docfarklı ortamların sandwıch kompozitlerin kırılma tokluğu üzerindeki
download 
Şikayet Transkript
farklı ortamların sandwıch kompozitlerin kırılma tokluğu üzerindeki
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FARKLI ORTAMLARIN SANDWICH KOMPOZİTLERİN KIRILMA TOKLUĞU ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Koray KOLAT Şubat, 2005 İZMİR FARKLI ORTAMLARIN SANDWICH KOMPOZİTLERİN KIRILMA TOKLUĞU ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi Makine Mühendisliği Bölümü, Konstrüksiyon - İmalat Anabilim Dalı Koray KOLAT Şubat, 2005 İZMİR Yüksek Lisans Tezi Sınav Sonuç Formu KORAY KOLAT, tarafından YRD. DOÇ. ÇİÇEK ÖZES yönetiminde hazırlanan “FARKLI ORTAMLARIN SANDWICH KOMPOZİTLERİN KIRILMA TOKLUĞU ÜZERİNDEKİ ETKİSİ” başlıklı tez tarafımızdan okunmuş, kapsamı ve niteliği açısından bir Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Yönetici Jüri Üyesi Jüri Üyesi Prof. Dr. Cahit HELVACI Müdür Fen Bilimleri Enstitüsü ii TEŞEKKÜR Yüksek lisans tezime katkı ve yardımlarından dolayı öncelikle Sayın danışmanım Yrd.Doç. Dr. Çiçek ÖZES’e teşekkür eder, saygılarımı sunarım. Deneylerimizde denizcilik sektöründe kullanılan malzemeler hakkındaki geniş bilgi ve tecrübesini bizimle paylaşan Dokuz Eylül Üniversitesi Denizcilik Teknolojisi ve Enstitüsünde görevli Sayın Yrd.Doç. Dr. Gökdeniz NEŞER ’e , numunelerimizin üretiminde tüm olanak ve imkanlarını seferber eden Tacar Teknecilik personeline ve Sayın Mehmet Emin TACAR ’a, numunelerin tuzlu suda bekletilmesi aşamasında Chemetall firmasına ve kimya mühendisi, ağabeyim Eray KOLAT ’a, tezin önemli aşamalarından olan kırılma tokluğu deneylerinde destek ve ilgisinden dolayı Dokuz Eylül Üniversitesi Malzeme Metalurji Bölümü asistanlarından Sayın Bahadır UYULGAN ‘a ve son olarak tüm eğitim hayatım boyunca maddi manevi her türlü desteği sağlayan sevgili aileme teşekkür eder saygılarımı sunarım. Koray KOLAT iii FARKLI ORTAMLARIN SANDVİÇ KOMPOZİTLERİN KIRILMA TOKLUĞU ÜZERİNDEKİ ETKİSİ ÖZET Farklı ortamların sandviç kompozitlerin kırılma tokluklarına etkisinin ,incelendiği bu tezin giriş, bölümünde öncelikle, genel anlamda sandviç sistemlerin elemanları ve çeşitleri üzerinde durulmuş, sanayideki kullanım alanları irdelenmiş ve kırılma tokluğu kavramı grafik ve şekiller yardımıyla açıklanmıştır İkinci bölüm de deneylerimizde kullanılan numuneler tanıtılmış bunların üretim metotları teknik özellikleri açıklanmıştır, yine bu bölüm içerisinde tuzlu su ve kırılma tokluğu deneylerinin prosesleri adım adım açıklanmıştır. Aynı bölüm içerisinde son olarak ta kırılma tokluğu hesaplamalarının nasıl yapıldığı ifade edilmiştir. Üçüncü bölüm deney sonuçları; kuvvet-deplasman grafikleri ve de kırılma tokluğuçatlak boyu değişimi istatistiki dağılım grafikleri sunulmuş son olarak da dördüncü bölümde bu sonuçlar değerlendirilmiş ve de irdelenmiştir. Anahtar Sözcükler: Sandviç malzemeler, kırılma tokluğu, çekirdek malzeme numuneleri iv THE EFFECTS OF VARIOUS ENVIRONMENTS ON FRACTURE TOUGHNESS OF SANDWICH COMPOSITES ABSTRACT In the introduction chapter of this thesis where the effects of different environmental conditions on the fracture thoughnesses of the sandwich materials have been investigated, firstly, sandwich system elements and their varieties have been presented in general, then, their use in the industrial field has been explained, and finally, fracture thougness concept has been explained by means of diagrams and figures. In the second chapter, the specimens of the core materials we have utilised in our experiments, their production methods and technical properties have been presented. The processes of saline water and fracture toughness experiments have been explained step by step. In the same chapter, ways of calculating fracture toughness have been discussed. In the third chapter, the results of the experiments, force-displacement graphs and some statistical distribution graphs of fracture toughness-crack length differences have been presented. In the last chapter, all the resultst of the experiments have been assessed Keywords: Sandwich materials, fracture toughness, core material specimens v İÇİNDEKİLER YÜKSEK LİSANS TEZİ SINAV SONUÇ FORMU...................................................ii TEŞEKKÜR.................................................................................................................iii