Çatlak içeren tamirli kompozitlerin arcan test metodu ile kırılma karakterizasyonunun belirlenmesi

Karbon fiber takviyeli kompozitler günümüzde oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Hafiflik, sertlik ve güçlü mukavemet değerlerine sahip olmalarıyla uzay ve hava araçlarının imalatında ve onarımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozit malzemeler güçlü anizotropik yapıya sahip oldukları için karmaşık yapılardır. Günümüzde kompozit malzeme kullanımının hızla artmasıyla anizotropik yapıya sahip bu malzemelerdeki hasar mekanizmalarının öngörülebilmesi ve tamir edilmesi oldukça önem kazanmıştır. Bu hasarı tahmin etmedeki ana problem karışık mod yükleme koşulları altında kırılma tokluğunun belirlenmesidir. Fiber takviyeli kompozitler yalnızca fiber yönünde güçlü dayanıma sahiptir. Bu nedenle karışık modda tabakalar arası delaminasyon hasarının incelenmesi kırılma tokluğunun belirlenmesi açısından önemlidir. Karışık mod yükleme koşullarının sağlanması için literatürde birçok test yöntemi kullanılmıştır. Arcan test metodu bunlardan biridir ve numuneye aynı anda çekme ve kayma gerilmelerini uygulayarak iki eksenli gerilme durumuna olanak sağlar. Gereksiz fikstür ve pahalı ekipman ihtiyacını ortadan kaldıran ekonomik ve pratik bir yöntemdir. Bu çalışmada çatlak içeren kompozit numunelere tek taraflı kompozit yama yapılarak çekme cihazına uygun tasarlanılan ve imal edilen Arcan test fikstürü kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen veriler ile her bir numuneye ait kuvvet-yer değiştirme grafikleri elde edilmiştir. Çatlak uzunluğu ve yama yüksekliği değiştirilerek tamirli numunenin çekme, kayma ve karışık mod yüklemelerinde meydana gelen hasar kuvvetine ve tipine etkisi araştırılmıştır. Fikstür ve numune SOLIDWORKS programında modellenmiş ve sayısal hesaplamalar, her bir numune için sonlu elemanlar programı olan ANSYS ile elde edilmiştir. Numunelere ait deneysel kuvvet-yer değiştirme grafikleri, deneysel veriler kullanılarak sayısal analizlerden elde edilen gerilme şiddet faktörü ve enerji yayınım hızı değerleri ile geometrik faktör sonuçları sunulmuştur. Çatlak bölgesindeki uzama miktarını daha doğru ölçmek için gerinim ölçer kullanılmıştır. Strain gage verileri ANSYS sonlu elemanlar programından elde edilen şekil değiştirme grafiklerinde konumlandırılarak sayısal ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak çatlak uzunluğunun ve yama yüksekliğinin kırılma davranışını belirlemede etkili parametreler olduğu görülmüştür.