1

KOMPOZİT MALZEME MEKANİĞİ

Ders Notları

Son Güncelleme: 23.08.2024

Prof. Dr. Mehmet Zor

DEU Makine Mühendisliği Bölümü

2

23.08.2024

İletişim ve Geri Bildirimler için

Kendi bölümündeki dersinde bu ders notlarını takip etmek isteyen öğretim üyelerinin, tarafıma bir bilgilendirme maili göndermeleri yeterlidir. Bu öğretim üyelerine istedikleri taktirde notlardaki (*) işaretli soruların çözümleri gönderilmektedir.

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

Öğretim Üyeleri için Açıklama

www.mehmetzor.com

Web sitemden bu dersle ilgili aşağıdaki materyallere erişebilirsiniz:

Genel Bilgiler:

Ders Eğitim Videoları :

Bu notlardaki herbir konunun anlatıldığı ders eğitim videolardır.

Kompozit Malzemelerin tipleri, sınıflandırılması, matris ve fiberlerle ilgili daha geniş kapsamlı genel bilgiler (pdf)

Sınav Soruları:

Makine Müh. Bölümünde Yapılan Bazı Sınavlar ve Cevap Anahtarları

Yardımcı Belgeler:

Sınavlarda kullanılan Standart Formül Kağıdı, Literatür Taraması Örneği ve diğer dökümanlar

Ders Notları -pdf:

Bu ders notları

Not : Statik, Dinamik, Mukavemet, BDM dersleriyle ilgili aynı tip materyallere web sitemden erişebilirsiniz.

Web Sitem:

mehmet.zor@deu.edu.tr , mehmetzor66@gmail.com

Youtube Kanalım (tüm ders eğitim videoları): https://www.youtube.com/@mehmetzor

Önsöz

Değerli Öğrenci ve Araştırmacı Arkadaşlarım,

Kompozit malzemeler, gerek dayanım, gerek hafiflik ve gerekse ekonomiklik açısından sağladığı avantajlar sebebiyle günümüzde birçok farklı sektörde kullanılmaktadır. Teknolojik gelişmelere paralel olarak, klasik izotropik yapı elemanlarının yerlerini, zamanla kompozitten yapılan alternatifleri alabilmekte ve bu durum gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Bugün için sanayide kullanılan birçok mekanizma, makine, yapı veya sistemlerde bu tip alternatif kompozit eleman, parça veya ekipmanlarla karşılaşmamız mümkündür. Kompozit malzeme alternatifi temeline dayanan Ar-Ge ve inovasyon çalışmaları birçok üniversitede veya özel kuruluşta sıklıkla yapılmaktadır.

Tüm bu sebeplerden dolayı geleceğin mühendisleri olarak sizlerin de kompozitlerle ilgili bu tip faaliyetlerde aktif şekilde yer alabilmeniz ancak ve ancak kompozit malzeme mekaniğinin temel ilke, teori ve yaklaşımlarına yeterince hakim olmanızla mümkün olabilir. Aksi halde bir ar-ge biriminde karşınıza çıkması çok muhtemel bir kompozit alternatif yapının tasarım ve analizlerinde sizden beklenilen bilgileri, yönlendirmeleri ve değerlendirmeleri gerekli seviyede yapamamanız söz konusu olacak ve bu da şüphesiz kariyerinizi olumsuz anlamda etkileyebilecektir.

İşte bu ders notlarıyla, kompozit malzemelerin mekanik hesaplamaları ve ölçümleri açısından bir mühendisinin bilmesi gerekli temel konuları sizlere aktarabilmeyi hedefledik. Bu ders notlarını iyice anlayan bir mühendisinin, temel bilgi ve beceriler açısından kendisine bir ayrıcalık ve kuvvetli bir tercih edilme sebebi katacağında şüphe yoktur. Başlangıçta kompozitlerle ilgili genel bilgiler bu notlarda özetlenmiş; herbir konu kendi anlatımım olan ve mehmetzor.com sitesinden erişilebilen ders eğitim videoları ile ilişkilendirilmiştir. Ders konularının anlaşılmasında anahtar rol oynayan püf noktaları herbir konuda özellikle belirtilmiştir. Ders notları zaman içerisinde güncellenmekte, yeni konu veya örnekler eklenebilmekte ve son güncelleme tarihleri özelikle belirtilmektedir. Bu güncellemeleri yine web sitemden takip edebilirsiniz.

