Theses supervised by Prof. Dr. Ömer Faruk Elaldı
10 theses · Başkent University
Statik yük altında çalışan farklı yapıdaki cam elyaf kompozit radomlarda elektromanyetik performans analizi
Bu çalışmada, statik yük altında çalışan farklı fiber oryantasyonunda cam elyaf kompozit radomların elektromanyetik performans analizi yapılmıştır. Cam elyaf kompozit radomlar, radar ve iletişim sistemlerinde kullanılan önemli yapı elemanlarıdır ve elektromanyetik geçirgenlikleri ile mekanik dayanımları kritik öneme sahiptir. Radom, antenleri çevresel etkilerden koruyan ve radyo dalgalarının geçişini engellemeyen özel yapılardır. Radomların, anten ve radar sistemlerini çevresel atmosfer hasarlarından ve fiziki hasarlardan korumanın yanı sıra antenleri gizlemek amacıyla kullanılır. Bu koruma işlevini yerine getirirken radyo dalgalarını minimum kayıpla geçirirler. Radar ve anten sistemlerinin sağlıklı çalışabilmesi için sinyallerin doğru ve kayıpsız yayınlanması ve yansıyan sinyallerin de doğru ve kayıpsız alınması gerekmektedir. Radomların radyo dalgalarını geçirgenliği bu sebeple giderek kritikleşmektedir. Bu geçirgenlikten dolayı endüstride kullanılabilecek malzemeler kısıtlı durumda olduğu için mevcut malzemelerde yapılabilecek iyileştirmelerde sistemlerin doğru çalışmasına büyük katkı sağlayacaktır. Çalışmada, farklı fiber oryantasyonlarına sahip (monolitik ve sandviç) olarak hazırlanan radom numuneleri üzerinde deneyler yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre, dikkate alınan cam elyaf oryantasyonları ve kompozit yapıların radomların elektromanyetik geçirgenlik performansı üzerinde önemli bir etkisi olmadığı gözlenmiştir.
Hava platformlarında karbon fiber takviyeli kompozit yapıların üretim süreçlerinde ortaya çıkan ölçüsel sapmalar üzerinde bir çalışma: Takım tasarım bakış açısı
Havacılık endüstrisinde özellikle birincil yapılarda kullanılan karbon fiber takviyeli termoset matris yapısına sahip kompozit parçaların, üretim süreçleri sonrasında tasarım geometrilerinden farkları, yapısal montaj faaliyetlerinde yüksek maliyetli kayıplara, hava araçlarının kullanım aşamalarında ise uçuş güvenliğini tehdit eden sonuçlara neden olmaktadır. Literatürde, kompozit parça geometrilerine bağlı olarak gözlemlenen süreç kaynaklı ölçüsel sapmalar, türleri ve bu deformasyonlara etki eden iç ve dış faktörlerin sınıflandırılması incelenmiştir. Bu tez çalışmasında, termoset matris yapılı karbon fiber ile güçlendirilmiş AS4/8552 malzemeden 90° açı ile tek büküme ("L" şekle) sahip bir test parçası geometrisi için literatürde bulunan analitik çalışmalar ile deformasyon hesabı gerçekleştirilmiş ve iç faktörler nedeniyle ortaya çıkacak deformasyon öngörülmüştür. Deneysel çalışma kısmında ise bu test parçasının dış faktörler değiştirilerek üretimleri için farklı takım malzemeleri kullanılarak dört kalıp hazırlanmış, toplam 24 test parçası, iç faktörleri sabit tutularak bu kalıplarla üretilmiştir. Literatürde parça iç faktörleri ile analitik olarak hesaplanan süreç deformasyonlarına ek olarak, kalıp parametrelerinin etkisinin dahil edildiği toplam süreç deformasyonu analitik eşitlikleri bu çalışmada önerilmiştir. Aynı iç parametrelere sahip parçaların erkek-dişi kalıplarda üretilmesi farkları karşılaştırılmıştır. Parça tasarım geometrilerine yakınsama sağlamak üzere takımların tasarım aşamasında kullanılması gereken kalıp kompanzasyon faktörü hesaplama yöntemi önerilmiştir.