ÖZET............................................................................................................................iv ABSTRACT..................................................................................................................v BÖLÜM BİR – GİRİŞ.................................................................................................1 1.1 Sandviç Malzemeler...........................................................................................1 1.2 Sandviç Malzemelerin Çeşitleri.........................................................................4 1.2.1 Yüzey Çeşit..................................................................................................5 1.2.1.1 Cam Elyaf..........................................................................................5 1.2.1.2 Aramid Elyafları................................................................................5 1.2.1.3 Karbon Elyafları................................................................................6 1.2.1.4 Diğer plastik elyaf.............................................................................6 1.2.1.5 Boron elyaflar...................................................................................6 1.2.2 Reçineler.....................................................................................................6 1.2.2.1 Polyesterler........................................................................................7 1.2.2.2 Vinylesterler......................................................................................7 1.2.2.3 Epoksiler............................................................................................7 vi 1.2.3 Çekirdek Çeşitler........................................................................................7 1.2.3.1 PVC köpükler....................................................................................7 1.2.3.2 Balsa..................................................................................................8 1.2.3.3 Tahta..................................................................................................8 1.2.3.4 Bal peteği (Honeycomb)....................................................................8 1.3 Sandviç Malzemelerin Endüstride Kullanım Alanları.........................................9 1.4 Sandviç Yapı Dizaynında uygun malzeme seçimi.............................................11 1.4.1 Yapısal Etmenler.........................................................................................12 1.4.1.1 Dayanım...........................................................................................12 1.4.1.2 Rijitlik..............................................................................................12 1.4.1.3 Yapıştırma bağlantısı performansı...................................................12 1.4.1.4 Ekonomik Etmenler.........................................................................12 1.4.2 Çevresel Etmenler.....................................................................................13 1.4.2.1 Sıcaklık............................................................................................13 1.4.2.2 Yanıcılık özellikleri.........................................................................13 1.4.2.3 Yapıştırma solüsyonları ve buharlaşma...........................................13 1.5 Sandviç Yapılarda Kırılma Mekaniği Analizi ve Kırılma Tokluğu.................15 1.6 Projenin Kapsamı ve Hedefleri.........................................................................18 BÖLÜM İKİ- KULLANILAN MALZEMELER VE TEST YÖNTEMLERİ..........................................................................................................21 2.1 Deney Numunelerinde Kullanılan Malzemeler.................................................21 2.1.1 Çekirdek Malzemeleri ve Numune Boyutları.............................................23 2.1.1.1 Göknar Ağacı....................................................................................23 2.1.2.2 Su Kontraplağı..................................................................................25 2.1.1.3 Coremat.............................................................................................27 2.1.1.4 Poliüretan Köpük Malzemeler..........................................................29 2.1.2 Yüzey