Bu ders notlarının yazılması ve düzenlenmesinde bana çok yardımcı olan Makine Mühendisleri Serhat Saatçı ve Berk Çıkrıkçı’ ya teşekkür ederim. Notlarımızın tüm öğrencilere ve araştırmacılara faydası olması dileğiyle..

3

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları

Eylül 2023

Prof. Dr. Mehmet Zor

Konular

1. Özet Genel Bilgiler
2. Anizotropik Malzeme Tipleri ve Elastik Mekanik Özellikleri (Anistropic Elasticity)
3. Malzeme Özelliklerinin Teorik Hesaplanması
4. Kompozitin Teorik Mukavemeti ve Verim Alma Sınırları (Yapısal Yükleme Örnekleri)
5. Mekanik Özelliklerin Deneysel Tespitleri
6. Kompozitlerde Hooke ve Dönüşüm Bağıntıları (Tek tabaka için gerilme-şekil değiştirme hesaplamaları)
7. Kompozitlerde Hasar Kriterleri
8. Tabakalı Kompozitlerde Mekanik (Yapısal) Hesaplamalar.

( [A], [B] ve [D] matrisleri yardımıyla Gerilme-Şekil Değiştirme Hesaplamaları ve Hasar Tespitleri, örnekler)

9. Termal Yüklemeler (Tek tabaka ve tabakalı kompozitler için termal gerilme – şekil değiştirme hesaplamaları ve örnekler)

4

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

Kompozit Malzemelerle İlgili�ÖZET Genel Bilgiler

5

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

Daha geniş ve ayrıntılı genel bilgilere mehmetzor.com sitesindeki «Genel Bilgiler» dökümanından erişebilirsiniz.

1

(Video 1.)

1.1 Kompozit Malzemelerin Tanımı

En az iki farklı malzemenin makro seviyede (birbiri içerisinde çözünmeyecek şekilde) birleştirilmesiyle oluşturulan yeni malzemeye kompozit malzeme denir.

​

​

​

6

23.08.2024

Amaç ise bileşenlerde tek başına iken mevcut olmayan bazı özelliklerin (hafiflik, dayanım esneklik, vb.) geliştirilmesi ve biraraya getirilmesidir.

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1.2 Kompozit Malzemelerin Temel Özellikleri

1. Kompozit aslında karışım anlamına gelmekle birlikte çözünen ve çözen bileşenlerden oluşmaz.
2. Bileşenler arasında atom alışverişi bulunmamaktadır.
3. Kompozit bileşenleri kimyasal olarak birbirlerini etkilemezler.
4. Malzemeler birbiri içerisinde çözünürse ve atom seviyesinde bir karışım söz konusu olursa, bu tür malzemeler kompozit değil alaşım olur.
5. Karışım nanometre seviyesindeki partiküller düzeyinde olursa bu tip kompozitlere nano-kompozitler denir.

​

​

7

23.08.2024

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

6. Kompozitler genel olarak «matris» ismi verilen bir ana gövde malzeme ve «takviye elemanı (fiber, elyaf)» ismi verilen daha mukavim bir başka malzemeden oluşturulur.
7. Bu iki malzeme grubundan, takviye malzemesi kompozit malzemenin mukavemet ve yük taşıma özelliğini arttırır.

​

8

23.08.2024

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

8. Matris malzeme ise plastik deformasyona geçişte oluşabilecek çatlak ilerlemelerini önleyici rol oynar ve kompozit malzemenin kopmasını geciktirmektedir.
9. Özellikle dayanımın önemli olduğu doğrultularda sürekli fiberlerin yerleştirilmesiyle kompozit yapının o doğrultularda daha yüksek mukavemetli olması sağlanır.
10. Diğer doğrultularda fiber yerleştirmeye gerek olmayacağından kompozit yapı, klasik metalik malzemelere göre hem daha hafif hem istenen doğrultuda daha yüksek mukavemetli olur ve aynı dış yüklere daha fazla dayanır ki, kompozit imalatının en önemli amaçlardan birisi budur.

