Theses supervised by Hamit Adin
9 theses · Batman University
Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen sandviç kompozit plakaların mekanik özelliklerinin incelenmesi
Trapezoid kompozit sandviç yapılar, hafiflikleri ile birlikte yüksek eğme ve basma dayanımları sayesinde tercih edilmektedir. Ayrıca, üretildikleri malzemeye bağlı olarak kimyasallara ve suya karşı dayanıklı olmaları, vidalama, delme, ekleme ve tamirat gibi çok yönlü kullanım imkânları sunmaları nedeniyle; otomotiv, havacılık, hafif ticari araçlar, denizcilik, yüksek hızlı trenler, inşaat, ambalaj, rüzgâr enerjisi ve güneş panelleri gibi pek çok sektörde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Sandviç yapılar, alt ve üst örtü elemanları arasına yerleştirilen bir çekirdek yapının yapıştırılmasıyla elde edilen kompozit yapı elemanlarıdır. Örtü katmanları ince, sert ve yüksek yoğunluklu; çekirdek ise bu katmanlara kıyasla daha kalın ve düşük yoğunluklu malzemelerden seçilmektedir. Bu tür yapılar, başta basma ve eğilme olmak üzere çeşitli mekanik özelliklerde yüksek dayanım sağlaması hedefiyle çok sayıda çalışma kapsamında araştırılmakta ve geliştirilmektedir. Tez çalışması kapsamında, hücre genişliği ve hücre duvar kalınlığı parametreleri için üç farklı ölçü belirlenmiş ve bu ölçülere göre çekirdek hücreler, üç boyutlu yazıcı kullanılarak polilaktik asit (PLA) filamentinden üretilmiştir. Alt ve üst yüzey plakaları ise, %15–20 oranında karbon içeren ve PLA/CF olarak adlandırılan takviyeli kompozit malzemeden, eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiştir. Hazırlanan numuneler, epoksi esaslı yapıştırıcı kullanılarak birleştirilmiştir. Tek ve çift katmanlı olacak şekilde üretilen sandviç kompozit plakaların mekanik özellikleri deneysel yöntemlerle araştırılmıştır. Çalışmada sırasıyla baskı hızı, doluluk oranı, hücre genişliği (Dc), hücre duvar kalınlığı (tc) ve trapezoid taban açısı olmak üzere beş farklı parametre seçilmiştir. Bu parametrelere ait değerler sırasıyla; hız: 75/100/125 mm/sn, doluluk: %70/%85/%100, Dc: 6/9/12 mm, tc: 0,8/1,2/1,6 mm ve trapezoid açısı: 55/65/75 derece olacak şekilde belirlenmiş ve bu değerlere göre trapezoid hücre geometrileri kullanılmıştır. Tek ve çift katmanlı olarak hazırlanan numunelere basma ve üç nokta eğilme testleri uygulanmış; analizler sonucunda elde edilen optimum sonuçlara göre %100 karbon plaka kullanılarak hazırlanmış sandviç plakalarla karşılaştırmalı testler gerçekleştirilmiştir. Testlerden elde edilen veriler, TAGUCHI deney tasarımı yöntemiyle değerlendirilmiş; sonuçlar varyans analizi (ANOVA) yöntemi ile istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Bu çalışma, trapezoid hücre geometrisine sahip sandviç yapılarda üretim parametrelerinin bütüncül etkisini inceleyen nadir çalışmalardandır. Tek ve çift katmanlı yapıların karşılaştırmalı analizi literatüre yenilik katmaktadır. 3B baskı ile PLA/CF malzeme kullanımı ise eklemeli imalata yönelik özgün bir uygulamadır. Elde edilen bulgular, yapısal tasarım ve optimizasyon süreçlerine doğrudan katkı sunmaktadır.
