Yapışkan bağlantılı kompozit yapılarda yapışkan desen ve rijitliğinin gerilme dağılımı üzerindeki etkisi

Yapışkan bağlantılı kompozit yapılar kolay üretilebilirlik, hafif montaj ağırlığı, gerilim dağılımının diğer bağlantı tiplerine oranla daha düzgün olması ve yük aktarımının homojenliği, yüksek yorulma ve hasar performansları sebebi ile endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır. Ancak, bağlantı bölgelerinin her daim yapı için bir süreksizlik meydana getirdiğinden, yükleme altında potansiyel hasar bölgeleridir. Yapışkan bağlantılı kompozit yapıların yapışkan üzerindeki gerilme yığılmasının, literatür araştırmalarına paralel olarak gerçekleştirilen analizlerde de yapışkanın uçlarında yığıldığı gözlemlenmektedir. Sistemin dayanımı açısından bu gerilme yığılmasının olabildiğince üniform olması, tüm bağlantı sistemleri için temel hedefi oluşturmaktadır. Bu çalışmada, ilk olarak tek tesirli ve çift tesirli bindirme bağlantıları incelenmiştir. Tek tesirli ve çift tesirli bindirme bağlantılarının çekme yükü altında farklı davrandıklarını göstermek için, her iki bindirme bağlantısı için gerilme dağılımları ve deformasyonları incelenmiştir. Çift tesirli bindirmeli bağlantıların aksine, tek tesirli bindirme bağlantıları yükleme açısından daha dengesiz yapıya sahiptir. Bunun sonucu olarak, kritik bölgeler için tek tesirli bindirme bağlantılarında daha yüksek gerilme değerleri ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, araştırmada tek tesirli bindirme bağlantılarında, gerilme yığılmalarının azaltılması üzerine yoğunlaşılmıştır. Ayrıca, yapışkan üzerindeki kritik bölgelerde yüksek gerilmeleri azaltıcı ve yapışkan üzerinde daha üniform bir gerilme dağılımı sağlamak amacıyla yöntemler önerilmektedir. Bu yöntemlerinden ilki ve tezin temel araştırma konusu olan, yapışkan desen ve rijitliğinin gerilme dağlımı üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak ela alınmıştır. Farklı yapışkanlar, bunlar düşük elastiklik modülüne sahip yapışkanlar, genel endüstriyel uygulamalarda kullanılan orta elastiklik modülüne sahip yapışkanlar ve yüksek elastiklik modülüne sahip daha rijit yapışkanlardır, farklı desen ve geometriye sahip modeller sonlu elemanlar yöntemi ile ABAQUS programında oluşturulmuştur. Referans alınan temel model ile beraber birbirinden farklı beş adet konfigürasyon incelenmek üzere oluşturulmuştur. Baz alınan temel model ile beraber tüm modeller için sınır şartları, yapıştırılan kompozit parçanın toplam kalınlıkları, her bir tabakaya ait kalınlık, oryantasyon ve tabaka yerleşimi, fiber açıları, malzeme özellikleri, yapışkan kalınlıkları ve uygulanan kuvvetler aynıdır. Ancak beş adet konfigürasyonda, yapışkanın malzemesi, yapışkan desenleri ile beraber farklı yumuşak-sert yapışkan oranları oluşturularak analizler gerçekleştirilmiştir. Bu farklı yumuşak-sert yapışkan oranlarına sahip modeller ile kritik bölgelerdeki gerilme dağılımları değişimin incelenmesi amaçlanmakla beraber en uygun yumuşak-sert yapışkan oranına sahip model belirlenmeye çalışılmıştır. Farklı yapışkan ve desene sahip tüm konfigürasyonlarda, elastik modülü daha düşük olan yapışkan (yumuşak yapışkan) bindirme bölgesi uçlarına belli desen ile yerleştirilirken, elastik modülü daha yüksek olan yapışkan (sert yapışkan), bindirme bölgesinin merkezine konumlandırılmıştır. Bu şekilde yerleştirilmesinin başlıca sebebi; temel alınan model incelendiğinde, bindirme bölgesi uçlarında gerilmelerin yüksek olmasına paralel olarak deformasyonlarında bu bölgelerde daha fazla ortaya çıkmasıdır. Deformasyonların daha fazla olduğu bölgelerde elastik modülü daha düşük yapışkan kullanılarak yapıya belli ölçülerde esneklik kazandırılıp, gerilme yığılmalarının önüne geçilmeye çalışılmıştır. Bu uçlarda kullanılan yumuşak yapışkanların yapının mukavemetini azaltıcı yöndeki etkisini minimize etmek adına, bindirme bölgesi merkezinde ortalama yapışkan türlerine göre daha yüksek elastik modülüne sahip yapışkan kullanılmıştır. Tüm modeller için gerçekleştirilen sonlu elemanlar analizleri sonucunda, temel alınan model için beklenildiği üzere maksimum soyulma ve kayma gerilmeleri yapışkan uç bölgelerinde ortaya çıkmaktadır. Gerilme yığılmalarının değişimini incelemek adına farklı desen ve farklı yapışkanlar bir araya getirilerek oluşturulan sonlu elemanlar model konfigürasyonlarında ise, bindirme bölgesi uçlarında hem soyulma gerilmeleri hem de kayma gerilmeleri için, farklı konfigürasyonlara göre değişmekle birlikte yaklaşık olarak ortalama %25 ile %50 aralığında gerilme yığılmalarında düşüş gözlemlenmiştir. Daha kapsamlı incelemek adına tüm modeller