................................ 10

Şekil 1.5 Uçak teknolojisinde kullanılan kompozit malzemeler 2 ......................................... 10

Şekil 1.6 Deniz araçlarına örnek resimler .............................................................................. 11

Şekil 1.7 Spor araçları ............................................................................................................ 12

Şekil 1.8 Diş hekimliğinde kullanılan kompozit dolguların klasik amalgam dolguyla (koyu renkli olan) karşılaştırılması. ................................................................................................. 13

Şekil 1.9 Yapay bacak ............................................................................................................ 13

Şekil 1.10 Hızlı Tren .............................................................................................................. 14

Şekil 1.11 Otomobil ön paneli ............................................................................................... 15

Şekil 2.1 Bal peteği kompozitler ............................................................................................ 17

Şekil 2.2 Altıgen hücreli petekli yapı ..................................................................................... 18

Şekil 2.3 Sandviç panelin yapıştırılarak elde edilmesi ........................................................... 18

Şekil 2.4 Uzatarak şekil verme yöntemi ile petek hücre üretimi ........................................... 19

Şekil 2.5 Kıvırma yöntemi ile petekli yapı hücre üretimi ...................................................... 19

Şekil 2.6 Özel işlem yapılmış petek yapılı paneller ............................................................... 20

Şekil 2.7 Petekli yapı hücre türleri ......................................................................................... 21

VIII

Şekil 2.8 Çeşitli petek yapılı kompozit uygulamaları ............................................................ 22

Şekil 3.1 Optimizasyon Eğrisi ............................................................................................... 24

Şekil 4.1 Sandviç kompozitin boyutları ................................................................................. 27

Şekil 4.2 Analiz tipinin seçimi ............................................................................................... 27

Şekil 4.3 Seçtiğimiz eleman tipinin kalınlığının girilmesi ..................................................... 28

Şekil 4.4 Malzemelerin özelliklerinin girilmesi ..................................................................... 29

Şekil 4.5 Dikdörtgen petek yapılı modelin keypointleri ........................................................ 30

Şekil 4.6 Dikdörtgen petekler ................................................................................................ 30

Şekil 4.7 Dikdörtgen petekli sandviç kompozitler a) Yüksekliği 10cm, kenarlar 10 eşit parçaya bölünmüş, b) Yüksekliği 10cm, kenarlar 20 eşit parçaya bölünmüş, c) Yüksekliği 20cm, kenarlar 10 eşit parçaya bölünmüş, d) Yüksekliği 20cm, kenarlar 20 eşit parçaya bölünmüş ................................................................................................................................ 31

Şekil 4.8 Üçgen petek yapılı modelin keypointleri ................................................................ 32

Şekil 4.9 Üçgen Petekler ........................................................................................................ 33

Şekil 4.10 Üçgen petekli sandviç kompozitler a) Yüksekliği 10cm, kenarlar 10 eşit parçaya bölünmüş, b) Yüksekliği 10cm, kenarlar 20 eşit parçaya bölünmüş, c) Yüksekliği 20cm, kenarlar 10 eşit parçaya bölünmüş, d) Yüksekliği 20cm, kenarlar 20 eşit parçaya bölünmüş ............................................................................................................................................... 34

Şekil 4.11 Elemanın boyutlarının girilmesi ........................................................................... 35

Şekil 4.12 Dikdörtgen petek yapılı kompozitlerin elemanlarına ayrılmış halleri (A,B,C,D) . 37

Şekil 4.13 Üçgen petek yapılı kompozitlerin elemanlarına ayrılmış halleri .......................... 39

Şekil 4.14 450 N’ luk kuvvetin modele uygulanışı ................................................................ 40

Şekil 4.15 Dikdörtgen ve üçgen petekli kompozite yayılı yükün uygulanışı......................... 41

Şekil 4.16 Yüksekliği 10 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(Birinci Model) (-306.855 mm) ............................................................. 42

Şekil 4.17 Yüksekliği 10 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(İkinci Model) (-304.969mm) ................................................................. 42

Şekil 4.18 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı (Üçüncü Model)(-141.32 mm) .............................................................. 43

Şekil 4.19 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(Dördüncü Model) (-132.77 mm) ........................................................... 43

Şekil 4.20 Yüksekliği 10 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(Beşinci Model) (-232.257 mm) ............................................................. 44

Şekil 4.21Yüksekliği 10 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(Altıncı Model) (-180.875mm) ............................................................... 44

Şekil 4.22 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(Yedinci Model) (-81.576mm) ............................................................... 45

IX

Şekil 4.23 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli yapının deplasmanı(Sekizinci Model) (-50.19 mm) .............................................................. 45

Şekil 4.25 İkinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 28200000 N/m²) ..................................................................................................................... 46

Şekil 4.26 Üçüncü modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 20300000 N/m²) ..................................................................................................................... 47

Şekil 4.27 Dördüncü modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 20500000 N/m²) ..................................................................................................................... 47

Şekil 4.28 Beşinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 26800000N/m²) ...................................................................................................................... 48

Şekil 4.29 Altıncı modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 17700000 N/m²) ..................................................................................................................... 48

Şekil 4.30 Yedinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 17400000N/m²) ...................................................................................................................... 49

Şekil 4.31 Sekizinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme 10800000 N/m²) ..................................................................................................................... 49

Şekil 4.32 Birinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-306.855 mm) ..... 50

Şekil 4.33 İkinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-103.468 mm) ...... 50

Şekil 4.34 Üçüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-35.048 mm) .... 51

Şekil 4.35 Dördüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-34.475 mm) .. 51

Şekil 4.36 Beşinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-83.036 mm) ...... 52

Şekil 4.37 Altıncı modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-66.916 mm) ....... 52

Şekil 4.38 Yedinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-23.444 mm) ..... 53

Şekil 4.39 Sekizinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-16.447 mm) ... 53

Şekil 4.40 Birinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (20300000N/ m²) .................................................................................................................... 54

Şekil 4.41 İkinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (20300000N/ m²) .................................................................................................................... 54

Şekil 4.42 Üçüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (16100000N/ m²) .................................................................................................................... 55

Şekil 4.43 Dördüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (16000000N/ m²) .................................................................................................................... 55

Şekil 4.44 Beşinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (17100000N/ m²) .................................................................................................................... 56

Şekil 4.45 Altıncı modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (11000000N/ m²) .................................................................................................................... 56

Şekil 4.46 Yedinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (12100000N/ m²) .................................................................................................................... 57

X

Şekil 4.47 Sekizinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi (7300000N/ m²) ...................................................................................................................... 57

Şekil 4.48 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş üçgen petekli

kompozit. 58

1

BİRİNCİ BÖLÜM

KOMPOZİT MALZEMELER

1.1 Kompozit Malzemelerin Gelişim Süreci

Günümüzde gemi yapımından bina yapımına, ev aletleri üretiminden uzay

teknolojisine ka dar he men he men he r alanda çok yaygın bir kullanımı bulunan

kompozit malzemenin üretimi son birkaç yüz yıla mal edilmiş gibi görülse de ilk

örnekleri çok eskilere dayanmaktadır. Kompozit malzeme kavramının ortaya atılması

ve konunun bir mühendislik konusu olarak ele alınması ancak 1940’lı yılların

başında gerçekleşmiştir.

Çok bileşenli malzemenin ilk örnekleri, doğada bulunan malzemeye yapılan

müdahalelerle onun kullanılır hale getirilmeye başlandığı aşamadır.

İlk çağlardan beri insanlar kırılgan malzemenin içine bitkisel veya hayvansal lifler

koyarak bu kırılganlık özelliğinin giderilmesine çalışmışlardı. Bu konularda en iyi

örneklerden biri kerpiç malzemedir. Kerpiç üretiminde killi çamur içine katılan

saman, sarmaşık dalları gibi sap ve lifler, gerek üretim gerek kullanım sıarasındaki

dayanımını arttırmaktadır.

Şekil 1.1 Kerpiç tuğla yapımını gösteren bir resim

2

Öte yandan, günümüzde kompozit malzemenin donatılmasında yaygın olarak kullanılan

liflerle ilgili uygulamanın da çok yeni olmadığı eldeki bulgulardan anlaşılmaktadır. Örneğin

cam liflerin üretimi, eski Mısır’a kadar tarihlendirilmektedir. Daha M.Ö 1600 yıllarında

Mısır’da ince cam liflerin yapımının bilindiği, XVIII. Hanedan devrinden kalan, çeşitli

renklerdeki cam lifleriyle bezenmiş amforaların varlığından anlaşılmaktadır.

