Energy absorption of composite structures under axial loading: Design, manufacturing and analysis

Geometri, kompozit yapıların özgül enerji emilimini (ÖEE) etkileyen önemli faktörler arasındadır; ancak, ezilme kaynaklı hasar mekanizmalarının geometri farklılaştığında nasıl değiştiği ve enerji emilim kapasitesini nasıl etkilediği literatürde tam olarak açıklığa kavuşturulmamıştır. Bu tez çalışmasında basitten karmaşık yapılara doğru ilerleyerek geometrinin ÖEE üzerindeki etkisini ortaya koyan sistematik bir çalışma kurgulanması ve yeni bir geometri tasarlanması hedeflemektedir. Bu nedenle düz ve örgü kumaş kullanılarak üretilen düz, yarım daire ve sinüs yapıların hasarlanma süreçlerini inceleyen deneysel bir çalışma yürütülmüştür. Sonuçlar karşılaştırılmış ve hasar mekanizmalarının farklı geometrilerdeki değişimi tartışılmıştır. Ayrıca, çarpışma kutusu tasarım sürecinde kullanılmak üzere en yüksek ÖEE'ye sahip sinüs yapı geometrisi saptanmıştır. Üretim ve test süreçleri üzerinden ilerleyen tasarım süreçlerinin oldukça pahalı ve zaman alan süreçler olması, araştırmacıları son zamanlarda Sonlu Eleman (SE) modelleri ile daha yakından ilgilenmeye yöneltmiştir. Öte yandan, yapıların enerji emilim kapasitesini tahmin eden modeller, kompleks hasar modlarından ötürü yüksek hesaplama sürelerine ihtiyaç duymaktadır. Bu tez çalışması kompozit yapıların eksenel yük altında ezilme simülasyonları için hesaplama süresini düşüren yenilikçi bir modelleme yaklaşımı önermektedir. Bu yeni yaklaşım, tabaka ve arayüz sayısının düşürülmesi ve ilgili malzeme değerlerinin modifiye edilmesini içermektedir. Yaklaşım önce düz plakalarda denenmiş, daha sonra sinüs yapılara da uygulanmıştır. Yapıların ÖEE değerini geleneksel modelleme tekniklerine göre yaklaşık %50 daha kısa sürede tahmin edebilen bu yöntem, çarpışma kutusunun tasarım sürecinde de kullanılmıştır. Tasarlanan "Güneş" geometrisi üretilip test edilmiştir. Sonuçlar, bu geometrinin düz tabakadan 2.3 kat, sinüs yapıdan ise %16 daha fazla ÖEE'ye sahip olduğunu göstermiştir. Çalışmanın son aşamasında, yolcularda aşırı ivmelenmeden kaynaklı ölümcül hasar oluşumunu engellemek için çarpma esnasında oluşan ilk yüksek yük değeri, oluşturulan çarpışma kutusunun kenarlarına açı verme işlemi yapılarak giderilmiştir.