Havacılık yapılarının birleştirilmesinde kompozit ve metal perçin bağlayıcıların mekanik davranışa etkisinin analizi
Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte termoplastik kompozit malzemelerin kullanım alanları giderek artmaktadır. Bu çalışma kapsamında, havacılık endüstrisinde kullanılan yapısal bağlantılarda termoplastik kompozit perçinlerin mekanik davranışları metal perçinlere alternatif olarak incelenmiştir. Çalışmanın amacı özellikle, düşük ağırlıkta yüksek dayanım gereksinimi olan hava aracı platformlarında hafiflik ve dayanım kriterleri göz önünde bulundurularak en uygun bağlayıcı tipini belirlemektir. Bu kapsamda karbon fiber takviyeli polieter keton keton (CF/PEKK) malzemesinden üretilen termoplastik kompozit perçinler, eşdeğer geometriye sahip alüminyum alaşımlı perçinlerle deneysel ve sayısal olarak karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmada, tek bindirmeli kesme testi numuneleri hazırlanmış ve bu numuneler çekme testine tabi tutulmuştur. Çekme testinden elde edilen yük-yer değiştirme değerleri gerilme- gerinim değerlerinin elde edilmesinde kullanılmıştır. Elde edilen bu veriler yardımıyla oluşturulan grafikler incelenerek CF/PEKK ve alüminyum perçinlerin mekanik davranışları karşılaştırılmıştır. Deney sonuçlarının doğrulanması amacıyla söz konusu test numunesi geometrisine Altair/HyperMesh yazılımında Optistruct çözücüsü kullanılarak sonlu elemanlar analizi (FEM) yapılmıştır. Deneysel ve sayısal analiz sonuçları doğrultusunda kompozit perçinlerin metal perçinlere göre daha yüksek akma dayanımına ve daha yüksek enerji sönümleme kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Aynı zamanda kompozit malzemelerin deney esnasında kademeli hasara uğrayarak yarı-sünek davranış gösterdiği tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular doğrultusunda, CF/PEKK kompozit perçinlerin metal perçinlere güçlü bir alternatif oluşturabileceği sonucuna varılmıştır.
Design and analysis of a hydro-pneumatic suspension system
Suspension systems are generally one of the most critical components for the ride dynamics and comfort performance of a vehicle. Also, off road performance and mobility of the high tonnage vehicles directly depend on the suspension system of the vehicle. In this thesis study, firstly displacement and velocity equations have been derived by using the kinematics of the hydro-pneumatic suspension unit (HSU) mechanism. Furthermore, the input and output parameters have been specified to design an HSU and necessary parametric equations have been derived which related with the input and output parameters. By using the derived equations, a graphical user interface (GUI) has been developed which enables the user to easily design different configurations of an HSU. Then, by using the predetermined input parameters and developed GUI, detailed design of the system and the 3D CAD model of a hydro-pneumatic suspension system have been performed. Bill of materials, manufacturing and assembly drawings have been prepared for the designed system. Also, structural finite element analysis have been performed for the worst case loading conditions of the system and finite element analysis results have been compared with the GUI output results. Finally, technical data package have been prepared for the designed HSU.
Seramik katmanlı zırh plakaların deneysel ve analitik balistik performans analizleri
Askeri araçlarda kullanılan zırh sistemleri günümüzde büyük bir önem taşımaktadır. Orduların motorize şekilde savaş alanında hızlı hareket etmesi cephenin takviye edilmesi açısından hayati bir önem taşımaktadır. Özellikle zırhlı personel taşıyıcıların cepheye asker sevkiyatı sırasında personeli balistik tehditlere karşı koruması ve hızlı hareket etmesi bu araçların olmazsa olmazlarındandır. Zırhlı Personel Taşıyıcılarda kullanılan zırhın da aracı balistik tehditlere karşı korurken bir yandan da hareket yeteneğinin azaltmaması gerekmektedir. Bu nedenle zırh sistemleri sürekli olarak geliştirilmektedir. Yapılan tez çalışması zırhlı personel taşıyıcı araçlarda kullanılabilecek Stanag 4569 Seviye-2 koruma seviyesine sahip, farklı malzeme katmanlarından ve farklı katman dizilişlerinde olan ancak alansal yoğunluğu en düşük bir zırh paketlerinin elde edilmesini kapsamaktadır. Ayrıca kullanılan malzeme ve dizilimler için analitik yöntemler kullanılarak yapılan deneyler modellenmiştir. Bu çalışmada özellikle katman sayısının, katman cinsinin ve katman dizilişinin aynı balistik koruma seviyesini sağlamak kaydıyla alansal yoğunluğa etkisi analitik ve deneysel olarak araştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda incelenen alternatif zırh paketleri arasından balistik koruma seviyesi en yüksek ancak alansal yoğunluğu en düşük zırh paketi belirlenmiştir. Buna ek olarak, deneysel sonuçlara yakınsayan en iyi analitik model ortaya konmuştur.