Cam liflerin sanayide kullanımıyla ilgili ilk kayıt, 1877 tarihlidir. Hidrolik bağlayıcılar ve

elyaf malzeme kullanılarak yapay taş plakaların üretilmesi yöntemi hakkında bu yüz yılın

başında alınmış patentlere rastlanmaktadır. Günlük uygulamalarda en yaygın kullanım

olanağı bulmuş olan liflerle donatılmış kompozit malzemelerden ikisi, asbest lifleriyle

donatılı kompozit malzemeler ve cam lifleriyle donatılı polyester kompozitlerdir. İlk kez

ince levha yapımında kullanılan çimento ve asbest kompozitleri yıllar boyu önemini

koruyarak bu gün hala kullanılan bir malzeme olma özelliğini sürdürmektedir.

Öte yandan, liflerle donatılı sentetik reçineler 1950’li yılların ortalarından itibaren

endüstride kullanılmaya başlanmıştır. Bu malzemenin en tanınmış grubunu “cam lifi donatılı

polyester reçinesi kompoziti” oluşturmaktadır. Ülkemizde “fiberglas” diye tanınan bu

malzeme 1960’lı yılların başından itibaren Türkiye’de sıvı depoları, çatı levhaları, küçük

boyda deniz teknelerinin yapımı gibi alanlarda kullanılmıştır. Ülkemizde seri üretimi

yapılmış ilk yerli otomobil olan “Anadol” un kaportası bu malzemeden üretilmiştir.

Cam lifleriyle donatılı sentetik reçine matrisli malzemeler için dilimizde “Cam Takviyeli

Plastik (CTP)” adı yerleşmiştir. Cam takviyeli plastiklerin üretiminde, en çok kullanılan

malzeme olan polyesterin yanı sıra, günümüzde diğer termoset ve termoplastik reçinelerde

kullanılmaktadır.

3

Şekil 1.2 Malzemelerin tarihsel gelişimi

1.2 Kompozit Malzemelerin Tanımı

Genel olarak kompozit malzeme fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı olan iki veya daha

fazla malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu daha iyi mekanik özelliklere sahip olan

malzemelerdir. Kompozit malzemenin yapısını fiberler ve matris oluşturur. En çok

kullanılan şekliyle, matris malzeme içerisine daha farklı bir malzemenin fiber veya parçacık

olarak konması ve kür işlemiyle tek bir yapı oluşturulmasıdır. Bu bileşenler birbirleri içinde

çözünmezler veya karışmalar. Fiberler, kompozit yapının takviye elemanı olup mekanik

mukavemeti sağlarlar. Matris, fiberleri bir arada tutan, fiberler arasında gerilim aktarımını

sağlayarak mekanik yapının oluşumunu dolaylı olarak etkileyen ve fiberleri fiziksel ve

kimyasal dış etkilerden koruyarak kompozit yapının bir sistem olarak ortaya çıkmasını

sağlayan ana yapıdır. Matris malzemesi olarak metal alaşımları kullanıldığı gibi daha uygun

olan reçinelerde kullanılmaktadır. Matrislere (bağlayıcılar) örnek olarak polimer, seramik ve

metalleri; g üçlendiricilere ö rnek o larak ta f iberler, p artiküller, wh iskers ( polimer, s eramik

veya metalde olabilir) verilebilir. Kompozit malzemelerin tercih edilmesinin sebebi ağırlık

olarak % 25 lere ulaşan miktarda tasarruf sağlamalarıdır.

4

Tablo 1.1 Bazı kompozit malzemelerin özellikleri.

En çok kullanılan kompozit malzeme kombinasyonları; Cam elyafı+polyester, karbon

elyafı+epoksi ve aramid elyafı+epoksi birleşimleridir. Kompozit malzemeler katlı tabakalar

veya ince tabakalar halinde uygulanabilmektedir. 1940’ların sonlarında geliştirilen CTP (

Cam Takviyeli Polyester – CTP/ Glassfiber Reinforced Polyester- GRP) günümüzde en çok

kullanılan ve ilk modern polimer esaslı kompozit malzemedir. Bugün üretilen tüm kompozit

malzemelerin yaklaşık olarak % 85’i CTP’dir ve çoğunlukla tekne gövdeleri, spor ar açlar,

paneller ve araba gövdelerinde kullanılmaktadır. CTP ve diğer kompozit kombinasyonlarının

günümüzde tercih edilmesinin ve kullanımlarındaki artışın mutlak sebepleri sağlamlıkları ve

hafiflikleridir. Çeşitli plastik malzemelerin seramik, metal bazen d e s ert p olimerlerin

elyafları ile güçlendirilerek ileri derecede faydalar sağlayan malzemeler üretmek

mümkündür. İçindeki plastik sayesinde kolaylıkla şekil verilebilen ve takviye elyaflar

sayesinde son derece sağlam, sert ve hafif olan bu malzeme kombinasyonları her gün

yepyeni uygulama alanlarında karşımıza çıkmaktadırlar. Ayrıca metallere kıyasla malzeme

yorulması, malzeme üzerinde hasarların tolere edilmesi ve korozyona dayanıklılık özellikleri

bakımından avantaj sağlamaktadır. Tüm bu faydalarına rağmen kompozitlerin tamamıyla

metalin yerine geçmesinin üç ana sebebi vardır;

1. Titanyum ve çelik gibi metallerin bazı uygulamalarda ihtiyaç duyulan kritik düzeyde

ısı, mekanik özellikleri günümüz kompozitleri tarafından karşılanamamaktadır.

2. Bazı karmaşık biçimler düşük maliyetler çerçevesinde üretilememektedir.

3. Kompozitlerin kilogramlarının başına düşen üretim maliyeti rakamları metallerden

daha yüksektir.

5

1.3 Kompozit Malzemelerin Avantajları Ve Dezavantajları

1.3.1 Avantajları

Kompozit malzemelerin birçok özelliklerinin metallerinkine göre çok farklılıklar

göstermesinden dolayı, metal malzemelere göre önem kazanmışlardır. Kompozitlerin özgül

ağırlıklarının düşük oluşu hafif konstrüksiyonlarda kullanımda büyük bir avantaj

sağlamaktadır. Bunun yanında, fiber takviyeli kompozit malzemelerin korozyona

dayanımları, ısı, ses ve elektrik izalasyonu sağlamaları da ilgili kullanım alanları için bir

üstünlük sağlamaktadır.

Bu malzemelerin avantajlı olduğu bazı yönler:

1.3.1.1 Yüksek Mukavemet

Kompozitlerin çekme ve eğilme mukavemeti birçok metalik malzemeye göre çok daha

yüksektir. Ayrıca kalıplama özelliklerinden dolayı kompozitlere istenen yönde ve bölgede

gerekli mukavemet verilebilir. Böylece malzemeden tasarruf yapılarak, daha hafif ve ucuz

ürünler elde edilir.

1.3.1.2 Kolay Şekillendirebilme

Büyük ve kompleks parçalar tek işlemle bir parça halinde kalıplanabilir. Bu da malzeme

ve işçilikten kazanç sağlar.

1.3.1.3 Elektriksel Özellikler

Uygun m alzemelerin se çilmesiyle ço k ü stün el ektriksel özelliklere sah ip k ompozit

ürünler elde edilebilir. Bugün büyük enerji nakil hatlarında kompozitler iyi bir iletken ve

gerektiğinde de başka bir yapıda, iyi bir yalıtkan malzemesi olarak kullanılabilirler.

1.3.1.4 Korozyona Ve Kimyasal Etkilere Karşı Mukavemet

Kompozitler, hava etkilerinden, korozyondan ve çoğu kimyasal etkilerden zarar

görmezler. Bu özellikleri nedeniyle kompozit malzemeler kimyevi madde tankları, boru ve

aspiratörler, tekne ve diğer deniz araçları yapımında güvenle kullanılmaktadır. Özellikle

korozyona karşı mukavemetli olması, endüstride birçok alanda avantaj sağlamaktadır.

6

1.3.1.5 Isıya Ve Ateşe Dayanıklılığı

Isı iletim katsayısı düşük malzemelerden oluşabilen kompozitlerin ısıya dayanıklılık

özelliği, yüksek ısı altında kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. Bazı özel katkı

maddeleri ile kompozitlerin ısıya dayanımı arttırılabilir.

1.3.1.6 Kalıcı Renklendirme

Kompozit malzemeye, kalıplama esnasında reçineye ilave edilen pigmentler sayesinde

istenen renk verilebilir. Bu işlem ek bir masraf ve işçilik gerektirmez.

1.3.1.7 Titreşim Sönümlendirme

Kompozit malzemelerde süneklik nedeniyle doğal bir titreşim sönümleme ve şok

yutabilme özelliği vardır. Çatlak yürümesi olayı da böylece minimize edilmiş olmaktadır.

1.3.2 Dezavantajları

1. Kompozit malzemelerdeki h ava z errecikleri malzemenin y orulma ö zelliklerini

olumsuz etkilemektedir.