1.3 Kompozitlerin Uygulama Alanları

• Kompozit malzemeler yapıları ve özellikleri sayesinde çok çeşitli alanlarda kullanılır. Her sektörün farklı ihtiyaçları ve beklentileri olduğundan, kompozit malzemelerin, ürün esneklikleri önemli bir avantaj olarak karşımıza çıkmaktadır.
• Kompozitler, farklı sektörlerde hammadde olarak kullanıldığı gibi imalat yardımcı ekipmanları olarak da kullanılırlar.
• Kompozit malzemelerin yaygın olarak kullanıldığı başlıca sektörler ve bu sektörlerde kullanılan ürün tipleri aşağıda kısaca özetlenmektedir:

9

23.08.2024

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

• Uzay teknolojisi,
• Denizcilik sektörü,
• Tıp alanında (Tıbbi cihazların imalatı),
• Robot teknolojisi,
• Kimya sanayisi,
• Elektrik-Elektronik teknolojisi,
• Müzik aletleri endüstrisi,

10

23.08.2024

1.3.1 Kompozitlerin Kullanıldığı Bazı Alanlar:

• 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.).

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

1.3.2 Kompozit Ürün Örnekleri

• İnşaat ve Yapı Sektörü

11

23.08.2024

• Dış ve iç cephe kaplamaları
• Dekoratif uygulamalar
• Çatı kaplama levhalar
• Taşıyıcı profiller
• Yağmur suyu taşıma sistemleri
• Beton kalıpları
• Prefabrik binalar
• Köprüler,Su tankları,
• Gıda Reyonu Kaplamaları

• Otomobil kaportaları
• Otobüs yan panelleri
• Tır dorse yan çıtaları
• Kamyon ön panelleri
• Konteyner imalatı
• Karayolu işaret levhaları
• Karayolu kenar dikmeleri
• Pedallar, Dikiz Aynaları
• Hava Giriş Manifoldu

• Otomotiv Sektörü

• Savunma Sanayi

• Uçak ve helikopter gövde parçaları,
• Uçak burun ve kanat parçaları
• Havan topları gövdeleri ve sandıkları
• Kurşun geçirmez panel imali
• Miğferler,
• Mayın ve hücum bot parça ve gövdeleri
• Barınaklar vs...

• Gıda ve Tarım Sektörü

• Silolar
• Gıda depolama tankları
• Salamura tankları
• Kültür balıkçılığı ekipmanları
• Seralar, Tahıl depoları
• Sulama kanalları vs...

• Denizcilik Sektörü

• Yelkenliler
• Motorlu tekneler,
• Can kurtarma filikaları,
• Şamandıralar,
• Dubalar-iskeleler,
• Deniz motorsikleti,
• Kanolar ,
• Sörf tahtaları,
• Marina ekipmanları vs...

• Kimya Sektörü

• Muhtelif amaçlı borular
• Kimyasal tesis zemin ızgaraları
• Asit tankları ve kaplamaları
• Arıtma ekipmanları
• Endüstriyel platform ve korkuluklar
• Havalandırma kanalları vs...

• Enerji Sektörü

• İzolatörler,
• Antenler,
• Devre kesiciler,
• Sigorta- panel kutuları,
• Aydınlatma gövdeleri,
• Yalıtkan platformlar,
• Aydınlatma direkleri,
• Devre kesici kutular,
• Kablo taşıyıcıları,

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Çeşitli Kompozit Ürünler

​

12

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Beton kolonlar demir ve betonun birleştirilmesiyle oluşturulur ve aslında bir kompozit yapıdır.

13

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

14

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Bir uçak gövdesinde kullanılan kompozitler ve oranları

​

1.4 Kompozit Malzemelerin Avantajları

Taşıdığı karakteristik özellikleri ile diğer malzemelere göre birçok avantajları bulunan kompozit malzemeler,

1- uzun ömürleri,

2- hafiflikleri,

3- yüksek kimyasal ve mekanik dayanımları,

gibi pek çok üstün özelliklerinden dolayı tercih edilirler.

