Investigation of Stress Distribution in Glass Fiber Reinforced Composite Materials with Microvascular Channels Under Transverse Loading and Bending
| dc.contributor.advisor | Sabuncuoğlu, Barış | |
| dc.contributor.advisor | Tanabi, Hamed | |
| dc.contributor.author | Atasoy, Abdullah Gencer | |
| dc.date.accessioned | 2019-10-21T12:43:06Z | |
| dc.date.issued | 2019-09 | |
| dc.date.submitted | 2019-09-05 | |
| dc.identifier.citation | IEEE | tr_TR |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/9445 | |
| dc.description.abstract | Fiber reinforced polymer composites are widely utilized in the defense industry, aerospace, infrastructure and automotive industries. These materials have important properties like, durability, lightness, high strength and cost efficiency. In this study, a glass fiber-reinforced polymer composite material with an embedded microvascular channel is researched for its stress distribution under transverse loads. Several research studies have been conducted on vascularized composites, aiming to develop techniques for health monitoring and self-healing through vascular channels. In spite of the aforementioned benefits, there is a trade-off regarding the reduction in mechanical strength where the microvascular channels are introduced. The main reason behind this is, the disruption of fiber architecture around the vascule, creating resin-rich pocket, leading to stress concentrations. By evaluating the stress concentrations under transverse loads and bending for different stacking configurations, the study aims to give insight for optimum configuration. The study contains a general information about fiber-reinforced composite materials to grasp the basic knowledge about the classical laminate theory along with the manufacturing of the fiber reinforced polymer with microvascular channel. The geometry and dimension of the model near vascular channel is obtained by micro-pictures. Then, FEM is developed and validated with comparing the results obtained with the studies in the literature. The stress distributions for transverse tension, transverse compression and bending are analyzed for resin-rich pocket. The results showed that, UD90 configuration has the highest stress concentration while UD0 has the lowest under transverse loading. Under bending loads, by comparing the laminas with and without microchannels, it is found that [90/0]3s is the configuration that has the lowest stress difference. For this reason the optimum stacking configuration is found out to be [90/0]3s. | tr_TR |
| dc.description.tableofcontents | ABSTRACT ACKNOWLEDGMENT CONTENTS LIST OF TABLES LIST OF FIGURES SYMBOLS AND ABBREVIATIONS 1. INTRODUCTION 1.1 Aim and Objectives of the Thesis 1.2 Research Methodology 1.3 Main Frames of the Study 2. COMPOSITE MATERIALS 2.1. Definitions of Composite Materials 2.2 History of Composite Materials 2.3. Fiber Reinforced Composite Materials 2.3.1 Area of Utilization 2.3.2 Manufacturing 2.4. Macromechanical Analysis for Lamina 2.4.1 Hooke’s Law for Isotropic Materials 2.4.2 Hooke’s Law for Orthotropic Materials 2.5. Macromechanical Analysis for Laminate 2.5.1 Stacking Position 2.5.2 The Relations for Stress and Strain 2.5.3 The Relations for Forces and Moments in the Laminates 3. MICROVASCULAR CHANNELS IN COMPOSITE MATERIALS 3.1. Area of Utilization 3.2. Manufacturing 3.2.1 Vaporization of Sacrificial Components 3.2.2 Removable Solid Cores 3.2.3 Non-Removable Hollow Cores 3.3. Mechanical Behavior 4. FINITE ELEMENT ANALYSIS OF VASCULARIZED LAMINATE 4.1. About the Model 4.1.1. Finite Element Model Development of the Validation Model 4.1.2. Finite Element Model Development of the Present Model 5. RESULTS AND DISCUSSIONS 5.1. The Validation Model Results 5.2 Present Study Results 5.2.1 Longitudinal Stress Distributions for Transverse Compression: 5.2.2 Longitudinal Stress Distributions for Transverse Tension: 5.2.3 3-Point Bending: 6. CONCLUSIONS 6.1 Summary 6.2 Key Findings and Outcomes 6.3 Future Studies REFERENCES CURRICULUM VITAE APPENDIX THESIS/DISSERTATION ORIGINALITY REPORT | tr_TR |
| dc.language.iso | en | tr_TR |
| dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Composite | tr_TR |
| dc.subject | Microvascular channel | tr_TR |
| dc.subject | Glass fiber reinforced polymer | tr_TR |
| dc.subject | Transverse load | tr_TR |
| dc.subject | Bending | tr_TR |
| dc.title | Investigation of Stress Distribution in Glass Fiber Reinforced Composite Materials with Microvascular Channels Under Transverse Loading and Bending | tr_eng |
| dc.title.alternative | Mikrovasküler Kanala Sahip Cam Fiber Destekli Kompozit Malzemelerdeki Gerilim Dağılımlarının Enine Yükleme ve Eğilme Altında İncelenmesi | tr_TR |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
| dc.description.ozet | Kompozit malzemeler arasında yer alan fiber destekli kompozit malzemeler savunma sanayii, havacılık, otomotiv endüstrisi, denizcilik ve altyapı sektörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler yüksek mukavemet, dayanıklılık, hafiflik ve maliyet etkinlik gibi çok önemli özelliklere sahiptirler. Bu çalışma kapsamında mikrokanalların gömülü olduğu cam fiber destekli polimer kompozit malzemelerin enine yükleme altında gerilme dağılımları incelenmektedir. Söz konusu kanallar kendini yenileme, kompozitlerin aktif ısıl yönetimi ile elektromanyetik yönetimi konularında çoklu işlevselliğini sağlamaktadır. Sayılan bu faydalar, mikrokanalların oluşturulduğu yerlerde mekanik mukavemetin düşmesi karşılığında sağlanmaktadır. Bu düşüşün temel sebebi fiber mimarisindeki bozulmanın reçine zengini cepler yaratarak gerilme yoğunlukları oluşturmasıdır. Enine yükler altındaki ve eğilme altında farklı istifleme biçimleri incelenerek en iyi istifleme biçimine ilişkin öngörü sunulması amaçlanmaktadır. Çalışma kapsamında fiber destekli kompozit malzemelere ilişkin klasik lamine teorisi ve imalat yöntemleri hakkında bilgi sunmaktadır. Modelin vasküler kanal etrafındaki geometri ve ölçüleri mikro-fotoğraflar tarafından elde edilmiştir. Müteakiben, sonlu elemanlar modeli geliştirilerek elde edilen sonuçların literatürde yer alan çalışmalar ile kıyaslaması yapılmak suretiyle doğrulması gerçekleştirilmiştir. Reçine zengini ceplerin enine basma, enine çekme yükleri ve eğilme altındaki gerilim dağılımları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar enine yüklemelerde UD90 konfigürsayonun en fazla gerilim yoğunluğuna, UD0 konfigürasyonunun ise en düşük gerilim yoğunluğuna sahip olduğunu göstermiştir. Eğilme yükleri altında ise, mikrokanallı ve mikro kanalı olmayan lamina istiflemeleri kıyaslanarak, [90/0]3s konfigürasyonunun diğer konfigürasyonlara kıyasla en düşük gerilim farkına sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle optimum istifleme konfigürasyonunun [90/0]3s olduğu bulunmuştur. | tr_TR |
| dc.contributor.department | Makine Mühendisliği | tr_TR |
| dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
| dc.embargo.lift | - |
Bu öğenin dosyaları:
Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.
Aksi belirtilmediği sürece bu öğenin lisansı: info:eu-repo/semantics/openAccess