2. Kompozit malzemeler değişik doğrultularda değişik mekanik özellikler gösterirler.

3. Aynı kompozit malzeme için çekme, basma, kesme ve eğilme mukavemet değerleri

farklılıklar gösterir.

4. Kompozit malzemelerin delik delme, kesme türü operasyonları liflerde açılmaya

neden olduğundan, bu tür malzemelerde hassa imalattan söz edilemez.

1.4 Kompozitlerin Yapısı

Kompozitler temelde bir sürekli ve bir de süreksiz olmak üzere iki fazdan oluşurlar.

Sürekli faz “matris”, süreksiz faz ise “güçlendirici” (reinforcement) olarak adlandırılır.

Güçlendirici faz lif ya da parçacık halinde olabilir. Lif türünün en yaygın örnekleri cam,

karbon veya polimer lifleridir. Parçacık türü için mika ve talk örnek olarak verilebilir. Matris

ise çoğunlukla epoksi reçine, poliester/stiren sistemleri veya poliimid türü polimedir.

7

1.4.1 Güçlendiriciler

1.4.1.1 Faz Lifler

Lif ile güçlendirilmiş kompozitlerin en çok kullanılanı fiberglassdır. Bunun matrisi,

poliesterin stiren monomeri ile reaksiyona girmesi sonucu oluşan çapraz bağlı bir reçinedir.

Lifleri ise camdır. Poliester-stiren karışımı önceden belirlenmiş miktardaki cam lifin üzerine

dökülür, polimerleşme reaksiyonu sonucu karışım sertleşir ve kompozit malzeme elde edilir.

Fiberglas, çelikten daha dayanıklı, fakat çok daha hafiftir. Fiberglassdaki lifler tek bir yönde

dizilmemiş olup, karışık şekilde yerleşmişlerdir. Tüm lifler aynı yönde dizilerek daha

dayanıklı kompozitler hazırlanabilir. Yönlendirilmiş lifler kompozitlere ilginç özellikler

katarlar. Kompozit, liflerin yönünde çekildiğinde çok dayanıklıdır, fakat lif yönüne dik bir

açı ile çekildiğinde o kadar dayanıklı olmadığı görülür. Bazen kullanılan malzeme yalnızca

bir yönde gerilim altında kalacağından tek yönde dayanıklı malzemelere ihtiyaç vardır. Fakat

çoğu zaman da birden fazla yönde dayanıklı kompozitlere ihtiyaç duyulur. Bu durum liflerin

dokunmasıyla sağlanır.

Şekil 1.3 a) Lif ile güçlendirilmiş kompozit b) Parçacık ile güçlendirilmiş kompozit

1.4.1.1.1 Cam Lifler

Cam lif ler, p lastik malzemeleri güçlendirmek için kullanılan en yaygın malzemedir. Bu

başarısı, uygun fiyatı (yaklaşık olarak plastiğinkiyle aynı) ve istenilen özellikler arasındaki

mükemmel dengenin sonucudur. Cam terimi inorganik camların geniş bir grubunu ifade

etmek için kullanılır. Hepsi, silika (SiO2) temellidir, fakat az miktarda diğer inorganik

oksitleri de içerirler. Çok çeşitli bileşimleri mevcuttur ve her biri bir kod harfiyle gösterilir.

Plastiklerde en çok kullanılan lif, E-camıdır.

8

Cam lifler, erimiş camın yüksek hızlarda, çok sayıda delik (100-1000 arası) içeren platin

bir l evha üzerinden g eçirilmesiyle el de ed ilir. El de edilen uzun lifler yüksek hızda

döndürülerek camsı geçiş sıcaklığı civarında soğuyup katılaşırlar. Uygulamalarda cam

liflerin aşağıdaki iki özelliği avantaj sağlar:

1) Camın yumuşama noktası yaklaşık 850°C dır, bu nedenle yüksek sıcaklıklara

dirençlidir.

2) Görünür ışığa karşı şeffaftır, böylelikle kompozit matrisin rengini alır.

1.4.1.1.2 Karbon Lifler

Karbon lif ler g enellikle p oliakrilonitril’in ( PAN), 1 000-1500°C ‘da karbonlaştırılması

(havasız ortamda ısıtılması) ile üretilir. Karbon lif lerin u ygulamadaki avantajları; b oyutsal

açıdan kararlı oluşları, kimyasal inertlikleri nedeniyle neme ve pek çok kimyasala direnç

göstermeleri ve elektriksel/ ısısal iletkenliklerinin yüksek oluşudur. Karbon liflerin kullanıcı

açısından en önemli dezavantajı ise siyah renginden dolayı kompozit renginin istenilen

şekilde korunamamasıdır. Diğer bir dezavantaj olarak yüksek maliyet söylenebilir.

1.4.1.1.3 Polimer Lifler

Polimer lifler diğer polimerleri güçlendirmek için yeterince sert ve sağlam değildirler.

Yalnızca aramid lifler ve ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen (PE) lifler üstün mekanik

özellikleri nedeniyle diğerlerinden ayrılırlar. “Aramid”, aromatik liflerin genel adıdır. Ticari

adı ise kevlardır. Kevlar kompozitleri yüksek dayanım ve sertlikleri, h asae v e y orulma

dirençleri sayesinde çok kullanılırlar. Spektra ticari adıyla piyasada bulunan PE lifler ise

karbon liflerden ve kevlardan daha dayanıklı ve serttir. Tüm lifler mükemmelik açısından

karşılaştırıldığında karbonun en iyi olduğu, onu kevların ardından camın izlediği

söylenebilir.

1.4.1.2 Parçacıklar

Tıp alanında kullanılan kompozitlerde güçlendirici olarak çeşitli seramik malzemeler

tercih edilir. Bunun nedeni seramik malzemelerin canlı sistemlerle uyumluluğunun son

derece yüksek olmasıdır. Fakat seramikler özellikle metallerle karıştırıldığında zayıf ve

kırılgandırlar. Bu nedenle seramiklerin parçacık formunda kullanımları tercih edilir.

Kalsiyum fosfat yapılar, alüminyum ve çinko bazlı fosfatlar, cam ve cam seramikler örnek

olarak verilebilir.

9

1.4.2 Matris

Matris, kompozitin temelini oluşturur ve lifleri bir arada tutarak kompozitin sıkışmaya

karşı dayanımı arttırır. Kullanım yerine bağlı olarak farklı matrisler seçilir. Fazla para

harcamak istenmediğinde sıradan özellikler sahip ucuz matrisler s eçilir. Po liester/stiren

sistemleri bu tür matrisler olup günlük uygulamalar için yeterlidirler. Bazı dezavantajları da

mevcuttur. Isıyla sertleştiklerinde büzüşürler, suyu emerler ve sıkışma dayanımları düşüktür.

Ayrıca kimyasal dirençleri de iyi değildir.

Bir diğer ucuz sistem vinil ester reçinesidir. Vinil ester reçineleri, poliester-stiren

sistemiyle karşılaştırıldığında bazı avantajlara sahiptir. Çok fazla su emmezler ve kimyasal

dirençleri daha yüksektir. Yapısındaki hidroksil gruplarından dolayı cama kolaylıkla

bağlanırlar. Cam lifler kullanıldığında bu durum avantaj sağlar.

Fakat ne vinil ester, ne de doymamış poliester-stiren sistemi yüksek sıcaklık uygulamaları

için uygun değildir. Yüksek sıcaklıklarda, epoksi reçineleri gibi matrisleri kullanmamız

gerekir. Bunlar 160 °C ’a kadar olan sıcaklıklarda kullanılabilirler. Ancak 160 °C g erçek

anlamda çok yüksek bir sıcaklık değildir. Polimidler yüksek sıcaklığa daha dirençlidirler,

fakat yapılarını bozacak kadar su emerler. Polibenzoksazol sıcaklığa dirençli bir diğer

yapıdır, ancak işlenmesi hemen hemen imkansızdır. Bazı araştırmacılar ise tüm

hidrokarbonları yüksek sıcaklığa dayanım açısından incelemektedirler.

1.5 Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanlar

Kompozit malzemeler artık gittikçe artan oranlarda ve yeni sektörlerde kullanılmaya

başlanmıştır. Uzun zaman uçak sanayisindeki ihtiyaçların yönlendirdiği kompozit malzeme

gelişimleri son dönemde yeni birçok sektörde birçok farklı amaç için kullanılmaktadır.

1.5.1 Havacılık Sanayii

Özellikle ileri kompozit malzemeler havacılık sanayinde çok geniş uygulama alanları

bulmaktadır. Kompozit malzemelerin hafifliklerine oranla üstün mekanik özellikleri

uçaklarda ve helikopterlerde sadece iç mekan değil yapısal parçalarının da polimer esaslı

kompozitlerle üretilmesine neden olmaktadır.