15

23.08.2024

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

Kompozitlerle Sağlanabilen Diğer Avantajlar:

4. Yüksek Dielektrik Direnç
5. Sızdırmazlık
6. Renk çeşitliliği
7. U.V. ışınlarına dayanım

9. Tamir edilebilirlik
10. İşlenebilirlik
11. Montaj, Tasarım ve Kalıplama Kolaylığı
12. Beton, Metal ve Ahşap yüzeylere uygulanabilme

16

23.08.2024

Alttaki tablodaki malzeme özellikleri incelendiğinde, kompozit yapıların klasik metallere göre hem çok daha hafif hem de çok daha dayanıklı olduğu görülür.

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

İzotropik

Malzemeler

Kompozitler

1.5 Kompozitlerin Bazı Dezavantajları

1. İmalatı gerçekleştirilmiş kompozitin özellikleri her zaman ideal olmayabilir. Malzemenin kalitesi üretim metodunun kalitesine bağlıdır, standartlaşmış bir kalite mevcut değildir.

17

23.08.2024

2. Tabakalı kompozitler, tabakalar arası kayma gerilmelerine hassas olduklarından delaminasyon meydana gelebilir.
3. Bazı kompozitler gevrek olduklarından kolaylıkla zarar görürler, onarılmaları yeni problemler oluşturabilir.
4. Onarılmadan önce çok iyi temizlenmeleri ve sıcak kurutulmaları gerekir. Bazı kurutma teknikleri uzun zaman alabilir ve zor olabilir.

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Delaminaiton

1.6 Kompozitler ve Mühendislik Faaliyetleri

18

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

• Görüldüğü gibi kompozit malzemeler çok farklı sektörlerde kullanılabilmekte, sürekli geliştirilmekte ve kullanım oranı günden güne artmaktadır.
• 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 sıkça yapılmaktadır. Bu faaliyetlerde kompozit malzemelerle çözümler ve geliştirme alternatifleri mümkün olabilmektedir.

• Bu sebeple, mühendislerin, izotropik (metal, seramik vb.) malzemeler için yapabildiği tasarım, analiz, teorik hesaplamalar, deneysel ölçümler, geliştirmeler, imalat gibi faaliyetleri, kompozit malzemeler için de yapabilmeleri onlar için önemli bir ayrıcalık ve tercih edilme sebebidir. Bu ise kompozit malzeme mekaniği konusunda iyi bir temel bilgi birikimiyle ancak mümkündür.

19

23.08.2024

Kompozitlerin mekanik davranışlarının izotropik malzemelerden daha farklı olması, yöne göre değişebilmesi, mekanik açıdan farklı yaklaşım ve kriterlerle incelenmelerini gerektirir.

Hocam, mil malzemesini kompozit yapalım. Von-mises gerilmelerine tekrar bakalım.

Mili kompozit yaparsak, Von-Mises’e göre değil, Tsai-Hill kriterine göre değerlendirme yapmamız daha doğru olur. Kompozitler için akma-kırılma kriterleri farklıdır.

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Kompozit malzemelerin oluşum seçenekleri sonsuz denebilecek kadar çoktur. Bundan dolayı sınıflandırılmaları oldukça zordur.

Ancak burada yaygın sınıflandırmalar üzerinde durulacaktır.

​

20

23.08.2024

1.7 Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

1.7.1 Matris Malzeme Cinsine Göre Sınıflandırma:

21

23.08.2024

Matris malzemenin cinsine göre, kompozitler 3 gruba ayrılabilir:

Matris Malzeme Cinsine Göre Sınıflandırma Şeması

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

1a) Termosetler: Isıyla sertleşir plastiklerdir.

En çok bilinenlerinden birisi Epoksidir.

1b) Termoplastikler: Isıyla Yumaşar Plastiklerdir.

1c) Elastomerler: Çok fazla esneyebilen (büyük elastik deformasyon gösterebilen) plastiklerdir.

