Karbon elyaf takviyeli kompozit borularda delik delme işleminin mekanik ve yorulma davranışları üzerindeki etkisinin araştırılması

Elyaf takviyeli polimer kompozitler yüksek dayanım ve sönümleme kabiliyeti, hafiflik ve yüksek korozyon direnci gibi mükemmel özellikleriyle havacılık, otomotiv, denizcilik ve taşımacılık gibi pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozitler kullanım amacına bağlı olarak çeşitli yöntemler ile farklı geometrilerde üretilebilmektedir. Özellikle çift eksenli elyaf oryantasyonuna sahip kompozit boruların üretiminde filaman sarım ve rulo (prepreg) sarım yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı yöntemler ile üretilmiş kompozitlerin mekanik davranışları farklı olabileceği gibi işlenebilirlik karakteristiği de farklı olacaktır. Kompozitler çoğu zaman net şekle yakın geometride üretilseler de montaj işlemleri için kompozit üzerinde delik açma amacıyla konvansiyonel delik delme prosesi yaygın olarak kullanılmaktadır. Öte yandan kompozit boruların mekanik özelliklerinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan halka çekme (disk ayırma) metodu için numune hazırlanırken, zayıflatılmış kesit oluşturmak amacıyla kompozit boru üzerine delik açılmaktadır. Anizotropik bir yapıya sahip olan kompozitler delindiklerinde ilk ve son tabakada delme kaynaklı delaminasyon oluşmakta ve ayrıca delik içi yüzeylerinde de mikro hasarlar meydana gelmektedir. İşlenebilirlik kaynaklı bu hasarlar sebebiyle özellikle havacılık endüstrisinde birçok parça reddedilmektedir. Bu çalışmada öncelikle +45°/-45° elyaf oryantasyonuna sahip rulo (prepreg) sarım yöntemiyle üretilmiş kompozit boru iç yüzeyinden (içbükey kavisli yüzey) ve dış yüzeyinden (dışbükey kavisli yüzey) delinerek farklı yüzey eğriliklerinin kompozitlerde delik delme prosesine etkileri incelenmiş ve düz yüzey (plaka) ile kıyaslanmıştır. Ardından +45°/-45° elyaf oryantasyonunda filaman sarım ve rulo sarım yöntemleri ile üretilmiş karbon elyaf takviyeli kompozit borularda delik delme karakteristiği incelenmiş ve aynı elyaf oryantasyonuna sahip kompozit plaka ile kıyaslanmıştır. Delme karakteristiği, farklı kesme parametreleri ile destek kullanılarak ve kullanılmadan araştırılmıştır. İşlenebilirlik, itme kuvvetleri, delik delme kaynaklı delaminasyon, delik içi yüzey hasarları ve delik içi yüzey kalitesi dikkate alınarak değerlendirilmiştir. İşlenebilirlik testlerinden sonra, test edilen parametreler aralığında en fazla itme kuvveti ve hasarın oluştuğu durum, en az itme kuvveti ve hasarın oluştuğu durum ve destek kullanımı dikkate alınarak üç farklı koşulda delinmiş filaman ve rulo sarım kompozit boruların mekanik davranışı incelenmiştir. Çevresel (halka) çekme, çevresel çekme-çekme yorulma ve radyal basma testleri ile farklı koşullarda delinmiş kompozit boruların mekanik davranışları ve hasar gelişimleri analiz edilerek yorumlanmıştır. Test sonuçları kompozit borunun iç yüzeyinden delindiğinde, dış yüzeyden delmeye kıyasla daha az kuvvet ve hasar oluştuğunu ayrıca kompozit plakada aynı kesme koşullarında kompozit borulara kıyasla daha fazla kuvvet ve hasar oluştuğunu göstermiştir. Destek kullanımıyla kompozit plakada ve filaman sarım boruda delme kaynaklı delik çıkış delaminasyon hasarı önemli oranda azalmıştır. Filaman sarım kompozit borunun çevresel çekme yükü altındaki davranışı rulo sarım kompozit borudan daha iyiyken, rulo sarım kompozit boru çevresel çekme-çekme dinamik yükü ve radyal basma yükü altında filaman sarımdan daha iyi bir performans sergilemiştir. Filaman sarım kompozit boruda farklı delme koşullarının mekanik davranışları etkilediği gözlemlenirken, rulo sarım kompozit boruda üretim kaynaklı kusurların daha baskın olması nedeniyle, delme koşullarının mekanik davranış üzerinde kayda değer bir etkiye sahip olmadığı tespit edilmiştir.