Malzemesi........................................................................................31 2.2 Test Numunelerinin Üretim Yöntemi................................................................33 2.2.1 Göknar Su kontraplağı ve de Poliüretan Köpük Çekirdekten Oluşan Sandviç Yapıların Üretim Aşamalar..........................................................35 vii 2.2.2 Coremat Çekirdekten Oluşan Sandviç Yapıların Üretim Aşamaları..........37 2.3 Laboratuar Çalışmaları ve Deneyler...................................................................38 2.3.1 Mode-I Çatlak Deneyi.................................................................................38 2.3.1.1 Numunelerin Çekme Cihazına Tesbiti.............................................38 2.3.1.2 Makinanın Programlanması ve Çatlak İlerlemesinin Ölçümü..........40 2.3.2 Tuzlu Su Testi.............................................................................................45 2.4 Deney Sonuçlarından Elde Edilen Grafiklerin Altında Kalan Alan Hesapları..47 2.5 Çatlak Boyu Değişim Hesabı.............................................................................48 BÖLÜM ÜÇ – DENEY SONUÇLARI ...................................................................50 3.1 Çekirdek Malzemesi Göknar Ağacı Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları................................................................................................51 3.2 Çekirdek Malzemesi Kontraplak Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları.................................................................................................55 3.3 Çekirdek Malzemesi Coremat Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları.................................................................................................59 3.4 Çekirdek Malzemesi Poliüretan Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları.................................................................................................63 BÖLÜM DÖRT – DEĞERLENDİRME................................................................68 Kaynaklar...................................................................................................................70 viii 1 BÖLÜM BİR GİRİŞ 1.1 Sandviç Malzemeler: Sandviç malzemeler teknolojik kompozitlerin en önemli uygulamalarındandır. Kompozit malzeme birden fazla esaslı malzemenin belirli bir amaç için makroskobik anlamda birleşmesi ile oluşturulan yapıdır. Sandviç malzemelerde yine bu tanıma uymaktadır, farklı yapılar istenilen çeşitli mekanik özelliklerin sağlanması için birbirleri içinde çözünmeden birleştirilmektedir. Bu birleştirme işlemi adhesive bir katmanla sağlandığı için sandviç malzemeleri yapıştırma bağlantılı kompozitler kavramı içerinde inceleyebilmekteyiz. Şekil 1.1 Sandviç bir yapının temel elemanları (Diab tanıtım kataloğu) Sandviç bir yapı temel olarak üç önemli elemana sahiptir. Şekil 1.1 de gösterildiği üzere en dışta alt ve üst yüzeyler, orta kısımda çekirdek olarak adlandırılan malzeme ve bağlantıyı sağlayan adhesive katmanlardan oluşmaktadır. Dış yüzeyler ince ancak mukavim bir yapıya sahipken, çekirdek malzemenin mukavemet değeri düşük ve de hafiftir bu sayede mukavemeti 1 2 yüksek bir eleman oluşturduğumuz gibi konstrüktif açıdan da düşük ağırlıklı bir yapı elde etmiş oluruz. İçerideki çekirdek malzemenin temel görevi dış yüzeyler arasındaki mesafeyi muhafaza etmektir; çünkü bu mesafe sandviç malzemenin kesit alanına ait atalet momentinin ve de bükülme rijitliğinin yüksek olmasını sağlamaktadır. Kısaca bir sandviç yapının sahip olması gereken özellikleri özetlemek gerekirse; • Mukavemetli yüzeyler, düşük yoğunluklu çekirdek • Rijit ve mukavim bir yapıştırma bağlantısı dır. Önemle üzerinde durulması gereken diğer bir konuda sandviç malzemelerin sağladığı avantajlardan biri olan konstrüksiyon rijitliğidir. Bu konuyu açıklamak için öncelikle sandviç bir yapıyı şekil 1.2 deki gibi I-kiriş şeklinde modelleyelim. Şekil 1.2 Sandviç yapının I-Kirişi şeklinde modellenmesi (www . aerodesign . ufsc. br/ teoria /artigos /materialis /sandwich_design.pdf) 3 Burada sandviç panelin yüzeyi kirişin flanşlarını oluştururken çekirdek malzeme kirişin bağlantı bölümüne karşılık gelmektedir. Yük altında sandviç panelin yüzeyleri bükülmeye maruz kalırlar, yüzeylerden biri bası etkisinde iken diğeri çekiye zorlanacaktır (şekil1.3). Çekirdek malzeme kayma gerilmelerine direnç gösterirken