Finite element analysis of continuous fiber reinforced thermoplastic composites

Son yıllarda, özellikle havacılık sektörü için polimer matrisli kompozitler, metal gibi geleneksel malzemelere oranla çok daha fazla tercih edilmektedir. Termoset kompozitlere oranla oldukça kısa proses süresi, kaynaklanabilme özelliği sayesinde daha dayanıklı bir bütün olarak parça üretimi ve geri dönüştürülebilirlik gibi çeşitli avantajlarından dolayı termoplastik kompozitlere olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Termoplastik kompozit parça üretim yöntemlerinin en önemlilerinden birisi de termoform yöntemidir. Düşük işlem döngüsü süresi ve karmaşık parçaların daha kolay üretilebilmesi gibi çeşitli avantajları olmasına rağmen, parça doğruluğunun üst düzeyde olduğu havacılık sektöründe henüz yaygın olarak kullanılmamaktadır. Çalışmanın amacı, thermoform yöntemi kullanılarak termoplastik kompozitten hatasız parça üretmek için bir metot geliştirmektir. İlk olarak optimum proses parametreleri, Ls-Dyna programı kullanılarak yapılan sonlu elemanlar analizleri ile belirlenmiştir. Fabrik malzemenin bazı mekanik özellikleri daha gerçekçi sonuçlar elde etmek için karakterizasyon testleri ile elde edilmiştir. Aynı zamanda, deneysel çalışmalar için proses sürelerini standardize etmek amacıyla, termokapıllar kullanılarak ilk deneme parçası basılmıştır. Şekilsel bozukluk görülmemesine karşın, yüzey kalitesinin oldukça bozuk olduğu görülmüştür. Bu hataları gidermek amacıyla farklı yay konfigürasyonları geliştirilmiş ve düz kompozit plaka yapıları tasarlanmıştır. Termoform analizleri tüm farklı konfigürasyonlar için optimum parameter kullanılarak yapılmıştır. U- kiriş yapısındaki parça, analizlere uygun bir şekilde ısı ile şekillendirilmişitir.Validasyon için yapılan deneylerin analizler ile oldukça iyi bir uyum sağladığı görülmektedir. Karşılaştırmalar fiber oryantasyonları ve deformasyonlar üzerine yapılmıştır. Homojen kalıp sıcaklığının, düz plaka geometrisinin ve tutucu konfigürasyonlarının imalat hataları üzerine etkisi değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar, homojen takım sıcaklığının ısıl şekillendirmede büyük önem taşıdığını göstermiştir. Son olarak, malzeme modellerinin hiçbirinin işlem sırasında ve sonrasında meydana gelen tüm deformasyon mekanizmalarını ve deformasyonları hesaba katmak için yeterli olmadığı sonucuna varıldı.