• B2 bombardıman uçağı gövde panelleri; karbon fiber+ epoksi

• A380 yolcu uçağı kanat panelleri ve flapleri; karbon fiber+ epoksi

• A380 yolcu uçağı burun bölümü (radome); CTP (Cam Takviyeli Polyester)

• A380 yolcu uçağı dikey stabilizer; Aramid fiber+ epoksi

10

• Zemin plakası;Airbus 300/600 uçaklarında kullanılan takviyeli Polieterimid

• Uçak EAPS kapağı; karbon elyafı + PEEK

Şekil 1.4 Uçak teknolojisinde kullanılan kompozit malzemeler 1

Şekil 1.5 Uçak teknolojisinde kullanılan kompozit malzemeler 2

1.5.2 Denizcilik Sanayii

Kompozit malzemelerin başarılı uygulamalarından biri yarış kayıkları, yani kanolardır.

Kanonun yapı malzemesi, epoksi reçinesi içerisine yerleştirilmiş kevlar ve karbon liflerden

oluşmuştur. Her üç bileşenin de önemli rolü vardır. Epoksi reçinesi ekonomik bir yapı

11

malzemesi olmasının yanı sıra, suda mükemmel korozyon direnci ve hafifliği nedeniyle

tercih edilir. Kevlar ve karbon lifler ise sağlamlık ve rijitliği sağlar. Böylelikle üretilen kano,

hızlıdır, rahatlıkla manevra yapabilir ve hafiftir.

Kompozit malzemenin denizcilikte kullanıldığı başka örnekler:

• Yelkenli göv desi; C TP, B alsa ve pol imer köpük üs tüne c am, a ramid ka rbon

dokumaları ile kaplanması

• Yat, tekne arkası platform

• Basamaklar; CTP

• Yelken direği; Kevlar+epoksi

Şekil 1.6 Deniz araçlarına örnek resimler

1.5.3 Spor Araçları

Kompozit malzemelerin en popüler olduğu yeni sektörler arasında spor araç ve gereçleri

her geçen gün daha da öne çıkmakatadır. Özellikle ağırlığının azalması, dolayısıyla hareket

kabiliyetinin artması ve dayanıklılığının artmasına neden olan cam ve karbon elyafı takviyeli

kompozitler kullanılmaktadır. Kompozitler kano, sörf ve yatlar için çok önemli olan

malzeme yorgunluğu ve darbe dayanımı konusunda üstün özelliklere sahiptirler. Dağ

bisikletleri en iyi katılık/ ağırlık oranı ve en düşük ağırlık özellikleri kazanmak için karbon

elyafı ile üretilmektedir. Korozyona dayanım, şok emme ve sağlamlık gibi üstün özellikler

kazandırmaktadır. Ayrıca golf sopası, tenis raketi gib spor ürünlerinde ağırlığı düşürmek için

karbon elyafı takviyeli kompozit malzemelerden üretilmektedirler.

• Su kayağı; Termoplastik prepreg

• Kar kayağı; Ahşap üzerine sarılmış karbon, aramid, cam elyafı karışımı+epoksi

• Kano küreği; % 33 cam + poliftalamid

• Su kaydırakları; CTP

• Sörf tahtaları; CTP

• Bisiklet; Karbon + Poliamid 6 (yaklaşık 1 kg ağırlığında)

• Spor ayakkabı; Termoplastik poliüretan petek

12

• Golf sopası; Karbon fiber+ epoksi

• Tenis raketi; Aramid(kevlar)+ epoksi

• Zıpkın gövdesi; Karbon fiber + epoksi

• Palet; Karbon fiber+ epoksi

Şekil 1.7 Spor araçları

1.5.4 Korozyona Dayanıklı Ürünler

• Su tankı; CTP

• Mazgal olukları; CTP

• Markette dondurulmuş gıda reyonu kaplaması; CTP

• Rasathane kubbesi; CTP

• Açık saha dolapları; CTP

• Çit; CTP

• İlan panoları; CTP

1.5.5 Sağlık

Kompozit malzemelerin en yaygın kullanıldığı alanlardan biri de tıptır. Özellikle sert

doku implantı olarak ortopedide ve dişçilik uygulamalarında çeşitli kompozit malzemeler

kullanılmaktadır. Ortopedide kırık kemik onarımı için iç ve dış bağlantı sistemi olarak,

kemik plakası şeklinde, çivi, çubuk formunda, eklem ve kemik yenilemelerinde, kemik

çimentosu olarak hazırlanan kompozitler mevcuttur. Bu malzemeler genelde biyouyumlu

kollajen lifler ile güçlendirilmiş poliaktik asit, poliglikolik asit, cam ile güçlendirilmiş

poliüretan, kollajen liflerle güçlendirilmiş ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen

şeklindedir. Diş hekimliğinde ise diş dolgusu olarak kompozit reçineler, diş destek materyali

olarak kolljen lif ile güçlendirilmiş epoksi reçinesi kullanılmaktadır. Ayrıca ortodontik teller;

cam lif ile güçlendirilmiş naylon, polipropilen, polimetilmetakrilattan imal edilirler. Köprü

13

olarak ise düşük maliyeti ve kolay hazırlanabilmesi gibi özelliklerinden dolayı kollajen, cam

ya da kevlar ile güçlendirilmiş polimetilmetakrilat kompozitler kullanılır.

Özellikle son 40 yıldır diş hekimleri kompozit dolgu malzemeleri üzerinde çlışmaya

başlamışlardır ve bunlar bunlar beyaz dolgu olarak adlandırılmıştır. Bu yapı genek olarak

camsı reçine ve plastik dolgu maddelerinden hazırlanır. Bu tür dolgu malzemelerini kullanan

diş hekimleri kompozit rengiyle diş rengini eşleyerek, klasik amalgam (civa temelli) dolguya

nazaran estetik açıdan önemli gelişme kaydetmişlerdir.

Şekil 1.8 Diş hekimliğinde kullanılan kompozit dolguların klasik amalgam dolguyla

(koyu renkli olan) karşılaştırılması.

Şekil 1.9 Yapay bacak

1.5.6 Ulaşım

• Traktör kaporta, kabin, oturma birimi; SMC (Hazır kalıplama pestili)

• Toplu taşıma araçları oturma birimi; SMC

14

• Konteyner tabanı; GMT (Preslenebilir takviyeli termoplastik)

• Otobüs havalandırma kanalları, port bagaj parçaları, gösterge paneli; CTP

• Açık alan servis (Golf arabası) araçları kaporta, tavan; CTP

• Teleferik; CTP

• Tren; kom pozit pr epreg ve dok uma malzeme t ürleri ar tan o ranlarda t ren

konstrüksiyonlarında maliyet ve ağırlık düşürmek amacıyla kullanılmaktadır. İskelette

ağırlığının düşürülmesi enerji tasarrufu sağlamakla beraber daha hızlı araçların

geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır. Ayrıca trenlerde malzemelerin yüksek katılığa sahip

olmaları iskeletin desteklenmesine gerek olmaması anlamına gelmektedir ki böylece yolcu

taşıma bölümüne ayrılan mekan arttırılabilmektedir. Tren konstrüksiyonunda kolay ve hızlı

değişebilen genellikle p repreg l evhalar kullanılır. Böylece tekil zarar gören paneller hızla

değiştirilebilmektedir.

Şekil 1.10 Hızlı Tren

1.5.7 Otomotiv

Otomobil firması müşterilerinin ihtiyaçlarına karşılık vermek için çevresel şartların

baskısı altında daha hafif otomobiller üretmektedirler. H afif ot omobiller da ha ç abuk

hızlanabilen, daha çabuk durabilen, ilerlemek için daha küçük bir motora ve daha az benzine

ihtiyaç duyan araç anlamına gelmektedir.

• Cam sileceği; %30 Cam+PBT

• Filtre kutusu; Mercedes, %35 Cam+ Poliamid 66

• Pedallar; %40 Cam+ Poliamid 6

15

• Dikiz Aynası; % 30 Cam+ABS

• Far Gövdesi; BMW, %30 Cam + PBT

• Hava Giriş Manifoldu; BMW, Ford, Mercedes, %30 Cam+ Poliamid 6

• Otomobil Gösterge Paneli; GMT

• Otomobil Spoiler; CTP

• Otomobil Yan Gövde İskeleti; Ford, CTP

• Otomobil Kaporta; Corvette, SMC CTP

Şekil 1.11 Otomobil ön paneli

1.5.8 Müzik Aletleri

London College Of Furniture ve diğer bazı yerlerde ileri kompozit malzemelerle müzikal

enstrümanlar yapılması üzerine çalışmalar bulunmaktadır. İleri kompozit malzemelerle

yapılan yaylı sazlarda boyun kısmının tellerin gerilmesinden dolayı deforme olması

karşılaşılan temel sorunlardandır.