aynı zamanda yüzeyler arasındaki mesafeyi koruyarak yapının rijitliğini arttırır ve yüzeylere kesintisiz destek vererek düzenli rijit bir sandviç panel oluşturur. Çekirdek, yüzey ve yapıştırma bağlantısı uniform bir konstrüksiyon oluşturarak tek bir birim olarak davranırlar, böylece sandviç yapı yüksek burulma ve bükülme rijitliğine sahip olur. Şekil 1.3 Sandviç yapıda oluşan gerilmeler (Mardav yalıtım ve inşaat firma kataloğu) 1.2 Sandviç Malzemelerin Çeşitleri: Sandviç konstrüksiyonları bir bütün olarak sınıflandırmaya tutmak mümkün değildir. Giriş bölümünde de bahsettiğimiz üzere sandviç yapı çekirdek ve yüzey olmak üzere iki temel elemandan oluşmakta idi; işte bu yüzden, sandviç bir yapıyı tam bir birim olarak sınıflandıramadığımız için bahsi geçen elemanları sınıflandırmaya tabi tutmak daha doğru olacaktır. Bu bölümde sandviç malzemelerde kullanılan yapılar özellikle denizcilik teknolojilerine yönelik bir sınıflandırılmaya tabi tutulacaktır, üçüncü bölümde deneylerimizde kullanılan malzemeler hakkında daha detaylı bilgi sunulacaktır. 4 1.2.1 Yüzey Çeşitleri: Yüzey çeşitleri olarak geleneksel malzemelerden olan çelik, paslanmaz çelik ve alüminyum sandviç yapılarda çok fazla kullanılmazlar, bunlar yerine uygun koşullarda fiber veya cam takviyeli özel plastikleri kullanmak daha sağlıklıdır. Ana matriksin içerisinde özel mukavemet sağlanması istenen yerlerde bu amaçla kuvvetlendirici elyaflar kullanılır. Kuvvetlendirici elyafları şu şekilde sınıflandırabiliriz 1.2.1.1 Cam Elyafları : İlk kompozit panellerin yapımında kullanılan elyaf cam elyafı idi. Günümüzde çeşitli mukavemet özelliklerine sahip E, S ve R tipi cam elyafları üretilmekte ve kullanılmaktadır. Cam elyafları reçineyi oldukça iyi özümseyebilen ve kullanımı nispeten kolay elyaflardır. 1.2.1.2 Aramid Elyafları: 1960’lı yılların sonlarında DuPont de Nemours tarafından piyasaya sürülen Kevlar aramidlerin en bilinenidir. Son yıllarda çeşitli imalatçılar değişik ticari isimlerle piyasaya aramid elyaflar sürmüşlerdir. Aramid elyafın spesifik çekme mukavemeti çelikten yaklaşık 5 kat daha fazladır. ( Yani 1 m boyunda 1 kg ağırlığında bir aramid halat, aynı boy ve ağırlıkta bir çelik halattan 5 kat daha fazla yük taşıyabilir. Bu üstün çekme mukavemeti özelliği aramidlerin balistik koruma amaçlarıyla da kullanılmasına imkan tanımıştır. Sürtünme ve aşınmaya da çok dayanıklı olan bu tip elyaflar basmada aynı performansa sahip değillerdir. Düşük yoğunlukları ve naylon temelli hidrofob yapıları kullanılan plastik matriksin aramid elyaflarını oldukça problemli yapmaktadır. Aramidlerde, çok ileri reçine sistemlerinde bile, yapıdaki elyaf oranında %50’den iyisini elde etmek mümkün olamamaktadır. Ayrıca depolamada 5 rutubet almaları bu ıslanmayı çok daha zor hale getirdiğinden yapısal bütünlük için bir tehlike oluşturur. 1.2.1.3 Karbon Elyafları: Mukavemet olarak cam ve aramid elyaflarından çok daha üstün özellikler taşırlar. Darbelerin yutulması için ve çok düşük ağırlıkla rijitlik sağlamak amacıyla kullanılırlar. Düşük uzama seviyeleri ve kırılganlıkları başlarda problem olmuşsa da günümüzdeki yüksek uzamalı karbon elyaflarının bulunmasıyla bu problemler ortadan kalkmıştır. Plastik matriks içerisinde ıslanabilme özellikleri oldukça iyidir. 1.2.1.4 Diğer plastik elyaflar: Kompozit yapılarda, az miktarda olsa da amaca uygun olarak naylon (Nomex) ve polyethylen elyaflar da kullanılmaktadır. 1.2.1.5 Boron elyaflar: Metal takviyeli metal (MRM) kompozitlerde boron elyaflar kullanılır. Gaz türbini kanatları gibi yüksek ısıda üstün mukavemet gerektiren yerlerde alüminyum oksit matriks içerisinde boron elyafları kullanılır. 1.2.2 Reçineler : 1.2.2.1 Polyesterler: Reçine matrikslerin bilinen en eskilerinden ve en çok kullanılanılanıdır. Islak yatırma için uygundur. Sertleşmesi egzoterm kimyasal bir polimerizasyon sonucu olur. Bu arada solventi styrenmonomer açığa çıkar. Genelde ortoftalik ve izoftalik olarak iki tip polyester kullanılır. Polyesterin saf halde korozif elementlere ve suya mukavemeti çok iyi değildir. İmalatta çalışma süresi 3040 dakika ile sınırlıdır. Bu süreyi uzatmak için çeşitli inhibitörler 6 kullanılabilir. Ancak reaksiyonun egzoterm özelliği ve hızının güç kontrol edilebilmesi vakum altında imalatta çok büyük zorluklar getirir. 