için, yapışkanın merkezinden geçen bir çizgi boyunca hem soyulma hem de kayma gerilmelerinin değişimi, grafik olarak çizdirilmiştir. Bunun yanında sadece bir doğru üzerinde gerilmeleri incelemenin yeterli olmayacağı düşünülerek, MATLAB programı aracılığı ile analiz sonuçları işlenerek yapışkanın yüzeyindeki gerilme değişimi üç boyutlu olarak gösterilmiştir. Bu çizdirilen grafiklere göre, temel alınan modelde gerilme yığılmalarının meydana geldiği bindirme bölgesi uçlarında, soyulma gerilmeleri 50 MPa ve kayma gerilmeleri 40 MPa civarı ortaya çıkmaktadır. Aynı şekilde, farklı yapışkan ve desen konfigürasyonları için gerilme yığılmalarının gözlemlendiği bindirme bölgesi uçlarında, soyulma gerilmeleri 30 MPa ve kayma gerilmeleri 20 MPa civarı ortaya çıkmaktadır. Ayrıca, özellikle kayma gerilmesinde bindirme bölgesinin iç kısımlarında temel alınan modele göre daha yüksek gerilme değerleri ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Temel alınan modelde bindirme bölgesinin iç kısımlarında yaklaşık olarak 5 MPa civarı kayma gerilmesi gözlenmesine karşın, farklı yapışkan ve desen konfigürasyonlarında 25 MPa civarı gerilmeler ortaya çıkmaktadır. Böylece, yapışkan üzerinde daha uniform bir gerilme dağılımı elde edilmiştir. Tüm konfigürasyonların soyulma ve kayma gerilmeleri birbirleri ve baz alınan temel yapışkan model ile karşılaştırılmıştır. Gerilme değerlerinin düşürülmesi adına önerilen bir başka yöntem konik yapıya sahip yapıştırılan plaka modeli ile bindirme bölgesinden taşırılmış yapışkan modelleridir. Her iki modelde tek tesirli bindirme bağlantılı olarak temel alınan model ile aynı sınır şartları, tüm modeller için aynı yapışkan ve yapıştırılan plakalar kullanılmıştır. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, konik yapılı yapıştırılan plaka, bindirme bölgesi ucunda 30° lik açı verilerek oluşturulmuştur. Yapının mukavemeti için, en uygun olan açının belirlenmesi adına literatürde birçok çalışma yapılmıştır. Diğer model olan taşırılmış yapışkan modelinde ise, bindirme bölgesi her iki uçunda yapışkan 60° lik açı ile yapıştırılan plakaların alınlarına tutturularak, yapıştırma yüzeyi alanı artırılmıştır. Yapının mukavemeti için, en uygun olan açının belirlenmesi adına literatürde birçok çalışma yapılmıştır. Bu bakımdan, her iki model için de açıların gerilmeler üzerinde önemli bir faktör olduğu söylenebilir. Daha kapsamlı incelemek adına tüm modeller için, yapışkanın merkezinden geçen bir çizgi boyunca hem soyulma hem de kayma gerilmelerinin değişimi, grafik olarak çizdirilmiştir. Bunun yanında sadece bir doğru üzerinde gerilmeleri incelemenin yeterli olmayacağı düşünülerek, MATLAB programı aracılığı ile analiz sonuçları işlenerek yapışkanın yüzeyindeki gerilme değişimi üç boyutlu olarak gösterilmiştir. Bu çizdirilen grafiklere göre, temel alınan tek tesirli bağlantılı modelde gerilme yığılmalarının meydana geldiği bindirme bölgesi uçlarında, soyulma gerilmeleri 45 MPa ve kayma gerilmeleri 36 MPa civarı ortaya çıkmaktadır. Konik yapıya sahip yapıştırılan plaka modelinde yine gerilme yığılmaları aynı şekilde bindirme bölgesi uçlarında olmakla beraber, soyulma gerilmesi 38 MPa ve kayma gerilmesi 33 MPa civarı gözlenmektedir. Temel alınan modele göre çok az miktarda gerilme yığılmalarında düşüş gözlenmiştir. Burada, yapıştırılan plakanın koniklik açısının daha fazla olacak şekilde seçilmesi, gerilme yığılmasında daha çok düşüşe sebep olacağı literatür araştırmaları sonucunda varılmıştır. Taşırılmış yapışkan modelinde yine gerilme yığılmaları aynı şekilde bindirme bölgesi uçlarında olmakla beraber, soyulma gerilmesi 14 MPa ve kayma gerilmesi 23 MPa civarı gözlenmektedir. Temel alınan ve konik yüzeye sahip yapıştırılan plaka modellerine göre soyulma gerilmesi için %60, kayma gerilmesi için ise %35 civarlarında gerilme yığılması düşüşleri olmaktadır. Burada değinilmesi gereken önemli bir diğer nokta, her üç model için bindirme bölgesi merkezi civarında birebir aynı olacak şekilde sıfıra yakın gerilme değerleri gözlemlenmiştir. Son olarak, fiber açıları değişiminin gerilme dağılımı üzerindeki etkisi incelenmiş ve tüm modeller birbirleri temel alınan tek tesirli bindirme model ile beraber karşılaştırılmıştır. Yapışkan üzerindeki gerilme dağılımı ve gerilme analizi sonuçlarının, fiber açısı değişiminden ile önemli derecede etkilendiği gözlemlenmektedir. Tüm konfigürasyonlar için kompozit yapısındaki katmanlar ortotropik elastik malzeme yerine literatür araştırmaları sonucu yapılan düzlem gerinim yaklaşımı çerçevesinde, tek yönlü tabakalar için uygulanan enine izotropik malzeme modeli kullanılmıştır.