• Keman; Karbon Fiber+ Epoksi

• Gitar; Karbon lamine tabakalar arası polimer köpük

• Akustik Gitar; Grafit+ Epoksi

• Çello; Karbon+ Epoksi

1.5.9 Şehircilik

Bu alanda kompozitler, toplu konut yapımında, çevre güzelleştirme çalışmalarında

(heykel, banklar, elektrik devreleri v.s.) kullanılmaktadır. Üreticinin çok sayıda standart

16

ürünü kısa zamanda imal edebilmesi, montajdan tasarruf ve ucuz maliyet imkanları,

kullanıcıya da yüksek izolasyon kapasitesi, hafiflik ve yüksek mekanik dayanım imkanları

sağlamaktadır.

1.5.10 İnşaat Sektörü

Cephe ko rumaları, tatil evleri, büfeler, otobüs durakları, soğuk hava depoları, inşaat

kalıpları birer kompozit malzeme uygulamalarıdır. Tasarım esnek ve kolay olmakta, nakliye

ve montajda büyük avantajlar sağlamaktadır. İzolasyon problemi çözülmekte ve bakım

giderleri azalmaktadır.

1.5.11 Tarım Sektörü

Seralar, tahıl toplama siloları, su boruları ve sulama kanalları yapımında kompozitler özel

bir öneme sahiptirler. Kompozit malzemelerden yapılan bu örnekler istenirse ışık

geçirgenliği, tabiat şartlarına ve korozyona dayanıklılık, düşük yatırım ve kolay montaj gibi

avantajlar sağlamaktadır.

17

İKİNCİ BÖLÜM

PETEKLİ YAPILAR

2.1 Petekli Yapılar

Kompozit imalatında kullanılan petekli yapı, çok ince tabakaların şekillendirilmesi

sonucu elde edilen hücrelerin birleştirilmesi ile oluşturulur. Bu tür yapılar bal arılarının doğal

olarak yaptıkları bal petekleri ile birebir benzerlik göstermektedir. Petekli kompozit yapılar

yaklaşık olarak 1940 yılından sonra havacılık sektöründe, uçakların gövde panellerinde

kullanılmaya başlanmıştır.

Şekil 2.1 Bal peteği kompozitler

Günümüzde kullanılan petekli yapıların büyük bir çoğunluğu bir yapıştırıcı sayesinde

hücrelerin birbirleri ile yapıştırılması sonucu oluşurlar. (Şekil 2.2) Petekli yapılar genellikle

sandviç yapılarda dolgu elemanı olarak kullanılırlar. Buradan hareketle sandviç panellerden

söz etmek yerinde olacaktır. Bir sandviç panel, petekli yapının alt ve üst yüzeylerine

yapıştırıcı kullanarak yüzey örtüleri ile yapıştırılması sonucu elde edilir. (Şekil 2.3) Çelik,

titanyum ve nikel alaşımlı metal hücre yapılı petekli yapılar yapıştırıcı yerine daha çok

18

kaynak ve lehimleme ile birleştirilirler. Bu tür hücreler öncelikle yüksek sıcaklık

uygulamalarında kullanılır. Yüksek rijitlik ve dayanım/ağırlık oranına sahip olan sandviç

yapılar son derece hafif konstrüksiyonlardır. Petek yapılı kompozitler, diğer sandviç

konstrüksiyon ara malzemelerine oranla daha pahalıdır ve sandviç yapı haline

dönüştürülmesi daha özel işçilik gerektirmektedir. Bu nedenle, genellikle denizcilik,

havacılık ve uzay sektöründe yüksek mekanik dayanım sağlamak amacıyla kullanılmaktadır.

Şekil 2.2 Altıgen hücreli petekli yapı

Şekil 2.3 Sandviç panelin yapıştırılarak elde edilmesi

2.2 Petekli Yapı Üretim Yöntemleri

Petekli yapıların üretiminde uzatma ve kıvırarak şekil verme olmak üzere genellikle iki

temel teknik kullanılır. Diğer teknikler yaygın olarak kullanılmadığından burada

bahsedilmemiştir.

2.2.1 Uzatarak Şekil Verme Yöntemi

Bu y öntem metal v e metal o lmayan hücre imalatında kullanılır. Petek yapılı hücrelerin

büyük bir çoğunluğu bu yöntemle üretilir. Bu yöntem genel olarak; şerit halinde levhaların

kesilmesi ve yapıştırıcının sürülmesi, levhaların üst üste dizilmesi ve petekli yapı bloğun

seçilen sıcaklıkta pres içerisinde işlenmesi aşamalarını içerir. Alüminyum blokları çekme

işleminden önce genellikle istenilen kalınlıkta dilimlere ayrılırlar. Dilimler kalıpta çekilirken,

her bir şerit halindeki plaka, komşu hücrelerle birleşmenin olmadığı noktalarda akma

gösterir ve böylece levhalara şekil verilmiş olur. Aynı yöntem diğer metalik malzemeler

içinde rahatlıkla kullanılabilir.

19

Şekil 2.4 Uzatarak şekil verme yöntemi ile petek hücre üretimi

Metal olmayan şerit levhalar da benzer biçimde hazırlanmasına rağmen bazı önemli

farklar söz konusudur. Metal dışı malzemeler yapıştırıcı sürme işlemi öncesi korozyona karşı

direnç arttırıcı işlemler gerektirmez. Ancak bazı malzemelerin reçineye iyice doyurulması

için bir ilave ön işlem gerekebilir. Metalik malzemelerin ak sine metal dışı petekli yapı

malzemeleri kalıp içerisinde kalıbın şeklini alması için gerekli çekme işlemi sonunda kendi

şekillerini koruyamazlar. Bu malzemelerde kalıplama daha fazla sürede yapılmalı ve şekil

alma işlemi gerçekleşene kadar bir fırın içerisinde ısıtılmalıdır. Daha sonra çekilmiş ve

ısıtılmış blok sıvı reçineye daldırılır ve hücrelerin oluşumu tamamlanana kadar ısıtma işlemi

sürdürülür. Daldırma süreci blokların istenilen yoğunluğa ulaşıncaya kadar tekrarlanır.

Petekli yapı imalatı bu bloklardan istenilen kalınlıkta dilimlerin kesilmesi ile tamamlanmış

olur. Bu çalışmada kullanılan cam elyaf ve kağıt takviyeli polyester reçineli petekli yapı

hücrelerin imalatı bu yöntem ile gerçekleştirilmiştir.

2.2.2 Kıvırma Yöntemi

Bu yöntem yüksek sıcaklık altında çalışan, et kalınlığı ve yoğunluğu oldukça fazla olan

petekli yapıların imalatında tercih edilir. Bu yöntemde şerit levhalar istenilen biçimde

kıvrılarak düğüm noktalarına yapıştırıcı tatbik edilir.

Şekil 2.5 Kıvırma yöntemi ile petekli yapı hücre üretimi

20

Ardından şekil verilmiş şerit levhalar üst üste konur ve kıvrılmış blok seçilen sıcaklıkta

bekletilir. İstenilen kalınlıkta dilimler bloktan kesilerek elde edilir. Yine bu çalışmada

kullanılan alüminyum ve bakır hücrelerin üretimi bu yöntem ile yapılmıştır.

Üretimi gerçekleştirilen petekli yapılar kullanılacak yerin özellikleri de dikkate alınarak;

temizleme (kenar traşlama), kesme ve gerekirse şekil verme ve ekleme işlemlerine de maruz

bırakılır.

Şekil 2.6 Özel işlem yapılmış petek yapılı paneller

2.3 Hücre Karakteristikleri

Genel olarak metalik hücre malzemeleri alüminyum, korozyona karşı dayanıklı çelik,

titanyum ve nikel esaslı alaşımlardır. En yaygın metal dışı hücre malzemeleri ise nomex,

cam, elyaf, termoplastikler ve kraft kağıdıdır. Metal olmayan hücreler son yoğunluğa

ulaşabilmek için sıvı fenolik, polyester veya poliamid reçineye daldırılır. İdeal olanı reçine

oranının %50 civarında olmasıdır. Bu nedenle şerit kalınlıklarının çeşitli yoğunlukta hücre

yapımına imkan vermesine dikkat edilmelidir. Günümüze kadar petekli yapı üretiminde 500

den fazla farklı malzeme kullanılmıştır. Son zamanlarda grafit, aramid ve seramik üzerine

çalışmalar yoğunlaşmıştır.