Tek kristalli bakır, silisyum ve Al-Si, Cu-Ni alaşım malzemelerinde nanoindentasyon uygulamaları ve etkilerinin incelenmesi
Günümüzde teknolojinin hızla gelişmesi, cihazların mikro ve nano ölçeklerde tasarlanıp üretilmesini mümkün kılmıştır. Bu nedenle, malzemelerin mikro ve nano düzeyde karakterizasyonu büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, döküm yöntemiyle üretilen Cu-Ni ve Al-Si alaşımları ile Cu[100] ve Si[100] tek kristallerinin sertlik, elastisite modülü ve yüzey deformasyonu gibi mekanik özelliklerini incelemek amacıyla nanoindentasyon testleri ve moleküler dinamik (MD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Nanoindentasyon deneyleri, Berkovich tipi uçlar kullanılarak 5000 µN ve 10000 µN yükler altında nano test cihazlarıyla uygulanmıştır. MD simülasyonlarında ise girinti hızı 500 m/s olarak belirlenmiştir. Döküm yöntemiyle elde edilen Cu-Ni alaşımlarına yönelik nanoindentasyon testleri, elastisite modülünün 101,89 GPa ile 139,27 GPa arasında değiştiğini ortaya koymuştur. Buna karşılık, MD simülasyonlarında bu değerlerin 126,30 GPa ile 186,34 GPa aralığında olduğu gözlemlenmiştir. Girinti izinin en derin olduğu örnek tek kristalli Cu[100] metali iken, en sığ girinti Cu-%10Ni alaşımında kaydedilmiştir. Al-Si alaşımlarında ise silisyum içeriğinin artmasıyla girinti yer değiştirmelerinin arttığı, uygulanan kuvvetlerin azaldığı ve dislokasyon yoğunluğunun düştüğü belirlenmiştir. Ayrıca, daha büyük tane boyutlarına sahip Cu-%10Ni alaşımının 2,40 GPa sertlik değerine sahip olduğu, buna karşın daha küçük taneli Cu-%20Ni alaşımında bu değerin 3,90 GPa’ya yükseldiği hesaplanmıştır. Al-Si alaşımlarında silisyumun heterojen dağılımı ile Mg, Fe ve Ag gibi elementlerin varlığı, pop-in ve pop-out davranışlarını etkileyerek mekanik özelliklerde farklılıklara neden olmuştur. Ancak Al-%20Si alaşımında kalıcı dislokasyon oluşumu gözlemlenmemiştir. Elde edilen deneysel bulgular ile MD simülasyon sonuçları birbiriyle uyumlu bulunmuş; MD simülasyonlarının gerçek zamanlı atomik ölçekli deformasyonları analiz etmede uygulanabilir ve güvenilir olduğu doğrulanmıştır. Bu bağlamda, MD simülasyonlarının metal alaşımlarında elastisite modülü ve sertlik gibi mekanik özelliklerin belirlenmesinde hızlı ve düşük maliyetli bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.
Karbon fiber ve cam elyaf hibrit kompozitlerinin diziliş sırasının mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Hibrit kompozitler farklı özellikteki materyallerin tabaka halinde bir araya gelmesiyle elde edilirler. Kompozitteki tabakaların türü, miktarı, diziliş sırası, oryantasyon açısı gibi değişken parametreler, hibrit kompozitlerin mekanik özelliklerini belirleyen en önemli faktörlerdir. Bu çalışmada üretilen karbon fiber-cam elyaf takviyeli hibrit kompozitlerin üretim sırasındaki diziliş sırasının kompozitin mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Malzemenin özellikleri bazı testler uygulanarak incelenmiştir. Testlerde kullanılan malzemeler, reçine epoksi ile cam elyaf ve karbon elyaf olup, hot press yöntemi kullanılarak farklı dizilimlerde 2 adet cam – karbon elyaf takviyeli hibrit kompozit plakalar üretilmiştir. Numuneler çekme ve üç nokta eğme deneyi olmak üzere 2 farklı deneye tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda diziliş sırasının bu malzemelerin mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda K1 diziliş sırasına sahip numunelerin mukavemetinin K2 diziliş sırasına sahip numunelere göre daha fazla olduğu tespit edilmiştir.