1.2.2.2 Vinylesterler: Polyesterlerden sonra bulunmuş bir matriks tipidir. Vinylester reçine ıslak yatırma için uygundur. Sertleşmesi egzoterm kimyasal bir polimerizasyon sonucu olur. Bu arada solventi styrenmonomer açığa çıkar. Vinylesterler su ve koroziflere karşı yüksek dirence sahiptirler. Polimerizasyon çeşitli ajanlar vasıtası ile 10-12 saate kadar uzatılabilir, bu sayede büyük yüzeylerde vakum tatbikatı yapılabilir. 1.2.2.3 Epoksiler: Epoksi reçineler de polyester ve vinylesterler gibi kimyasal polimerizasyon sonucu sertleşir. Ancak yapılarında açığa çıkan bir solvent yoktur. İmalatta çalışma süresi oda sıcaklığında 15 saat civarında olabilir. Epoksi reçineler karışımı yapılmış halde, soğuk ortamlarda (0 C altında) iki aya kadar muhafaza edilebilir. 1.2.3 Çekirdek Çeşitleri: 1.2.3.1 PVC köpükler: PVC köpükler çok kullanılan bir çekirdek malzemesidir. Rutubet/su absorbsiyonu direnci iyidir. 40-300 kg/m3 yoğunluklarda bulunabilir. Yapılarına göre: a) Çapraz bağlı PVC köpük: nispeten kırılgan b) Doğrusal PVC köpük: mukavemet özellikleri bozulmadan deformasyon kabul edebilen c) Yüksek ısı dirençli tipleri vardır. 7 1.2.3.2 Balsa: Hafif balsa ağacı, elyafları deriye dik gelecek şekilde (end grain) kesilerek çekirdek olarak kullanılır. Balsa çekirdekli sandviçler çok iyi bir rijitlik sağlarlar. Ancak, kırılmaları ani ve büyük boyutlu olur. Bunun yanı sıra, tabii kaynaklı malzemenin standardizasyonu imkansız denecek kadar zordur. Nispeten yüksek yoğunluğu ise, PVC köpük gibi geniş bir seçim şansı vermez. 1.2.3.3 Tahta: Balsa dışında tahta da, bilhassa iyi ezilme mukavemeti beklenen yerlerde çekirdek malzemesi olarak kullanılabilir. Genelde konturplak veya lamine şeklindedir. Standardizasyonu balsadan daha iyi kontrol edilebilir. Ağırlığı önemli bir dezavantajıdır. 1.2.3.4 Bal peteği (Honeycomb): Bal peteği metalik veya kompozit esaslı olabilir. Metalik bal peteği çok ince alüminyumdan, kompozit bal peteği ise kağıt veya naylon/aramid elyafları ve epoksi veya fenolik bir reçineden yapılırlar. Ateşe dayanıklı Nomex en popüler bal petek sistemlerinden biridir. Bal petek sistemleri dış derilere yapıştırılması oldukça zor, ama üstün mukavemet/ağırlık oranları sağlayan çekirdek yapıları oluştururlar. Ayrıca, eğimli yüzeyleri bal peteği ile kaplamak için özel bir teknik gerekmektedir. (Kaan N.Z.Onuk 2003) 8 1.3 Sandviç Malzemelerin Endüstride Kullanım Alanları: Sandviç malzemelerin en önemli özelliği bizimde üzerinde sıkça durduğumuz yüksek rijitlik kavramı idi; ancak özellikleri sadece bununla kısıtlamak yanlış olacaktır. Sanayide pek çok alanda ihtiyaca cevap verecek nitelikte sandviç konstrüksiyonları yaratılabilmektedir, hele ki dünyadaki kaynakların bir gün tükeneceğini göz önüne alacak olur isek bu yapıların önemi daha da artacaktır. Hafiflik, düşük maliyet ve yüksek dayanım çağımızın en önemli rekabet unsurlarıdır, bu üç unsur sandviç yapılarda uygun yüzey, çekirdek ve de yapıştırıcı malzemesi seçmekle sağlanabilmektedir. Kompozit yapılar üzerindeki araştırma ve geliştirme faaliyetleri gelecek yıllarda sandviç konstrüksiyonların altın dönemlerini yaşayacağını ispatlar niteliktedir. Bu yapıları önemli kılan diğer özelliklerini sıralamak gerekirse; • Yüksek bükülme dayanımı ve rijitlik • Hafif malzemelerden oluşması • Uygun malzeme kombinasyonu ile düşük maliyet eldesi • Termal yalıtım özelliği • Ses Yalıtım özelliği • Radar dalgalarına yakalanmaması • Uygun aerodinamik yüzeyler oluşturabilmesi • Yüksek hızlara dayanım (Huang 2003) Bu özellikler ışığında bu yapıların kullanım alanlarından genel bir yaklaşım ile inceleyelim; Havacılık ve uzay sanayiine yönelik uygulamalarda ise, hafiflik ve rijitlik özellikleri önem taşımakta ve genellikle uçağın taban kaplamaları, kanat ve kuyruk parçaları, helikopter pervanesi gibi parçalar sandviç konstrüksiyon tekniği ile üretilmektedir. Son yıllarda bir çok binek ve spor otomobillerin tavan, direk ve gövdesinin bir çok kısımlarında, spor aletlerinde (yarış bisikleti kaburgası) ve rüzgar türbini pervanesi gibi bir çok alet ve makine imalatında 9 sandviç yapılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Sandviç yapılardaki kullanıma ilave olarak, petekli yapılar enerji sönümleme, radyo dalgası kalkanı, uyduların güneş panelleri ve hava akımı doğrultucusu vb. olarak da yaygın bir kullanıma sahiptir. (Arslan ve Kaman, 2003) Şekil 1.5 Hızlı Bir Feribotta Sandviç yapının kullanıldığı yerler (2 ve 6 Gövde dış kısmı, 4. Asma tavanlar, 7. Kamara bölmeleri, 9. Hava kalkanı: Petek yapılı kompoziti İki dış plaka ve içerisi izolasyon malzemesi ile dolu, sandviç görünümündeki bina yapı elemanları yıllardır kullanılmaktadır. İç dolgu izolasyon malzemesi olarak, cam yünü, mineral yün, polistren ve poliüretan gibi malzemeler; dış kaplama malzemesi olarak ise alüminyum, çelik, güçlendirilmiş plastik, güçlendirilmiş beton ve muhtelif ahşap kökenli malzemeler olmaktadır.