Effects of repair techniques on mechanical performance in composite materials
Today, the use of composite materials has become widespread and is increasing. These materials, which have the advantage of strength and lightness ratio, have gained great importance especially in the aeronautical industry and automotive sector. After this widespread use of composite materials, the repair of damages caused by external factors has also become an important research topic. In this study, the effects of different repair methods on the mechanical performance of the material were investigated. Scarf angles of 20°, 30° and 45° have been studied in order not to create too many scarf areas and to find a quick repair method. Also, a comparison of single scarf and double scarf repair was made to find a more robust solution. The samples were produced from carbon fiber prepreg and with the [45/0/90/0/45]2s ratio. Tensile, compression and 3-point bending tests according to ASTM standards were applied to composite samples prepared with single scarf and double scarf repair configurations at different angles. The stress-strain curves obtained as a result of the tests showed that the specimens repaired at 20° had the highest strength. In addition, it has been determined that the samples repaired with double scarf withstand higher forces compared to the samples repaired with single scarf at the same angle.
Kuş çarpmasına uğramış Radom'ların onarıldıktan sonra çarpmaya karşı performansının incelenmesi
Havacılık sektöründe kuş çarpması yüzünden özellikle hava araçlarının ön kısmında yer alan RADOM bölgesi çok hasar almaktadır. Bu hasar alan bölge yapısal olarak büyük olduğu için çoğu zaman değişim yerine onarılmaktadır. Onarım yaşam döngüsü maliyeti açısından daha etkin olmaktadır. Onarım metodu olarak hasarlı katmanın kaldırılması ve yerine aynı malzemelerden yapılmış kompozit yama yapıştırılması tercih edilmektedir. Bu tezde onarılan parçanın aynı büyüklükte bir darbeye tekrar maruz kaldıktan sonra göstereceği performansın deneysel olarak incelenmesi ve uçuş güvenliğinin sağlanabilirliğinin ölçülmesi amaçlanmaktadır. Tez kapsamında onarım metodunu doğrulamak amacıyla serbest düşme test düzeneğinde ortalama 50 J'lük darbe enerjisi uygulanarak testler icra edilmiştir. Aynı test, hasar verilip daha sonra onarılan numuneler için tekrar edilmiştir. Deneysel olarak gerçekleştirilen çalışmalar neticesinde tamir yönteminin etkinliği ikinci kez aynı bölgeye alınan darbenin hasar alanı baz alınarak değerlendirilmiştir. Kuş çarpması neticesinde onarılan bir radom parçasının onarıldıktan sonra takip eden düşük hızlı darbelere karşı orijinale yakın performans verdiği tespit edilmiştir.
The effect of stacking sequence of ceramic armors and use of thin preliminary layer on ballistic performance in multilayered ceramic/composite armor systems
Regardless of whether tactical wheeled or tracked, the most important system of armored land vehicles is the armor system. It is essential to use an optimum armor design that will not both lose the maneuverability and threaten personnel safety. One of the prerequisites for usability is to produce a cost-effective solution in armor systems. Ceramic and/or composite armors have been used instead of solid and thick aluminum or steel armors in order to stop these ballistic threats, which have developed due to the greater development of projectile and firearm technologies compared to armor technology, especially in recent years. With this beginning, various multi-layer armor system configurations were created and validated according to STANAG 4569. However various researches have been carried out and continue to be carried out, especially in the 21st century, about arranging these configurations with optimum cost and areal density by changing various parameters. In this study, the effect of the arrangement of the ceramic armor layers on the ballistic performance in a multi-layer armor system with STANAG 4569 Level-3 protection level was analyzed. In addition, it has been evaluated to what extent the preliminary front layer used in armor systems will affect the ballistic performance in order to protect the ceramic armor layers from external factors. At the same time, both experimental studies were compared with analytical models and the armor configuration with the optimum areal density was tried to be obtained with both tests and analysis models, provided that the same ballistic protection level was maintained.