Grafen katkılı hibrit kompozit malzemelerden üretilmiş silindirik kutuların ezilme davranışları, hasar analizleri ve yaşlanma etkisinin incelenmesi
Otomotiv sektöründe yolcu güvenliğini sağlamak ve araç bütünlüğünü korumak için birçok çalışma yapılmaktadır. Oluşan kazalar sırasında yolcuların güvenliğini sağlayarak olası yaralanmaları önlemek veya ölümle sonuçlanmasını engellemek için çalışmalar süre gelmektedir. Bunun için kaza anında ortaya çıkan enerjiyi soğuracak malzemeler önem kazanmaktadır. Burada enerji soğurma özelliği kadar önemli olan kullanılacak olan malzemenin hafifliğidir. Hafiflikleri kompozit malzemelerin araçlarda çarpışma kutuları olarak kullanılmasında önem kazandırmaktadır. Bu çalışmada, 6 farklı tip kompozit silindirik kutu ve bu kutulara 2 farklı oranda (%0,25 ve %0,50) grafen takviyesi ile üretilen aynı zamanda 2 farklı oranda yaşlandırmaya tabi tutulan (60 0C saf su içerisinde 500 saat ve 1000 saat) kompozitler yani toplamda 54 farklı numune yarı statik basma testine tabi tutulmuşlardır. Numuneler vakum infüzyon yöntemi ile epoksi reçine matrisli cam fiber, aramid fiber, karbon fiber ve bu fiberlerin hibiridizasyonu olan içten dışa doğru aramid-karbon-cam, karbon-cam-aramid, cam-aramid-karbon olarak üretilmiştir. Basma testleri 2mm/dk hızla yapılmıştır. Testler sonrasında takviyeli, takviyesiz ve yaşlandırılmış numunelerin maksimum tepe kuvvetleri enerji soğurma özellikleri ve spesifik enerji soğurma özellikleri incelenmiş, elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. En yüksek maksimum tepe kuvveti, enerji soğurma özelliği ve spesifik enerji soğurma özelliği epoksi reçine matrisli karbon fiber kompozit silindirik kutuda tespit edilmiştir. Grafen takviyesinin epoksi reçine matrisli aramid fiberde maksimum tepe kuvveti, enerji soğurma ve spesifik enerji soğurma üzerinde kayda değer derecede etkili olduğu tespit edilmiştir.
Takı endüstrisinde kullanılan gümüş-bakır alaşımına nanopartikül ilavesinin oluşturduğu mekanik davranışların deneysel olarak incelenmesi
Günümüzde teknolojide yaşanan büyük gelişmelerle beraber üretim yöntemlerinde de dönüşüm ve yenilikler yaşanmaktadır. Içinde bulunduğumuz yüzyılda bilginin büyük bir hızla yayılarak geniş kitlelere ulaşması, teknolojinin yakaladığı güçlü ivme ve gelişim ile beraber zorlu rekabet koşulları yaratan bir piyasa ortamı yaratmaktadır. Bu durum teknolojik gelişmelere ayak uydurma zorunluluğunu getirmektedir. 20. yüzyılın sonlarındaki en büyük bilimsel ve teknik gelişmelerden biri, nanomalzemelerin ve nanoteknolojinin keşfedilmiş olmasıdır. Bu alandaki çalışmalar 21. yüzyılın ilk yıllarında yaygınlaşmış ve gelişme göstermiştir. Nanoteknolojinin bu kadar hızlı gelişim göstermesi, hem kamuda hem de özel sektörde ciddi anlamda bir araştırma ve geliştirme çabasına yol açmıştır. Nanoteknoloji ile üretilmiş malzemelerin fiziksel davranışlarında diğer normal sistemlerle üretilen malzemelerin davranışlarıyla kıyaslandığında farklı özellikler göstermektedir. Nanoteknoloji ile yeni özelliklerde yapılar üretme fırsatı doğmaktadır. Bu tez çalışmasında gümüş takı üretimi için gerekli gümüş-bakır alaşımına gümüş nanotoz ilave edilmesi halinde alaşımda meydana gelebilecek mekanik davranışlar incelenmiştir. Öncelikle gümüş nanotoz ilave edilmemiş gümüş-bakır alaşımı hazırlanmıştır. Hazırlanan alaşımdan çekme, eğme ve sertlik deneyleri için standartlara uygun numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan numunelerin mekanik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bir sonraki