(Commercial union sigorta risk yönetimi sunumu s.2) Endüstriyel binalarda iki farklı tip panel kullanılmaktadır. Biri dış yüzeyler için, diğeri ise tavan ve bölmeler gibi iç hatlar içindir. Her iki tip panel de ısı kontrolünü sağlamakta ve yangın yükünü büyük ölçüde arttıran izolasyon dolgu maddesi içermektedirler. Ancak inşaat sektöründe çekirdek malzemesi daha 10 ziyade dolgu unsuru olarak kullanılmaktadır, bu nedenle bu alandaki panellere tam bir sandviç yapı düşüncesiyle yaklaşmamak da yarar vardır. Sandviç konstrüksiyonların diğer bir kullanım alanı da tekne ve yat imalatındadır. Günümüzde kalıp ile tekne üretimi maliyetli bir yöntemdir, her dönemin modasına göre tekne ve yatlarda modeller değişmektedir. Her değişen yeni bir model için kalıp hazırlamak maliyet açısından çok büyük bir yük getirecektir, bu sektördeki veriler kalıpsız tekne imalatı yönteminde ileriye giden firmaların büyük kazançlar elde edeceğini göstermiştir. Kalıpsız imalatın en bilinen yolu da, tabi ki sandviç yapılardan geçmektedir. Sadece sivil denizcilik için değil askeri amaçlar için de bu yapılar tercih edilmektedir, hafiflik avantajı sağlanarak askeri tekne ve gemilere yeni silahlar eklenebilmektedir. Bu proje kapsamında incelenecek tüm test numuneleri bütünüyle denizcilik endüstrisinde kullanılan malzemelerden yapılmıştır. Malzemelerimizin cinsleri ve deney metotları ikinci bölümde detaylı bir şekilde sunulacaktır. 1.4 Sandviç Yapı Dizaynında uygun malzeme seçimi: Sandviç bir yapının dizaynında belirli bir plan ve prosedür oluşturulması gerekir. Mukavemet, statik, mekanik ve malzeme bilimleri kombinasyonuyla oluşturulan sistematik bir yaklaşıma ihtiyaç duyulur. Yapının çalışma şartları göz önüne alınarak konstrüksiyondan beklenen verimin sağlanması hedef alınmalıdır. Tüm bunlar detaylı bir mühendislik araştırması ve yaklaşımı ile mümkün olacaktır. Her mühendislik uygulamasında olduğu gibi girdi ve çıktılar tanımlanmalı prosesler arasında geri beslemelerle optimum dizaynlar oluşturulmalıdır. İmkanlar dahilinde bilgisayar destekli mühendislik programlarıyla simülasyonlar yapılmalıdır. (www.aerodesign.ufsc.br/teoria/artigos/materiais/sandwich_design.pdf) 11 1.4.1 Yapısal Etmenler: 1.4.1.1 Dayanım : Giriş bölümünde bahsettiğimiz üzere kompozit bir malzemede her bir eleman kendi mekanik özelliklerini koruyabilmekteydi , bu kuralı göz önüne alarak sandviç yapının çalışacağı yük koşullarını düşünerek düzgün çekirdek ve yüzey malzemesi kombinasyonu oluşturmalıyız. 1.4.1.2 Rijitlik : Sandviç malzemeler çok düşük ağırlıklarda yüksek rijitlik sağlamak için kullanılırlar. Pek çok çekirdek malzemesi düşük kayma modülüne sahiptir, ancak deplasman hesaplamalarında bükülmeden kaynaklanan çökmeye ilaveten kaymadan kaynaklanan çökmeyi de inceleyebilmeliyiz. 1.4.1.3 Yapıştırma bağlantısı performansı : Bir yüzeyden diğer yüzeye düzgün yük iletimi için yüzeyler kor malzemeye rijit bir şekilde yapıştırılmalıdır. Uygun yapıştırıcılar yüksek kayma modülüne sahiptirler. Depolama, tamirat veya kullanım sırasında hasara maruz kalabilecek hafif sandviç yapılarda kesinlikle düşük soyulma gerilmesine sahip yapıştırıcılar ile relativ olarak gevrek yapıştırıcılar kullanılmamalıdır. 1.4.1.4 Ekonomik Etmenler: Kompozit sandviç panellerden maliyet konusunda çok etkili sonuçlar alınabilmektedir. Ancak toplam maliyet hesaplamaları sırasında üretim maliyetleri yanında montaj, ilk kurulum ve de sandviç yapı destek sitemlerinin de masrafları hesaba katılmalıdır. 12 1.4.2 Çevresel Etmenler: 1.4.2.1 Sıcaklık : Pek çok konstriktif sistemde olduğu üzere sandviç yapılarda da termal çevre önemli bir rol oynamaktadır. Genellikle sandviç yapılar oda sıcaklığı koşullarında etkin bir biçimde kullanılabileceği gibi pek çoğu da –550C ila 1700C arasında istenilen performansı karşılayabilecek düzeydedir. İstenilen özellikler ve de üretim koşulları doğrultusunda malzemenin kürlenme sıcaklıkları da incelenmelidir. 