Karbon fiber takviyeli kompozit bal peteği yapıların tasarımı, üretimi ve mekanik davranışlarının incelenmesi

Sandviç yapılar havacılık, uzay, otomotiv ve savunma sanayi gibi sektörlerde üstün mekanik özellikleri, yüksek enerji sönümleme kabiliyetleri ve yüksek özgül dayanımlarından dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yapılar farklı yüzey malzemeleri ile köpük, kafes ve bal peteği gibi çekirdek yapıların bir araya getirilmesi ile oluşturulmaktadır. Bunlar arasında bal peteği çekirdek yapıları üstün mekanik özellikleri ve üretim kolaylığı gibi avantajlarından dolayı uygulamalarda sıklıkla tercih edilmektedir. Diğer taraftan, bal peteği çekirdek yapıların tasarım ve malzeme özelliklerinin mekanik davranış ve enerji sönümleme kabiliyetleri üzerinde oldukça önemli etkileri bulunmaktadır. Bu bağlamda, Nomex ve alüminyum gibi malzemelerden çeşitli geometrilerde üretilen bal peteği çekirdek yapıları uygulamalarda yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ancak, ince cidarlı metalik bal peteklerinin burkulmaya yatkınlıkları bu yapıların en önemli zayıflığı olup, yüksek dayanım gerektiren uygulamalarda bu geleneksel yapılar genellikle arzu edilen performans isterlerini sağlayamamaktadırlar. Bu noktada, fiber takviyeli kompozit malzemeler yüksek dayanımlı ve düşük ağırlıklı bal peteği yapıların geliştirilmesi açısından paha biçilmez bir fırsat sunmaktadır. Bu motivasyonla hazırlanan bu tez çalışması kapsamında, karbon fiber takviyeli polimer (KFTP) kompozit malzemeden yüksek özgül dayanıma ve enerji sönümleme performansına sahip bal peteği yapıların tasarım, üretim ve testlerine odaklanılmış olup, bu yapıların çeşitli tasarım parametreleri dikkate alınarak mekanik ve enerji sönümleme davranışları deneysel olarak detaylı bir biçimde incelenmiştir. KFTP bal peteklerinin üretim sürecinde oluklu fiber kompozit levhaların düşük maliyetli ve seri bir şekilde üretime olanak veren kalıplama ve yapıştırma tekniği uygulanmıştır. KFTP kompozit bal peteklerinin üretimi 3K Twill [0/90] fiber yönelimli kumaş ve epoksi reçine kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hücre topolojisinin bal peteği yapıların mekanik davranışlarına etkilerinin incelenmesi bağlamında tasarımlarda kare, daire ve altıgen olmak üzere üç farklı çekirdek topolojisi dikkate alınmış olup, bu yapılar alüminyum kalıplardan faydalanılarak üretilen oluklu levhaların epoksi reçine kullanılarak birleştirilmesiyle üretilmiştir. Ayrıca, duvar kalınlığı ve yükseklik parametrelerinin yapıların mekanik davranışlarına etkileri her bir parametrenin üç farklı değeri için incelenmiştir. Üretim sürecinin ardından, tasarlanan bal peteği yapıların mekanik davranışları ve enerji sönümleme özellikleri hem düzlem içi hem de düzlem dışı sanki-statik yüklemeler altında incelenmiştir. Bu bağlamda, dikkate alınan tasarım parametreleri özelinde 81 adet senaryo için testler gerçekleştirilmiştir. Her bir senaryo için en az üç tekrar yapılarak testler gerçekleştirilmiş ve tasarım parametrelerinin bal peteği yapıların mekanik davranışlarına ve enerji sönümleme performanslarına etkileri ortaya konmuştur. Bu bağlamda, dayanım, toplam sönümlenen enerji, özgül sönümlenen enerji, ortalama ezilme kuvveti, maksimum ezilme kuvveti ve ezilme kuvveti verimliliği gibi kriterler yapıların performansının incelenmesinde dikkate alınmıştır. KFTP bal peteği yapıların hem düzlem içi hem de düzlem dışı yükleme koşulları altındaki mekanik performansları ayrıca literatürdeki çeşitli gözenekli yapıların performanslarıyla kıyaslanmış ve üstün yönleri ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar KFTP bal peteği yapıların hem düzlem içi hem de düzlem dışı yükleme koşulları altında yüksek mekanik dayanım ve enerji sönümleme performansına sahip olduklarını göstermiştir. Sonuçlar ayrıca uygun tasarım parametrelerinin seçimi ile kompozit bal peteği yapıların ezilme performanslarının dikkate değer ölçüde iyileştirilebileceğini göstermiştir. Elde edilen deneysel bulgular 155-283 kg/m3 yoğunluğa sahip KFTP bal peteği yapıların yaklaşık 61 MPa kadar dayanıma ve 192 J/gr kadar özgül enerji sönümleme kapasitesine sahip olduğu göstermiştir. Bu bulgular yüksek özgül dayanım ve enerji sönümü gerektiren uygulamalar bağlamında bu yapıların kullanılabilme potansiyelini ortaya koymuştur.