En fazla bilinen elastomer kauçuktur.

3. Seramik Matris Kompozitler: Yüksek Sıcaklık kompozitleri olup matris olarak Seramik malzemeler kullanılır.

1. Plastik (Polimer) Matris Kompozitler

2. Metal Matris Kompozitler: Matris olarak Alüminyum, Çinko gibi hafif metallerin kullanıldığı kompozitlerdir.

Kompozitlerin yaklaşık % 90’ı polimer (plastik) esaslı matrislerden üretildiklerinden, kompozit malzemelere «takviye edilmiş plastikler» de denir. 3gruba ayrılırlar

1.7.2 Takviye Elemanlarının Şekil ve Yerleştirilmesine Göre Sınıflandırma:

22

23.08.2024

1. Parçacık (Particulate) Takviyeli Kompozitler
2. Süreksiz (Discontinous) Fiber veya Talaş Takviyeli Kompozitler
3. Sürekli (Continous) Fiber Takviyeli Kompozitler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

İlk 2 gruptaki kompozitler makro seviyede izotropik gösterdikleri için bunlara Quasi-Isotropik kompozitler de denir. , 3. grup kompozitler ise ortotropik özellik gösterirler.

23

23.08.2024

4 - Tabakalı kompozitler:

• Matris malzeme içine kendisinden daha mukavim fiber (çubuk veya dokuma) malzemeler yerleştirilerek kompozit tabakalar (lamina) elde edilir.
• Sonra birden fazla tabaka üst üste yapıştırılır ve tabakalı kompozit yapı (laminated composite plates) elde edilir.
• Bu tabakalı yapılarda, fiberlerin yönlendirme açısı( θ ) tabakadan tabakaya farklılık gösterebilir.
• Fiberlerin yönlendirme açısı, işletme şartlarındaki gerilmelerin daha yüksek çıkacağı doğrultularda seçilir ve hem hafiflik hem dayanım aynı anda sağlanabilir.

1.7.2 Takviye Elemanlarının Şekil ve Yerleştirilmesine Göre Sınıflandırma -Devam:

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

24

23.08.2024

Sandviç kompozit yapılar tabakalı kompozit malzeme sınıfına girerler. Sandviç yapılar, yük taşımayarak sadece izolasyon özelliğine sahip olan düşük yoğunluklu bir çekirdek malzemenin alt ve üst yüzeylerine mukavemetli levhaların yapıştırılması ile elde edilirler.

​

5- Sandviç kompozitler

Alt ve üst tabakaların herbirisi izotropik bir malzeme olabildiği gibi, fiber takviyeli bir tabaka da olabilirler

Dış cephe kaplamalarında kullanılan sandviç kompozit paneller

6- Karma (Hibrid) kompozitler :

• Aynı kompozit yapıda iki yada daha fazla elyaf (fiber) çeşidinin bulunması olasıdır.
• Bu tip kompozitlere hibrid kompozitler denir.
• Bu alan yeni tip kompozitlerin geliştirilmesine çok uygundur.

1.7.2 Takviye Elemanlarının Şekil ve Yerleştirilmesine Göre Sınıflandırma -Devam:

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

7- Doğal Kompozitler

25

23.08.2024

Ağacın kompozit yapısı

Kemiğin kompozit yapısı

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

Ahşap, kemik gibi malzemeler, tabii (doğal) kompozit malzemelerdir.

1.7.2 Takviye Elemanlarının Şekil ve Yerleştirilmesine Göre Sınıflandırma -Devam:

26

23.08.2024

1.8.1 Epoksi:

Termosetler grubundan yapıştırıcı bir kimyasal reçinedir.

Epoksit grubunun polimerizasyonu ile üretilir ve farklı formüllerle özellikleri değiştirilebilir.

Kullanılan sertleştiricinin türüne bağlı olarak kompozit malzemenin özellikleri değişir.

1.8.1.1 Epoksinin Bazı Üstün Özellikleri:

1. Suya, aside, yağa ve kimyasallara direnci çok iyidir, zamanla direnç özelliğini yitirmez.
2. Genellikle iki bileşenli olan epoksiler, belli süre sonra sıvı halden katı hale geçer.