Aşırı uzatılmış, altıgen ve eğip bükülebilir yapı (flex-core ) olmak üzere üç temel hücre

biçimi vardır. Aşırı çekilmiş hücre yapısı, altıgen hücrenin dikdörtgen biçime gelinceye

kadar çekilmesi ile elde edilir. Bu hücre tipinin en önemli avantajı L doğrultusunda kolayca

şekil verilebilmesidir. Altıgen hücre yapısında sadece bu doğrultuda şekil verilebilir.

a)Altıgen petekli yapı b) Az uzatılmış altıgen

21

c) Aşırı uzatılmış dikdörtgen d) Takviye edilmiş altıgen

e) Kare petekli yapı f) Flex petekli yapı

Şekil 2.7 Petekli yapı hücre türleri

2.4 Kullanım Alanları

Denizcilik sektöründe, tekne imalatı sırasında sandviç tekniği kullanılarak, teknenin

mekanik dayanımı arttırılmaktadır. Havacılık ve uzay sanayine yönelik uygulamalarda ise,

hafiflik ve rijitlik özellikleri önem taşımakta ve genellikle uçağın taban kaplamaları, kanat ve

kuyruk parçaları, helikopter pervanesi gibi parçalar sandviç konstrüksiyon tekniği ile

üretilmektedir. Son yıllarda bir çok binek ve spor otomobillerin tavan, direk ve gövdesinin

bir çok kısımlarında, spor aletlerinde (yarış bisikleti kaburgası) ve rüzgar pervanesi türbini

gibi bir çok alet ve makine imalatında petekli yapılar yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sandviç yapılardaki kullanıma ilave olarak, petekli yapılar enerji sönümleme, radyo dalgası

kalkanı, uyduların güneş panelleri ve hava akımı doğrultucusu vb. olarak da yaygın bir

kullanıma sahiptir. Petekli yapı endüstrisi, müşteri taleplerini de dikkate alarak petekli yapı

hücrelerinin değişik yönlerini (şekil,boyut vb.) tanımlamak için kendi terminolojisini belirli

standartlarda geliştirmiştir.

1.Kanat, 7. Gövde, 8. Kargo kapıları, 9. Kuyruk: 1. Güneş panelleri, 2. Yansıtıcı antenler

Epoksi-karbon, cam elyaf petekli yapı 3. Gövde: alüminyum petekli yapı ve

Epoksi-karbon kompozit

22

2 ve 6 Gövde dış kısmı 4. Asma tavanlar 1. Aramid kağıdından yapılmış petek

7. kamara bölmeleri 9. Hava kalkanı: yapılı kompozit 2. Karbon fiber

Petek yapılı kompozit

Şekil 2.8 Çeşitli petek yapılı kompozit uygulamaları

23

ÜÇÜNCÜ BÖLÜM

OPTİMİZASYON

3. Optimizasyon Hakkında Genel Bilgiler

Analiz, pr oblemi mevcut s istemin ve ya ve rilen bi r gör ev i çin planlanan bi r s istemin

davranışının tespit edilmesi ile ilgilidir. Sistem davranışının tespit edilmesi, verilen girdiler

altında onun cevabının hesaplanmasını içerir. Kısaca diyebiliriz ki analiz problemi için parça

boyutlarının ve şeklinin bilinmesi gerekir. Tasarım tahmin edilir ve istenen şartları sağlayıp

sağlamadığı analiz edilir. Klasik tasarım işlemi, tasarımcının önsezisi, deneyimi, ustalık ve

yaratıcılığına bağlıdır. Genelde birden fazla kabul e dilebilir tasarım vardır. Optimum

tasarımda amaç ise kabul edilebilir tasarımlar arasında en iyi olanını seçmektir.

Optimizasyonun matematiksel anlamı, bir fonksiyonun maksimum veya minimum değerini

veren durumların bulunması işlemidir. Optimizasyonun mühendislik anlamı ise, verilen

koşullar altında en iyi sonucu elde etme işidir. Herhangi bir mühendislik sisteminin

tasarımında, konstrüksiyonunda veya bakımında mühendisler birçok aşamada teknolojik ve

idari kararlar alırlar. Bunlar, karın maksimum olması, maliyetin minimum olması, ürün

ağırlığının minimum olması ve verimin maksimum olması gibi kararlardır. Bu kararlar belirli

değişkenlerin bir fonksiyonu olarak ifade edilebilirse, yapılacak tasarım, optimum dizayn

problemi adını alır. Genel bir mühendislik probleminde maliyetin minimum veya karın

maksimum olması kriter olarak alınabilir.

3.1 Tasarım Optimizayonu Probleminin Formulasyonu

Bir optimizasyon probleminin matematiksel olarak formüle edilebilmesi için sırasıyla üç

adım takip edilmelidir. Bunlar, amaç fonksiyonun tanımlanması, tasarım değişkenlerinin

belirlenmesi ve kısıtların tanımlanması adımlarıdır.

3.1.1 Tasarım Değişkenlerinin Belirlenmesi

Herhangi bir mühendislik sistemi bazı nicelikler ile tanımlanır. Bu niceliklerden bazıları

başlangıçta sabit kabul edilir. Diğerleri dizayn işlemi boyunca değişken olarak davranır.

Bunlara tasarım değişkenleri denir. Bu değişkenlere ilk olarak rastgele değerler verilerek

24

x`

F(x)

-F(x)

sistem oluşturulur. Dizayn değişkenlerinin doğru seçilmesi gerekmektedir. Bunlar mümkün

olduğu kadar birbirinden bağımsız olmalıdır. Bazen bağımlı dizayn değişkenleri seçilmişse,

bu problemin formulasyonunun gereksiz yere karmaşık hale gelmesine neden olur. Ayrıca

bir tasarım problemini doğru olarak formüle edebilmek için minimum sayıda tasarım

değişkeni gerekir.

3.1.2 Amaç Fonksiyonunun Tanımlanması Ve Tasarım Değişkenleri Cinsinden İfade

Edilmesi

Klasik bir dizayn, problemin sadece fonksiyonel ve diğer bazı gereksinimlerini

karşıladığı kabul edilen dizaynın bulunmasıdır. Genelde birden fazla kabul edilebilir dizayn

vardır. Bunların arasından en iyisini seçebilmek içinde bir kriter olmalıdır. Bu kriter tasarım

değişkenlerinin bir fonksiyonu olarak ifade edilebildiğinde amaç fonksiyonu adını alır. Amaç

fonksiyonunun seçimi en önemli kararlardan biridir. Bazı durumlarda eş zamanlı sağlanması

gereken birden fazla kriter olabilir. Böyle problemlere çok amaçlı (multiobjective)

programlama problemi ya da optimizasyon problemi adı verilir. Amaç fonksiyonunu doğru

seçmek dizayn işleminde çok önemlidir. Eğer amaç fonksiyonu maksimum kar

problemindeki gibi bir maksimum bulma problemi ise –F(x) olarak alınır. (Şekil 3.1)

Şekil 3.1 Optimizasyon Eğrisi

25

3.1.3 Kısıtların Tanımlanması Ve Tasarım Değişkenleri Cinsinden İfade Edilmesi

Tüm mühendislik sistemleri verilen kaynaklara ve işleyiş gereksinimlerine göre tasarlanıp

üretilirler. Örnek olarak yapı işletme yükü altında hasara uğramamalıdır ya da bir makine

elemanı çalıştığı yerde üzerine oluşan gerilmelere dayanabilmelidir. Yani makine elemanı

emniyetli gerilme değerlerinde çalışmalıdır. Uygun tasarımı elde etmek için sağlanması

gereken bu sınırlamalar tasarım kısıtları olarak adlandırılır. Tasarım kısıtları eşitlikler ve

eşitsizlikler cinsinden ifade edilebilir. Optimizasyon problemleri kısıtlanmamış olarak da

çözülebilir. Adından da anlaşılacağı gibi amaç fonksiyonu üzerinde hiçbir kısıtlamanın

olmadığı problemlerin çözülmesinde kullanılır. İlk bakışta bunların mühendislik

uygulamalarıyla pek ilişkili olmadığı düşünülebilir. Ancak kısıtlanmış problemler bazı

tekniklerle, daha basit çözüm teknikleri içeren kısıtlanmamış problemlere dönüştürülerek de

çözülebilir.

Bir opt imizasyon ve ya matematiksel pr ogramlama pr oblemi; F (x) f onksiyonunu

minimize eden gj(x) ≤ 0 , j=1,2,…, m , hj(x) =0 , j=1,2,…, p kısıtlarını sağlayan x={x1,x2,…

xn} değerlerinin bulunması şeklinde tanımlanabilir. Burada F(x) fonksiyonu amaç

fonksiyonudur. gj(x) , hj(x) eşitsizlik eşitlik kısıtlarıdır. x1,x2,… xn ise dizayn

değişkenleridir. Aşağıdaki grafikten anlaşılacağı gibi, x` noktası F(x) fonksiyonunun

minimum noktası ise, - F(x) fonksiyonunun maksimum noktasıdır.

