Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Sabancı Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü

Experimental study on static and dynamic behavior of woven carbon fabric laminates using in-house piezoelectric sensors, acoustic emission, digital image correlation and scanning electron microscopy

Dokuma karbon kumaş laminatların statik ve dinamik davranışlarının deneysel olarak şahsi üretim piezoelektrik sensör, akustik emisyon, dijital görüntü korelasyonu ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenmesi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 554574 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

This study focuses on dynamic and static failure analysis of carbon fabric reinforced polymeric composite materials. The first part signifies the production of Piezoelectric Polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers-based sensor for structural health monitoring of composites. Results obtained from the characterization of electrospun PVDF nanofibers confirm that electrospinning promotes the formation of β-phase. Dynamic flexural tests are performed on woven carbon fabric composites with embedded and surface mounted PVDF sensors to study the capability of these sensors to record strain history and damage progression in composite materials. Moreover, these PVDF sensors are able to capture three distinct stages of fatigue life of composite specimen. This result is validated by the strain measurement with the video extensometer during tests. It is important to emphasize that surface mounted PVDF sensors do not show any sign of malfunctioning during the test. SEM analysis of fractured surfaces of composite specimens shows vivid delamination and fiber pullouts through the thickness, thus indicating gradual growth of damage in laminates. The second part of this study is related to static failure analysis of woven fabric carbon reinforced polymeric composites under tensile and flexural loading. To conduct a detailed investigation Acoustic Emission (AE) is used to attain damage evolution under flexural loading conditions. For the first time GAP function has been suggested to find out the optimal number of clusters for AE data, the advantage of this function is its suitability for classifying elongated data points in vectoral space of acoustic data. Three clusters of data are determined with this new approach indicating various failure types in composite laminates and it is shown that simultaneous occurrence of all failures results in a major change of material stiffness. These failures are also substantiated by Scanning Electron Microscope (SEM) studies of fracture surfaces. Further studies on tensile behavior of the same laminates are conducted with the help of SEM micrographs and 3D-digital image correlation (DIC) technique. Remarkably, it is seen that presence of the shear and transverse strain fields at the surface of the tensile specimen obtained through DIC technique can be correlated to shear dominant and high energy failure (interlaminar delamination and fiber pull outs) respectively, which are also confirmed by SEM images of same fracture regions.

Summary:

Bu çalışma, karbon kumaş takviyeli polimerik kompozit malzemelerin dinamik ve statik hasar analizine odaklanmaktadır. İlk bölümde, kompozitlerin yapısal sağlık izlemesi için Piezoelektrik Poliviniliden Florür (PVDF) nano fiber bazlı sensörün üretimine vurgu yapılmaktadır. Elektrospun PVDF nano elyaflarının karakterizasyonundan elde edilen sonuçlar, elektrospinlamanın β-faz oluşumunu desteklediğini doğrulamaktadır. Bu sensörlerin gerinim geçmişini kaydetme ve kompozit malzemelerde hasar ilerlemesi ölçme yeteneğini incelemek için, gömülü ve yüzeye monte PVDF sensörleri ile dokunmuş karbon kumaş kompozitler üzerinde dinamik eğilme testleri yapılmıştır. Ayrıca, PVDF sensörleri kompozit numunenin yorulma ömrünün üç farklı aşamasını yakalayabilmektedir. Bu sonuç, testler sırasında video ekstansiyometre ile gerinim ölçümü yapılarak doğrulanmıştır. Yüzeye monte PVDF sensörlerinin test sırasında herhangi bir arıza belirtisi göstermediği gözlemlenmiştir. Kompozit numunelerin hasara uğramış yüzeylerinin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizi, numunenin kalınlığı boyunca belirgin delaminasyon ve fiber kesilmelerini göstermiştir. Bu şekilde laminatlarda hasarın kademeli olarak büyüdüğü gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın ikinci kısmı, dokuma kumaş karbon takviyeli polimerik kompozitlerin çekme ve eğilme yüklemesi altında statik hasar analizi ile ilgilidir. Eğilme yükü koşullarında hasar oluşumunu detaylı olarak gözlemlemek için Akustik Emisyon (AE) ölçüm methodu kullanılmıştır. İlk kez GAP fonksiyonunun akustik emisyon verileri için en uygun küme sayısını bulduğu tespit edilmiştir ve bu metodun en büyük avantajı, uzun akustik veri alanlarındaki çoklu veri noktalarının sınıflandırılmasında uygunluğudur. Kompozit laminatlardaki çeşitli hasar tiplerini tespit eden bu yeni yaklaşımla üç hasar veri kümesi belirlenir ve tüm hasarların eşzamanlı olarak ortaya çıkmasının, önemli bir malzeme rijitliği değişikliği ile sonuçlandığı gözlemlenmiştir. Bu hasarlar ayrıca kırılma yüzeylerinin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) çalışmaları ile de kanıtlanmaktadır. Aynı laminatların gerilme davranışı ile ilgili diğer çalışmalar, SEM mikrografları ve 3D-dijital görüntü korelasyonu (DIC) tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Dikkat çekici bir şekilde, DIC tekniği ile elde edilen gerilme numunesinin yüzeyinde kayma ve enine gerinim alanlarının varlığının aynı kırılma bölgelerinin SEM görüntüleri ile de teyit edilen, sırasıyla kayma ve yüksek enerjili hasar (interlaminar delaminasyon ve lif çıkıntıları) ile ilişkili olabileceği görülmektedir.