Optimize edilmiş kürleme koşulları altında üretilen CFRP ve FML kompozitlerinin düşük ve yüksek çevrimli yorulma davranışı ve ilgili hasar mekanizmaları

Karbon elyaf takviyeli polimerler (CFRP), üstün mekanik özellikleri nedeniyle artan ilgi görmekte; fiber metal laminatlar (FML) ise bu özellikleri metal malzemelerle birleştiren hibrit yapılar sunmaktadır. Bu iki gelişmiş malzemenin ömrünü sınırlayan temel unsur yorulmadır; ancak yorulma testlerinin yoğun emek gerektirmesi nedeniyle literatürdeki çalışmalar genellikle düşük çevrimli testlerle sınırlı kalmakta ve hasar mekanizmalarıyla yeterince ilişkilendirilmemektedir. Ayrıca çoğu çalışma geleneksel üretim yöntemlerine dayanmaktadır. Bu tezde ise sıcak pres kalıplama yöntemiyle kürleme parametreleri hassas biçimde kontrol edilmiş ve hem düşük hem de yüksek çevrimli yorulma davranışı, paslanmaz çelik tel örgü ile üretilmiş hafif FML yapılar dahil olmak üzere kapsamlı biçimde incelenmiştir. Statik testlerde, kürleme sıcaklığı (30 °C, 60 °C, 90 °C), süresi (3 ve 5 saat) ve takviye yöneliminin ([0°/90°] ve [±45°]) mukavemet üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuçlar, kürleme süresi ve sıcaklığı arttıkça mukavemetin arttığını, ancak camsı geçiş sıcaklığı aşıldığında bu artışın yerini dayanımda azalmaya bıraktığını göstermiştir. [±45°] yönelimi mukavemeti yaklaşık dörtte bire düşürmüştür. Yorulma testleri, malzeme mukavemetinin %85, %80, %75 ve %70 seviyelerinde gerçekleştirilmiştir. FML malzemeleri, uygulanan seviyeler azaldıkça doğrusal bir azalma göstermiş ve düşük çevrim bölgesinde kalmıştır. Buna karşılık CFRP malzemeleri yüksek çevrim davranışına ulaşmış ve %70 gerilme seviyesinde 10 milyon çevrimi kırılmadan tamamlamıştır. Mikroskobik analizler, düşük çevrimli yorulmalarda fiber kırılmaları ve matris çatlaklarının baskın olduğunu, ancak yüksek çevrimli yorulma durumlarında delaminasyon ve fiber çekilmesi gibi hasar mekanizmalarının ön plana çıktığını göstermiştir. CFRP-60-5-70% numunelere ait grafiklerde gözlemlenen eğri, başlangıçta ani bir şekil değişimi artışı göstermiş, ardından bu artış azalan bir eğimle devam etmiştir. Zamanla bu artış yatay bir trende yaklaşmış ve eğri, düşük genlikli fakat düzenli olarak tekrar eden çukur benzeri dalgalanmalar göstermiştir. Bu davranış, CFRP'nin uzun yorulma ömrünün arkasındaki mekanizmaları açıklamaktadır. Anahtar kelimeler: CFRP, FML, yorulma, kürleme koşulları, hasar mekanizmaları