26

DÖRDÜNCÜ BÖLÜM

ANSYS 11 İLE OPTİMİZASYON

Program, bir çeşit tümevarım yöntemi esasına dayanır. Sonlu elemanlara ayırma yöntemi

ile s onuca g idilir. So nlu e lemanlar metodunun t emel p rensibi, b ir e lemana a it s istem

özelliklerini içeren denklemlerin çıkartılıp, daha sonra tüm sistemi temsil edecek şekilde

eleman denklemlerini birleştirerek sisteme ait lineer denklem takımının elde edilmesidir.

4.1 ANSYS 11 İle Gerilme Analizi

Sonlu elemanlar metodu, sürekliliğe sahip bir yapının çok sayıda elemana bölünerek

incelenmesini mümkün kılar. Mühendislik problemlerinde, teorik hesaplamaların karmaşık

yapıdaki modellere uygulanmasının zorluğundan dolayı, inceleme modelin belirli sayıdaki

elemanlara bölünmesi ile yapılır. FEM (Finite Elements Method) programlarından ANSYS’

in kullanılarak modelin tasarlanması ve belli geometrideki parçaların, değişik yükleme

durumundaki mukavemet analizleri, değişik sıcaklıklarda termodinamik davranışları ve

çalışma esnasındaki titreşim özellikleri incelenerek konstrüksiyon yönlendirilebilir. Bu

sayede çeşitli yükleme ve ortam şartlarında emniyetli bir biçimde çalışabilecek malzemeler

minimum maliyetle üretilebilir.

4.2 Problemin Tanımı

Bu bölümde şekil 4.1 de boyutları belirtilmiş olan sandviç kompozitin arasına nasıl bir

petek yapı kullanırsak bize optimum değerleri verecek onu bulmaya çalışacağız. Dikdörtgen

ve üçgen petek yapılı kompozitler için analiz yapılmıştır. Sandviç kompozitin uzun kenarı 60

cm kısa kenarı ise 15 cm dir. Yükseklik olarak ise 4 örnekte 10 cm, diğer 4 örnekte de 20 cm

aldık. Bu parçalara ilk olarak bir ucunu mesnetleyip diğer ucuna 450 N kuvvet uygulayarak

analiz yaptım. İkinci olarakta parçaların üzerine 5000N/mm² yayılı yük uygulayıp 8 i içinde

y yönündeki deplasmanlarını ve von misses gerilmelerine baktım.

27

Şekil 4.1 Sandviç kompozitin boyutları

4.3 Analiz Tipinin Belirlenmesi

Bunun için Main Menu > Preferences’ den Structural(Yapısal Analiz) seçeneğini

işaretliyoruz.

Şekil 4.2 Analiz tipinin seçimi

4.4 Eleman Tipi Ve Özellikleri

ANSYS’ de kullanacağımız birim eleman tipini belirlemek için;

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete yolunu izleyip çıkan

pencerede eleman tipini eklemek için add butonuna basarız. Açılan Library Of Element

Types penceresinden elemanın tipini seçeriz. Bu pencerede Structural Mass (Yapısal)

seçeneğinin altında Link(Çubuk), Beam (Kiriş), Solid (Katı), Shell ( Plaka) g ibi e leman

seçenekleri vardır.

Bizim modelimizde b iz el eman t ipimizi Structural Mass > Shell> Elastic 4node63

olarak seçiyoruz.

Elemanı seçtikten sonra bu elemana bir kalınlık veriyoruz. Main Menu > Preprocessor

>Real Constants > Add/Edit/Delete yolunu izliyoruz. Daha sonra açılan pencerede add

butonuna tıklıyoruz. Ekrana Element Type for Real Constants penceresi geliyor. Biz burada

1000

150

100 (200)

28

kendi eleman tipimizi Element Type 1 Shell63 ü seçiyoruz. Çıkan pencerede shell thickness

değerini 0,003 olarak giriyoruz.

Şekil 4.3 Seçtiğimiz eleman tipinin kalınlığının girilmesi

4.5 Malzeme Özellikleri

Preprocessor >Material Probs >Material Models > Structural > Linear > Elastic >

İsotropic yolu izlenir. Buradan sonra çıkan pencerenin EX kısmına malzemenin Elastisite

katsayısı, PRXY kısmına ise malzemenin Poisson katsayısı yazılır. İkinci malzemenin

özelliklerini girmek için ise birincinin özelliklerini girdikten sonra aynı pencerenin sol üst

köşesindeki material sekmesi tıklanır ve new model seçeneğiyle ikinci malzemenin

özellikleri de girilir.

29

Şekil 4.4 Malzemelerin özelliklerinin girilmesi

Bu analizde benim kullandığım malzemelerin özellileri Tablo 4.1 de verilmiştir.

Tablo 4.1 Malzeme özellikleri

4.6 Modellerin Oluşturulması

4.6.1 Dikdörtgen Petek Yapılı Modellerin Oluşturulması

Modeli oluşturabilmek için ilk olarak keypointler oluşturdum.

Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS bu yolu izledikten sonra

çıkan pencereye bütün keypointlerin koordinatlarını gireriz.

30

Şekil 4.5 Dikdörtgen petek yapılı modelin keypointleri

Daha sonra bu keypointler sayesinde alanları oluştururuz.

Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > Through KPs

Bu yolu takip edip buradaki alanları tek tek seçeriz.

Şekil 4.6 Dikdörtgen petekler

31

Sonraki aşamada oluşturduğumuz bu alanları overlap komutuyla birleştiririz.

Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Areas> Pick All

Oluşturulan bu petekli yapının üzerine yüzey örtülerini de aşağıdaki yolu takip ederek

çizeriz.

Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > Through KPs

Yüzey örtülerini de çizdikten sonra oluşan kompozitimizi birleştirmemiz gerekmektedir.

Bunun için glue komutunu kullanırız.

Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Areas> Pick All

a) b)

c) d)

Şekil 4.7 Dikdörtgen pe tekli s andviç kompozitler a) Yüksekliği 10cm, kenarlar 10 eşit

parçaya bölünmüş, b) Yüksekliği 10cm, kenarlar 20 eşit parçaya bölünmüş, c) Yüksekliği

32

20cm, kenarlar 10 eşit parçaya bölünmüş, d) Yüksekliği 20cm, kenarlar 20 eşit parçaya

bölünmüş

4.6.2 Üçgen Petek Yapılı Modellerin Oluşturulması

Bu modelde de ilk olarak keypointleri oluşturuyoruz.

Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS bu yolu izledikten sonra

çıkan pencereye bütün keypointlerin koordinatlarını gireriz.

Şekil 4.8 Üçgen petek yapılı modelin keypointleri

Daha sonra bu keypointler sayesinde alanları oluştururuz.

Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > Through KPs

Bu yolu takip edip buradaki alanları tek tek seçeriz.

33

Şekil 4.9 Üçgen Petekler

Bir sonraki aşamada oluşturduğumuz bu alanları glue komutuyla birleştiririz.

Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Areas> Pick All

Oluşturulan bu petekli yapının üzerine yüzey örtülerini de aşağıdaki yolu takip ederek

çizeriz.

Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > Through KPs

Yüzey örtülerini de çizdikten sonra oluşan kompozitimizi birleştirmemiz gerekmektedir.

Bunun için overlap komutunu kullanırız.

Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Areas> Pick All

34

a) b)

c) d)

Şekil 4.10 Üçgen pe tekli s andviç ko mpozitler a) Yüksekliği 10cm, kenarlar 10 eşit

parçaya bölünmüş, b) Yüksekliği 10cm, kenarlar 20 eşit parçaya bölünmüş, c) Yüksekliği

20cm, kenarlar 10 eşit parçaya bölünmüş, d) Yüksekliği 20cm, kenarlar 20 eşit parçaya

bölünmüş

4.7 Elemanlarına Ayırma “MESH”

Oluşturulan modellerin analizini yapabilmek için yani sonlu çözümünü

gerçekleştirebilmek için modelin sonlu sayıda elemana bölünmesi gerekmektedir. A NSYS

programında elemanlarına ayırma işlemi mesh komutu ile olur. Parçamız farklı malzeme

özelliklerinden oluştuğu için öncelikle;

Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Default Attributes’ den açılan pencerede

hangi malzeme için işlem yapıyorsak onun material numarasını seçiyoruz.

Material number seçimini yaptıktan sonra;

Preprocessor > Meshing > Mesh Tool yolunu izleyerek açılan pencerenin size controls

kısmındaki Global Element Sizes bölümüne parçamızı böleceğimiz elemanın uzunluk

35

değerini Element Edge Length kısmına giriyoruz. Modelini yaptığım parçalarda bu değeri

0,005 olarak aldım.