1.4.2.2 Yanıcılık özellikleri: Yapıştırma bağlantılı sandviç yapıları yanıcılık bakımından üçe ayırmaktayız. İlki yanıcı olmayan yapılar ki, ne yüzey malzemesi nede çekirdek malzemesi yanıcı değildir. Sistem bir bütün olarak yanmaya karşı dayanım gösterir. İkinci tip yarı yanıcılar; bu sistemlerde yapı aleve maruz kaldığı sürece yanar, alev ortadan kalkarsa malzemenin tutuşması söz konusu olmaz. Son olarak, üçüncü tip yapılar ise yanıcı olanlarıdır. Bu malzemelerde genellikle belirlenen koşullar altında alevin yayılma hızına göre bir sınıflandırılmaya tabi tutulabilirler. 1.4.2.3 Yapıştırma solüsyonları ve buharlaşma: Bir kısım yapıştırıcılar kürlenme sırasında bazı reçinelerle ve de metal olmayan çekirdeklerle reaksiyon oluşturarak dışarı solvent buharı verirler. Bu olay sandviç yapı üretiminde istenmez; çünkü hatırlanacağı üzere kompozit yapılarda bir araya gelen malzemeler ayrı ayrı mekanik özelliklerini korumak durumunda id; reaksiyonun oluşması yeni tip bir malzeme oluşumu ve sonuç olarak, farklı mekanik özellik oluşumu anlamına geleceğinden, üretimde bu hususa dikkat edilerek doğru yapıştırma sistemlerinin tercih edilmesi gerekmektedir. 13 Son olarak, yukarıda saydığımız tüm etmenlerin dikkatlice incelenerek uygun ve optimum malzeme kullanılmasına dikkat edilmelidir. Bu amaçla tablo 1.1 de hangi malzemelerle hangi mekanik özelliklerin en iyi şekilde sağlanabileceği gösterilmiştir. Tablo1.1 Optimum Malzeme Seçimi ile Mekanik Özelliklerin Eldesi (www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/compositematerials/g_comp osite_materials.pdf) Statik Çekme Dayanımı Statik Çeki Rijitliği Statik Basma Dayanımı Statik Basma Rijitliği Yorulma Dayanımı Hasar Dayanımı Su Geçirmezliğ i Yangın Dayanımı İşlenebilirlik Maliyet ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ İyi Performans Kötü Performans ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ SENTETİK KÖPÜK TERMOPLASTİK BALPETEĞİ ☺ ☺ ☺ ☺ ALUMİNYUM BAL PETEĞİ ☺ ☺ ☺ DOĞRUSAL YAPILI PVC ÇAPRAZ PVC ☺ ☺ ☺ ☺ BALSA TERMOPLASTİK ÇEKİRDEK PHENOLİC EPOKSİ VİNYLESTER POLYESTER REÇİNE KARBON KEVLAR E-CAM FİBER ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺ 14 Sandviç malzemelerin kullanımı gün geçtikçe artmakta hayatımızın pek çok önemli kesimine girmektedir. Gelecekte çok daha fazla alanda kullanılacak olan bu malzemeye güven ancak mühendislik kurallarına ve hesaplamalarına uyum ile sağlanabilecektir, bu yüzdendir ki sandviç malzemenin farklı yapıları arasındaki uyumlar çok önemlidir. Yukarıdaki tabloda sunulan ilişkiler sandviç dizaynının temeli olabilecek niteliktedir. Bu temel ilkelerin ihmali durumunda pek çok istenilmeyen sonuçla karşı karşıya kalabiliriz; hele ki bu yapıların denizcilik endüstrisinde kullanıldığını ve deniz ortamının sürekli değişkenlik arz ettiğini düşünecek olursak, insan hayatını tehlikeye sokabilecek sonuçların doğabileceğini tahmin etmemiz zor olmaz. Sandviç yapılar hakkında pek çok araştırmalar mevcuttur; örneğin, David R. Veazie ve diğerleri deniz ortamında PVC çekirdek malzemede oluşabilecek iç yüzeysel kırılma dayanımını incelemişlerdir, Sheng Chang, Dan Hong ve Fu-Pen Chiang çekirdek malzemesi yine köpük olan sandviç bir yapıda makro ve mikro deformasyonları incelemişlerdir; ileriki konularda yeri geldikçe diğer çalışmalardan da bahsedilecektir, ancak dikkat edileceği üzere konular daha ziyade yapının mekanik dayanımı ve hasar analizine doğru kaymaktadır. Bu nedenle, ülkemizde bu konu üzerindeki araştırmaların azlığını göz önüne alınarak, sandviç yapılar hakkında az araştırma yapılmış konulardan biri olan farklı ortamlarda kırılma tokluğunun nasıl etkileneceği konusu üzerinde çalışma yapılmasına karar verilmiştir. Özellikle, deniz suyunun kırılma tokluğu üzerine etkisinin araştırılmasının bu alanda yapılacak önemli çalışmalardan biri olabileceğine kanaat getirilmiştir. Bu nedenledir ki, birinci bölümün beşinci konusu olarak sandviç yapılarda kırılma tokluğu ve mekaniği hakkında bilgiler sunulmuştur. 