4. Mükemmel mekanik dayanıklılığa sahiptir. Islakken 140 ⁰C, kuruyken 220 ^oC ‘ye kadar ısıya dayanabilir.

5. Sürtünmeye ve aşınmaya karşı dayanıklı yüzeyler oluşturur.

3. Sertleşme sırasında düşük oranda çekme meydana gelir.

1. Maliyetleri yüksektir.
2. Cilde zararlıdırlar.

​

1.8.1.2Epoksinin Bazı Dezavantajları:

1.8 Kompozitlerde Kullanılan Bazı Önemli Malzemeler

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

1.8.2 Cam elyafı (Glass fiber):

​

27

23.08.2024

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

1. Cam elyafı; silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda gibi maddelerden üretilmektedir.
2. Cam elyafı, elyaf takviyeli kompozit üretiminde en çok kullanılan elyaf türüdür.

3. Cam elyafı; özel tasarlanmış ve tabanında küçük delikler bulunan özel bir fırından eritilmiş camın, basınç altında geçirilmesiyle üretilir.

4. A, C, E, S ve R camı olmak üzere farklı özelliklere sahip türleri vardır.

1.8.3 Karbon Elyafı – Karbon Matrisi (Carbon/carbon)

​

1. Karbon matris ve karbon elyafından üretilmiş kompozitler 4000^oC ye kadar dayanabilirler.
2. Bu kompozitler, yüksek sıcaklıklarda çok iyi termal ve mekanik özelliklere sahiptirler.
3. Karbon elyafı cam elyafına göre daha hafif ve mekanik özellikleri daha iyidir. Ancak üretim maliyetleri yüksektir.

​

1. Karbon elyafından daha güçlü ve aynı zamanda daha pahalı elyaf türü bor elyafıdır.
2. Bor, oda sıcaklığında katı durumda olan ikinci hafif elementtir. Çekirdek (genellikle Tungsten/Wolfram) olarak adlandırılan ince bir telin üzerine bor kaplanarak imal edilir. Bu nedenle Bor elyafı kendi başına bir kompozittir.

​

28

23.08.2024

1.8.4 Aramid Elyafı (Kevlar)

Kevlar (Aramid) bir polimer elyafı olup kompozit yapıya yüksek mukavemet ve sertlik kazandıran, hafif bir takviye malzemesidir.

1. Düşük yoğunluk,
2. Yüksek mukavemet ve yorulma dayanımı,
3. Yüksek darbe dayanımı ve aşınma dayanımı,
4. Yüksek kimyasal dayanım,
5. E-Cam elyafına yakın basınç dayanımı,
6. Kevlar elyaflı kompozitler, Cam elyaflı kompozitlere göre %35 daha hafiftir.

1.8.4.1 Bazı Üstün Özellikleri:

1.8.5 Bor Elyafı:

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

29

23.08.2024

1.9.1 Bazı Termoplastik Reçinelerin (Matrislerin) Mekanik ve Termal Özellikleri

1.9 Bazı Malzeme Özellikleri:

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

30

23.08.2024

1.9.2 Takviye Elemanlarının (Fiberlerin) Bazı Özellikleri

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

31

23.08.2024

1.9.3 Bazı Takviye Elemanlarının (Fiberlerin) Çekme Eğrileri

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

1. Elle yatırma (hand lay-up)
2. Püskürtme (spray-up)
3. Elyaf sarma (Wet Filament Winding)
4. Reçine transfer kalıplama (RTM)
5. Profil çekme / Pultrusion
6. Hazır kalıplama / Compression molding
1. Sheet Moulding Composites (SMC)
2. Bulk Moulding Composites (BMC)
7. Vakum yapıştırma/Vakum torbalama

(Vakum bonding / Vakum bagging)

8. Otoklav / Autoclave bonding

​

32

23.08.2024

1.10.1 Başlıca Kompozit İmalat Yöntemleri

Elle Yatırma

Püskürtme (Spray - up)