Yüzey plaka kalınlığı ve çekirdek malzeme farklılığının karbon takviyeli sandviç kompozit yapıların hasar toleransına etkisinin araştırılması
Sandviç kompozitler, mukavemetlerinin ve rijitliklerinin ağırlıklarına oranlarının yüksek olmaları sebebiyle hafifliğin önemli olduğu savunma, inşaat, otomotiv, deniz ve havacılık vb. birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Bu önemli faydalarının yanında sandviç kompozitler darbeye karşı son derece duyarlıdırlar. Düşük hızda darbe hasarının gözle fark edilememesinden dolayı bu kompozitler için en tehlikeli hasar şekli olarak düşünülmektedir. Bu çalışma, farklı yüzey plaka kalınlığı ve çekirdek tiplerinin sandviç kompozitlerin düşük hızlı darbe performansı üzerindeki etkilerinin araştırılmasına odaklanmaktadır. İki farklı çekirdek malzeme kullanılmıştır: PVC Köpük ve PET Plaka. PVC Köpük, sandviç kompozitlerde çekirdek malzeme olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada çekirdek malzemesi olarak geleneksel çekirdek malzemelerine ek olarak PVC Köpüğün yaklaşık 28 katı nominal yoğunluğu olan PET Plaka kullanılmıştır. Sandviç kompozitlerin alt ve üst yüzey plakaları dokuma karbon fiber/epoksi malzemeden üretilmiştir. 1 ve 2 mm kalınlığındaki alt ve üst yüzey plakalar crossply symmetric oryantasyonuna sahiptir. 4 farklı konfigürasyonda sandviç kompozit üretimi yapılmıştır. Sandviç kompozitlerin üretiminde soğuk pres yöntemi kullanılmıştır. Düşük hızlı darbe deneyleri Başkent Üniversitesi Biyomekanik ve Mukavemet laboratuvarında bulunan ağırlık düşürme darbe cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen sonuçlar ve sandviç yapıların darbe sonrası hasarlarının görüntüleri ve ultrasonik muayene sonuçları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Test sonuçlarına göre çekirdek malzeme olarak PET Plaka kullanılan konfigürasyonların (A-1 ve A-2) darbe yüküne en dayanıklı seçenek olduğu görülmüştür. Penetrasyon derinliği değerleri, B-1 ve B-2 konfigürasyonuna sahip olan bütün numunelerin perfore olduğunu göstermektedir. Çekirdek malzeme nominal yoğunluğu değeri ile sandviç kompozit darbe dayanımı değerinin pozitif bir korelasyon içerisinde olduğu, yüzey plaka kalınlığının ise çekirdek malzeme nominal yoğunluğuna kıyasla darbe dayanımına anlamlı bir etkisinin olmadığı görülmüştür.
Havacılık endüstrisinde kullanılan pekiştirilmiş alüminyum panel plakaların basma yükü altında sayısal ve deneysel analizi
Havacılık endüstrisinde birincil yapıların ağırlıklarının azaltılması, işletme maliyetlerinin düşürülmesi açısından önemli ve zorlayıcı bir konudur. Hava platformlarının yarı-monokok gövde yapılarında temel bileşen olarak kullanılan pekiştirilmiş panel yapıların operasyonel koşullar zarfında bölgesel burkulmasına izin verilerek önemli ağırlık kazanımları sağlanabilir. Bu tez çalışma ile sunulan projede, "Burkulma Sonrası (Post-Buckling Design" yaklaşımı ile güncel hava aracı tasarım yöntemleri benimsenerek tasarlanan pekiştirilmiş alüminyum panel numunesi basma yükü altındaki yük taşıma yeteneği ve burkulma davranışı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. 'Z' tipi kirişlerle pekiştirilmiş ve Alüminyum malzemeden üretilen panel basma yükü altında test edilmiştir. Burkulma davranışı 3 – Boyutlu Dijital Görüntü Korelasyon analizleri ve gerinim ölçer çiftleri vasıtası ile incelenmiştir. Yapı davranışını olabildiğince gerçekçi olarak yansıtan ve yanıltıcı sonuçlardan arındırılmış bir sonlu eleman prosedürü doğrusal olmayan malzeme davranışları göz önünde bulundurularak oluşturulmuştur. Sayısal model kullanılarak farklı pekiştirici sayısı ve panel kalınlığı değerleri için 'Burkulma Sonrası Tasarım' tekniğine göre panel tasarımları üretilmiştir. Bu paneller ile emniyetli bir biçimde aynı yükü taşıyacak 'Burkulma Dayanımı Tasarım' tekniğine göre tasarlanmış bir panelin ağırlık tasarrufu açısından karşılaştırılması "yapısal etkinlik katsayısı" vasıtasıyla değerlendirilmiştir.