aşamada gümüş-bakır alaşımına belli oranlarda (%0.5, %1, %1.5, %2) 99,99 ayarında 20 nm ölçeğinde gümüş nanotoz ilave edilmiştir. Hazırlanan alaşımlardan standartlara uygun deney numunleri hazırlanarak mekanik testleri gerçekleştirilmiştir. Nanotoz ilaveli ve ilavesiz deney numunelerinin sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre gümüş-bakır alaşımına ilave edilen nanotoz oranlarına göre farklı maksimum çekme dayanımları, uzama miktarları, sertlik değerleri ve eğilme kuvvetleri gözlenlenmiştir. Nümerik analiz için Sonlu Elemanlar Metodu uygulanmıştır. ANSYS Workbench yazılımı kullanılarak statik analiz işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen verilerde çekme deneyinde elde edilen maksimum çekme dayanımlarına yakın gerilim değerleri bulunmuştur. Yapılan tüm testlerin sonucuna göre gümüş-bakır alaşımına düşük oranlarda (%0,1, %0,5 vb.) nanotoz ilave edilmesi daha verimli sonuçlar elde edilmesini sağlamaktadır. Büyük oranlarda nanotoz ilave edilmesi (%1 ve daha fazlası) sünek yapıdaki alaşımı gevrek malzeme haline getirerek kırılgan bir yapıya dönüştürmektedir. Bu durum bazı gümüş takı üretim tekniklerinde uygulamayı zorlaştırmaktadır.
Kompozit yama ile yapıştırılarak yamanmış eliptik delikli alüminyum plakaların eğme davranışına etkisinin sayısal incelenmesi
Uzay, havacılık ve otomotiv sanayinde oluşan malzeme hasarlarında özellikle küçük çaplı hasarlarda tüm malzemeyi değiştirmek yerine maliyet, işçilik, zaman gibi sebeplerden dolayı hasarın tamiratına başvurulur. Malzemede oluşan hasarlı bölgeye yapacağımız tamirat yöntemlerinden biri de kompozit malzeme kullanılarak çift taraflı yapıştırma bağlantıları oluşturmaktır. Bu çalışmada eliptik delikli AA-5083 alüminyum levhaların çift taraflı bindirme bağlantısının eğme yükü altındaki davranışları nümerik olarak hesaplanmıştır. Bindirme bağlantısı olarak cam elyaf takviyeli kompozit malzeme kullanılmıştır. Bağlantılar DP460 yapıştırıcı malzemesi kullanılarak oluşturulmuştur. Nümerik analizler için sonlu elemanlar analiz programı olan ANSYS 14,5 kullanılmıştır. Bu analizde bindirme uzunluğu(H), elips büyük yarıçapı(R), elips küçük yarıçapı(r) değişimlerinin eğme davranışına etkisi incelenmiştir. Her numune için hasar yükleri bulunmuştur. σx , σy , σz, σeqv , τxy , τyz, τxz gerilme dağılımları incelenmiş ve grafiklerle gösterilmiştir. Yamalı ve yamasız numuneler karşılaştırıldığında yamalı numunelerin daha fazla yük taşıdığı görülmüştür. Yama uzunluğu arttıkça yapışma yüzeyi arttığı için numunelerin mukavemeti artmıştır.
Mardin ili şehir içi doğalgaz borularındaki kaynak hatalarının tahribatlı ve tahribatsız muayene yöntemleri ile incelenmesi
Doğalgaz boru hatlarının imalat ve montaj aşamasında yapılan kontroller kalite, insan, çevre güvenliği ve teknik emniyet bakımından çok önemlidir. Teknik dışı yapılacak bir uygulama veya en küçük bir hatalı değerlendirmenin emniyet faktörüne yapacağı olumsuz etki bilinmektedir. Bu nedenle bu çalışmada çelik doğal gaz borularının ark kaynağı ile birleştirme, kaynak dikişlerinin radyografik muayeneye tabii tutulmuştur. Bunun için X ışını ve gama ışını cihazları kullanılarak boruların çok sayıda filmleri çekilmiştir. Deneyler sonucunda sık görülen değişik kaynak hataları tespit edilerek sebepleri araştırılmış, hatayı gidermek ve kaliteyi artırmak için değerlendirmeler yapılarak çözümler geliştirilmeye çalışılmıştır. Aynı zamanda bu hataların teknik uzman tarafından API 1104 standardına göre kabul edilebilir olup olmadığı yönünde değerlendirmeler yapılmıştır.