Elyaf Sarma

RTM

Profil Çekme

1.10 Kompozitlerde İmalat Yöntemleri :

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

33

23.08.2024

1. Kompozitin imalat yöntemleri; takviye ve matris malzemeye, parça şekline, kompozitten hedeflenen özelliklere bağlı olarak değişebilir.
2. Bir parçayı üretmek için genel olarak; ham madde, kalıp, ısı ve basınca ihtiyaç vardır.
3. İmalat sırasında,
1. Elyafın eşit aralıklı ve homojen bir dağılım göstermesine,
2. Elyaf malzemeleri mekanik temaslara karşı hassas olduklarından matris tarafından iyice ıslatılmasına,
3. Elyaf ile matris arasında kuvvetli ara yüzeyin oluşturulmasına

dikkat edilmelidir.

1.10.2 İmalat Yöntemlerinin Genel Özellikleri:

4. Kullanılan reçine ve takviye malzemesine ilave olarak, üretim yöntemi de bir kompozit yapının nihai özelliklerini belirlemede önemli rol oynar.

Hazır Kalıplama

Vakum Yapıştırma/Torbalama

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

34

23.08.2024

1.10.3 İmalat Yöntemlerinin Kompozit Malzeme Cinsine Göre Gruplandırılması:

İmalat Yöntemleri

Termoset Malzemeler

Termoplastik Malzemeler

Kısa Fiber takviyeli kompozitler

Sürekli Fiber takviyeli kompozitler

1. SMC kalıplama
2. SRIM
3. BMC kalıplama
4. Püskürtme
5. Enjeksiyon Kalıplama

1. Elyaf Sarma
2. Profil Çekme
3. RTM
4. Elle Yatırma
5. Atoklav
6. SCRIMP,RIFT,VARTM..

1. Enjeksiyon Kalıplama
2. Şişirme

Kısa Fiber takviyeli kompozitler

Sürekli Fiber takviyeli kompozitler

1. Isıyla Şekillendirme
2. Bant Sarma
3. Pres Kalıplama
4. Otoklav

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler

35

23.08.2024

1.11 Mukavemette Önemli Kavramları hatırlayalım:

1.11.1 İzotropik Malzeme:

1. Isıl veya mekanik yüklemelere karşı her doğrultu ve yönde aynı mekanik davranışı gösteren malzemelerdir.
2. İç yapı dağılımı olarak homojen bir tane dağılımı gösterirler. Bütün saf metallerin yanısıra, alaşımlar izotropik malzemelerdir.

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

3. Bunun yanısıra partikül, talaş (whichkers) veya süreksiz fiber takviyeli kompozitler, homojen bir dağılıma sahip ise makro seviyede izotropik malzeme kabul edilirler. Nano-kompozitlerde bu sınıfa girmektedir. İzotropik malzemeler için geçerli tüm mekanik hesaplamalar bunlar için de geçerlidir. (Birden fazla malzeme içerdikleri için bunlara quisa-izotropik malzemeler de denir.)

36

23.08.2024

1.11.2 Ayırma Prensibi ve Gerilme Kavramı:

Dış kuvvetlerin etkisine maruz bir sistem dengede ise hayali bazda da ayırdığımız her bir parçası da ayrı ayrı dengededir. Buna ayırma prensibi denir.

• Hayali olarak ayırdığımız her bir parçasına, dış kuvvetlerden başka, ayırma kısmından iç kuvvetler ve iç momentler de etki ettirilir. Herbir parçada iç ve dış kuvvetler statik denge sağlar.
• İç kuvvet ve iç momentler: Ayırma yüzeyinde ortaya çıkan tepkilerdir. Sistemin o kısımda dış kuvvetlere karşı cevabıdır.
• Gerilme : İç kuvvet ve moment tepkilerinden kaynaklanan birim alana düşen kuvvet olarak tanımlanabilir.
• Gerilme uygulanmaz, dış yükler etkisinde cismin içinde oluşur.