Şekil 4.11 Elemanın boyutlarının girilmesi

Sonraki adımda mesh tool penceresinden elemanlarına ayıracağımız alanları seçiyoruz.

Sonrasında yapacağımız mesh işleminin şeklini seçiyoruz. Yaptığım çalışmada mesh şeklini

Quad ve Free olarak seçtim. En son olarak mesh butonuna bastığımızda parçamız

elemanlarına ayrılır.

Bu işlemi ikinci malzeme içinde Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Default

Attributes’ den malzeme numarasını seçerek tekrarlıyoruz.

36

B

C

37

D

Şekil 4.12 Dikdörtgen petek yapılı kompozitlerin elemanlarına ayrılmış halleri (A,B,C,D)

A

38

B

C

39

D

Şekil 4.13 Üçgen petek yapılı kompozitlerin elemanlarına ayrılmış halleri

4.8 Sınır Şartlarının Verilmesi

Solution> Define Loads > Apply> Structural> Displacement > On Keypoints komutuyla

modelimizin sağ tarafındaki keypointleri seçtikten sonra açılan pencerede ALL D OF

seçeneği işaretlenir. Böylece modelimiz x ve y eksenlerinde yapacağı harekete karşı

mesnetlenmiş olur.

4.9 Kuvvetlerin Uygulanması

Modellere 450 N’ luk bir kuvvet ile 5000 N/m² lik yayılı yük uyguladık. Ve bu kuvvetler

sonucunda modellerde oluşan deplasman ve Von Misses gerilmerini inceledim.

450 N’ luk yükün uygulanması;

Solution> Define Loads > Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints

40

Bu işlemden sonra açılan pencerede yükü nereye uygulayacağımız, hangi yönde etki

edeceği ve büyüklüğü belirtilir. Ben burada modelin en uç noktasına çizgi boyunca 450 N

luk bir kuvvet uyguladım.

Şekil 4.14 450 N’ luk kuvvetin modele uygulanışı

Yayılı yükün uygulanışı;

Solution> Define Loads > Apply> Structural> Pressure> On Areas

Açılan pencerede yükü uygulayacağımız alanı seçip daha sonra yükümüzü giriyoruz.

Burada 5000 N/m² lik bi yük uyguladım.

41

Şekil 4.15 Dikdörtgen ve üçgen petekli kompozite yayılı yükün uygulanışı

4.10 Çözümleme

Solution> Solve > Current LS komutuyla program verilerini girdiğimiz problemi

çözümler.

Yapılan çözüm sonucunda plakanın y yönündeki deplasmanını görmek için;

General Postproc > Plot Results > Countur Plot > Nodal Solu

Açılan pencereden DOF Solution dan Y Component of Displacement seçilir.

İlk olarak dikdörtgen petekli sandviç kompozitlerin 450 N için y yönü ndeki

deplasmanları;

42

Şekil 4.16 Yüksekliği 10 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(Birinci Model) (-306.855 mm)

Şekil 4.17 Yüksekliği 10 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(İkinci Model) (-304.969mm)

43

Şekil 4.18 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı (Üçüncü Model)(-141.32 mm)

Şekil 4.19 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(Dördüncü Model) (-132.77 mm)

44

Üçgen petekli kompozitlerin 450 N kuvvet karşılığında y yönündeki deplasmanları;

Şekil 4.20 Yüksekliği 10 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(Beşinci Model) (-232.257 mm)

Şekil 4.21Yüksekliği 10 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(Altıncı Model) (-180.875mm)

45

Şekil 4.22 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 10 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(Yedinci Model) (-81.576mm)

Şekil 4.23 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş dikdörtgen petekli

yapının deplasmanı(Sekizinci Model) (-50.19 mm)

46

450 N altında bu modellerin Von Misses gerilmelerine de bakalım.

Şekil 4.24 Birinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme

27600000N/m²)

Şekil 4.25 İkinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme

28200000 N/m²)

47

Şekil 4.26 Üçüncü modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme

20300000 N/m²)

Şekil 4.27 Dördüncü modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme

20500000 N/m²)

48

Şekil 4.28 Beşinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En y üksek gerilme

26800000N/m²)

Şekil 4.29 Altıncı modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüks ek ge rilme

17700000 N/m²)

49

Şekil 4.30 Yedinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En y üksek gerilme

17400000N/m²)

Şekil 4.31 Sekizinci modelin 450 N kuvvet altında gerilme dağılımı (En yüksek gerilme

10800000 N/m²)

50

Şimdi de bu kompozitlerin 5000 N/m² lik yayılı yük altındaki davranışına bakalım. İlk

olarak bu yükteki deplasmanları;

Şekil 4.32 Birinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-306.855 mm)

Şekil 4.33 İkinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-103.468 mm)

51

Şekil 4.34 Üçüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-35.048 mm)

Şekil 4.35 Dördüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-34.475 mm)

52

Şekil 4.36 Beşinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-83.036 mm)

Şekil 4.37 Altıncı modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-66.916 mm)

53

Şekil 4.38 Yedinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-23.444 mm)

Şekil 4.39 Sekizinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında deplasmanı (-16.447 mm)

54

Modelin 5000 N/m² lik yük altında Von Misses gerilimlerine bakalım;

Şekil 4.40 Birinci m odelin 5 000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(20300000N/ m²)

Şekil 4.41 İkinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(20300000N/ m²)

55

Şekil 4.42 Üçüncü modelin 500 0 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(16100000N/ m²)

Şekil 4.43 Dördüncü modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(16000000N/ m²)

56

Şekil 4.44 Beşinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(17100000N/ m²)

Şekil 4.45 Altıncı modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(11000000N/ m²)

57

Şekil 4.46 Yedinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses gerilimi

(12100000N/ m²)

Şekil 4.47 Sekizinci modelin 5000 N/m² lik yayılı yük atında Von Misses g erilimi

(7300000N/ m²)

58

4.11 Sonuç

450 N luk kuvvet altında en fazla deplasman 306.855 mm ile birinci model de en az

deplasman ise 50.19 mm ile sekizinci modelde meydana gelmiştir. Aynı kuvvet altında

gerilmelere baktığımızda en yüksek gerilim ikinci modelde 28200000 N/m², en düşük

gerilim ise 17400000 N/m² ile sekizinci model de meydana gelmiştir.

5000 N/m² lik yayılı yük altında ise en fazla deplasman 104.176 mm ile birinci model de

en az deplasman ise 16.477 mm ile sekizinci modelde meydana gelmiştir. G erilme

değerlerine baktığımızda en yüksek değer birinci ve ikinici modellerde 20300000 N/m² , en

düşük ise sekizinci model de 7300000 N/m² dir.

Bu sekiz modele de baktığımızda en iyi değerleri sekizinci model vermesine rağmen

yedinci m odel da ha i dealdir. Yayılı yük altındaki değerleri hemen hemen aynıdır fakat

yedincide kullanılan petek yapı daha azdır. Yedinci model 450 N luk kuvvet altında

deplasman değeri 81.576 mm gerilmesi ise 17400000 N/m² dir. Yayılı yük altındaki

deplasman ve gerilme değerleri ise sırasıyla 23.444 mm ve 12100000 N/m² dir.

Şekil 4.48 Yüksekliği 20 cm ve kenarları 20 eşit parçaya bölünmüş üçgen petekli

kompozit.

59

KAYNAKLAR

[1] Volkan Kazanç, Kompozit Malzemeler ve Mekanik Özellikleri , 2002 Isparta

[2] Prof. Dr. Menemşe Gümüşderelioğlu , “Kompozit Malzemeler” , Bilim ve Teknik

Yeni Ufuklara. Sf 2- 5 , 2004

[3] Nurettin Arslan, Mete Onur Kaman, “ Alüminyum, Kağıt ve Cam Elyaf Petek Yapılı

Kompozitlerin Üretim Teknikleri ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması” , Fen ve

Mühendislik Dergisi, 3 , sf 113-123, 2002

[4] http://www.obitet.gazi.edu.tr/obitet/malzeme_bilgisi/kompozit%20malzemeler.pdf

[5] Piz hong Q iao, M ijia Y ang, “ I mpact An alysis Of F iber R einforced P olymer

Honeycomb Composite Sandwich Beams” , Composites Part:B, 38, sf 739-750, 2007

[6] H. J. Rathbun, F.W. Zok, A.G. Evans, “Strength Optimization Of Metallic Sandwich

Panels Subject To Bending” , International Journal Of Solid And Structurers, 42, s f 6643-

6661, 2005

[7] Servet Kaptı, Yasin Aksoy, “ Bir İş Makinasının Optimizasyonu”, 2008, İzmir