Yamalı ve yamasız alüminyum / kompozit plakaların nümerik olarak yorulma analizi
Çalışmamız ana başlığımız doğrultusunda 4 ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde kompozit, alüminyum, yapıştırıcı, yama ve yorulma üzerine yapılan çalışmalar incelenmiş ve bu konuda çeşitli bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde ise yapmak istediğimiz çalışmamıza benzer veya yakınlığı bulunan çalışmaların içerikleri incelenmiş ve özet halinde verilmiştir. Üçüncü bölümde ise tezimizin ana konusu hakkında bilgiler verilmiştir. Kullanmış olduğumuz bilgisayar programından elde ettiğimiz veriler paylaşılmış ve izlediğimiz adımlar tek tek irdelenmiştir. Son olarak ise elde edilen verilerin kıyası yapılmış ve yorumlanmıştır. Yapılan çalışmamız yamalı ve yamasız alüminyum plakaların nümerik analiz yöntemiyle yorulma analizidir. Analiz numunelerine ayrıca deformasyon ve gerilme analizleri uygulanmıştır. Analizler neticesinde kompozit yamalı numunelerde yorulma ömrü bir hayli artmıştır. Alüminyum bir materyal hasara uğradığı vakit malzemenin değişmesi yerine kompozit bir yama ile onarım yapılması zaman ve maliyet açısından ciddi anlamda faydalı olacağı görülmüştür.
Örgülü kompozit malzemelerin çeşitli parametrelerde yorulma davranışlarının incelenmesi
Son yıllarda ileri teknoloji ürünü olan nanopartiküllerin önemi giderek artmaktadır. Nanopartiküller birçok alanda kullanıldığı gibi kompozit malzemeler alanında da kullanılmaktadır. Konstrüksiyon sektörü de kompozit malzemeler için yeni bir alan olarak ortaya çıkmıştır. Konstrüksiyon sektöründeki özel ihtiyaçlar birçok fırsat doğurmaktadır. Bu çalışmada, 5 farklı katman yapısında nanopartikül takviyesiz ve kütlece farklı oranlarda (%0.5, %1 ve %3) Al2O3, CuO ve MgO nanopartikül takviyeli olarak üretilen dokuma tip kompozit malzemeler yorulma testlerine tabi tutulmuştur. Yorulma testlerine başlamadan önce, numunelerin sadece çekme-basma yönündeki yüklere maruz kalması ve eğilme momentinden etkilenmemesi için kompozit malzemelerin uçlarına 40x25mm ölçülerinde parçalar yapıştırılmıştır. Yorulma testleri Batman Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuvarı’nda bulunan Shimadzu marka 100 kN’lik yük hücresine sahip Servo-Hidrolik Yorulma test cihazı ile yapılmıştır. Numunelerin yorulma limitlerini belirlemek için R=-0.1 yük oranı, 6 Hz frekans ve sinüs dalgası şeklinde yük uygulanarak yorulma testleri yapılmıştır. Yorulma deneyleri sonrasında nanopartikül takviyeli ve takviyesiz olarak üretilen dokuma tip kompozit malzemelerin Yük Seviyesi (%) – Çevrim Sayısı (N) diyagramları, sönümleme oranları ve histerezis eğrileri incelenmiş, elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Ayrıca dokuma tip kompozit malzemelerde oluşan hasar mekanizmalarının SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri yapılmıştır. En yüksek yorulma ömürleri ve sönümleme oranları KM-3 katman yapısına sahip nanopartikül takviyeli ve takviyesiz olarak üretilen kompozit malzemelerde tespit edilmiştir. Üretim açısından tavsiye edilen dokuma kompozit malzemeler KM-3 katman yapılı numunelerdir. Nanopartikül takviyeli ve takviyesiz üretilen dokuma kompozit malzemelerde genel olarak simetrik histerezis eğrileri oluştuğundan deformasyon davranışlarının lineer elastik olduğu anlaşılmaktadır.