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

37

23.08.2024

1.11.3 Gerilme Çeşitleri

1.11.3.1 Normal Gerilme: Gerilme kesit düzleminin normaline paralel ise; başka bir ifade ile düzleme dik ise buna normal gerilme denir. σ ile gösterilir. Çeki-Bası ve Eğilme Yüklemesinde ortaya çıkar.

1.11.3.2 Kayma Gerilmesi: Gerilme düzlem normaline dik ise; başka bir ifade ile düzleme paralel ise buna kayma gerilmesi veya kesme gerilmesi denir. τ ile gösterilir.

Kayma gerilmesi indislerinin anlamı:

τ_{i j} = τ_{j i}

Düzlem normali

Gerilme Doğrultusu

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

38

23.08.2024

1.11.4 Şekil Değiştirme

• Şekil değiştirmede en önemli kavram birim uzama ismini verdiğimiz büyüklüktür.

ε ile gösterilen birim uzama, gerinme olarak da isimlendirilir, İngilizcesi ise «strain» dir.

• En basit tanımıyla, bir cismin birim boyundaki uzama (veya kısalma) miktarıdır.

• Birim uzama ε indisi aynı zamanda doğrultusunu gösterir. (ε_x, ε_y veya ε_z olabilir).

1.11.4.1 Birim Uzama (ε)

1.11.4.2 Kayma Şekil Değiştirme Açısı (γ):

• Bir noktada, en genel durumda 3 farklı kayma gerilmesi (τ_xy , τ_yz , τ_xz ) olabilir.
• Bu gerilmeler kayma şekil değiştirme açılarına (γ_xy , γ_yz , γ_xz ) sebep olurlar.

• Bir noktadaki kayma gerilmesi sebebiyle oluşan şekil değiştirme açısıdır. γ açısı kayma gerilmesi ile aynı düzlemdedir ve aynı indislere sahiptir. Aşağıdaki şekilleri dikkatlice inceleyerek bu açıyı anlamaya çalışınız.

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

1.11.5 Çekme testi ve gerilme-birim uzama diyagramı:

39

23.08.2024

Malzemelerin mekanik davranışlarını en iyi karakterize eden bir testtir.

Çeneye bağlanan kısım

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

40

23.08.2024

Poisson oranı:

Poisson oranının sınırları: 0 ile 0.5 arasında değişir.

Dikkat: 1.1 formülü sadece x ekseninde (tek eksenli) yükleme durumunda geçerlidir. P nin yanı sıra y veya z doğrultularında da kuvvetler olsaydı bu formül kullanılamazdı.

(Tek eksenli yüklemede Hooke bağıntısıdır.)

Unutmayın: Her zaman için,

Birim uzama = Toplam uzama/ o yöndeki ilk boy

Şekildeki çubuk x yönünde P yüküne maruz kalırsa, sadece x yönünde gerilme oluşur, y ve z yönlerindeki gerilme oluşmaz.

olacağını fark edin.

,

,

Poisson oranı bir yükün diğer doğrultulardaki şekil değiştirme etkisini veren malzeme özelliğidir..

1.11.5.1 Poisson Oranı ( ν ):

(1.1)

(1.2)

(1.3a-c)

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

41

23.08.2024

1.11.5.2 Rijtlik (Kayma) Modülü ( G )

G: kayma (veya rijitlik) modülüdür. İzotropik malzemeler için E ve ν cinsinden hesaplanabilir.:

(1.7)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

Diğer düzlemlerdeki kayma gerilmeleri ve şekil değiştirmeler arasındaki Hooke bağıntıları:

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar

1.11.6 En Genel Durumda Hooke Bağıntıları :

42

23.08.2024

Sıcaklık Etkisi

Kayma Şekil değiştirme açıları

İzotropik malzemeler için herhangi bir Q noktasındaki gerilme-şekil değiştirmeler arasındaki bağıntılardır:

(1.8.a)

(1.8.b)

(1.8.c)

(1.8.d)

(1.8.e)

(1.8.f)

Kompozit Malzeme Mekaniği – Ders Notları / Prof. Dr. Mehmet Zor

Eksenel Birim Uzamalar

1-Kompozitler Hakkında Özet Genel Bilgiler / Mukavemette Önemli Kavramlar