1.5 Sandviç Yapılarda Kırılma Mekaniği Analizi ve Kırılma Tokluğu: Kırılma toleransı tüm mühendislik malzemeleri için çok önemlidir, ancak kompozit malzemeler için kritik bir önem arz etmektedir. Çalışma koşulları altında kompozit malzemeler delaminasyon adı verilen iç katman hasarları ile karşı karşıya kalırlar. Bu hasarlar genellikle hatalı çekirdek malzeme üretimi 15 sonucu oluşmaktadır. Bu tür hataların oluşması kritiktir, çünkü ileriki dönemlerde yapının tamamında katostropik hasarların oluşması ihtimali gündeme gelecektir. Sandviç yapılarda işletme koşulları altında meydana gelebilecek olan başlangıç çatlakları zamanla ilerler ve de yeni kusur ve de iç hasarların oluşmasına neden olurlar. Çatlaklar ilerledikçe yapıda özellikle rijitliğin ve de dayanımın azalmasına sebep olurlar, özellikle yüzey ile çekirdek malzemesi arasındaki iç yüzeysel bölgedeki çatlağın ve kırılma tokluğunun incelenmesi sandviç yapının bütününü ilgilendirmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Kırılma ve çatlak analizleri genellikle şekil 1.6 da gösterildiği üzere üç tip yükleme durumu ile gerçekleştirilmektedir. Şekil 1.6 Çatlak analizi için olası yükleme koşulları Şekil 1.6 da ;(a) gösterimi Mod-I çekme konumu, (b); Mod-II; kayma konumunu, (c) gösterimi de Mod-III yırtılma konumunu ifade etmektedir. Bu proje kapsamındaki testlerde, çekirdek ile yüzey malzemesi arasındaki iç yüzeysel 16 çatlak analizi için a konumundaki model benimsenmiştir ve numuneler, Mod-I prensibine göre üretilmiştir. (Smith, 2002, s.82) Çatlak analizinde karşılaştırma ve yorum açısından incelenmesi gereken önemli nokta açığa çıkan enerji faktörüdür. Kırılma mekaniğinin temeli 1921 yılında Griffith tarafından ifade edilmiş olan enerji kriterine dayanmaktadır. Bu kritere göre çatlak ilerlemesi sırasında gerilmelerin çatlak civarında oluşturacağı elastik enerji, yeni oluşacak çatlak yüzeylerinin yüzey enerjisine eşit olunca çatlak ilerlemeye başlar. Bu enerji dengesi formül 4.1 de ki gibi ifade edilmektedir. ∂U ∂S = ∂a ∂a (4.1) U sistemde, depolanmış enerji yayınım hızını, S ise yüzey enerjisini ifade etmektedir, sistemdeki çatlak uzunluğu ise a ile gösterilmiştir. Bu açıklamalar doğrultusunda Griffith’in araştırmalarında belirtildiği üzere çatlak ilerledikçe açığa zorlama enerjisi çıkmaktadır. Açığa çıkan bu enerji çatlak ilerlemesinin boyutlarına ve de malzeme cinsine bağlıdır. Açığa çıkan kritik zorlama enerji oranı (G) diğer bir ifade ile kırılma tokluğu fiziksel olarak; çatlak ilerlemesindeki artış için elde edilebilir enerji şeklinde yorumlanabilir. Gc oranı (Kırılma Tokluğu) pek çok yöntemle bulunabilmektedir, ancak bu çalışmada formül 4.2’den yararlanılmıştır. Buna alan metodu da denilmektedir. (Anderson,1995) Gc = ∆A B × ∆α (4.2) Burada ∆ A yük- deplasman grafiği altında kalan alanı ifade etmektedir (şekil 1.7). B deney numunelerinin genişliğini ∆α’ da çatlak değişim aralıklarını göstermektedir, bu iki parametrenin çarpımı da, oluşturulan yeni çatlak yüzeyini temsil etmektedir. çatlak ilerlemesi tarafından 17 Şekil 1.7 Kuvvet deplasman grafiğinde altta kalan alanın gösterimi Bu çalışmada çekirdek malzeme ile yüzey malzemesi arasındaki iç yüzeysel bölge incelendiğinden ötürü başlangıç delaminasyonu tam yüzey ile çekirdeğin kesişim bölgesinden yapılmıştır, testler için uygun numunenin şematik gösterimi ikinci bölümde şekil 2.1 de sunulacaktır. 1.6 Projenin Kapsamı ve Hedefleri: Nüfus ve işçilik maliyetlerindeki artışlardan ötürü dünya çelik üretimi talebi tam anlamıyla karşılayamamaktadır, bu da mühendisleri farklı malzeme arayışlarına sürüklemektedir, ancak istenilen pek çok özelliği tek bir yapı içerisinde toplamak oldukça güç ve maliyetli bir olaydır, fakat imkansız değildir; günümüzde kompozit yapılarda, istenilen pek çok mekanik özellik kolaylıkla bir araya getirilebilmektedir. Ülkemizde dünyadaki bu gelişmelere kayıtsız kalmamakta, vizyonu geniş yönetici ve sanayiciler kompozit sektöründeki gelişmeleri yakından takip etmektedir. Bu teknolojik gelişmelerin takibinde ve uygulanmasında aşılması gereken bazı problem ve eksikler vardır. Bu çalışmanın oluşturulması aşamasında ilk olarak ülkemizdeki bu problemler araştırılmıştır ; üzerinde durulması gereken şu sonuçlar elde edilmiştir: 18 • Ülkemizde sandviç yapıların kullanımı açısından büyük bir potansiyel vardır; fakat uygulama hataları bulunmaktadır. • Üretim çoğu kez geleneksel yöntemler ile sürdürüldüğünden ötürü, sermaye sahiplerini bu malzemeyi kullanmaya ikna etmek güçtür. • Kompozit ve sandviç malzemelerin çoğu bileşeni yurtdışı menşe ili olduğundan bu malzemelerin tedarik aşamalarında güçlüklerle karşılaşılmaktadır. • Üniversite ve sanayi kuruluşlarının ar-ge bölümlerinde bu konular ile ilgili yeterli araştırma çalışması mevcut değildir • Yat sektöründeki üreticiler, sandviç malzemelerin mekanik özellikleri hakkında sadece satıcı firmanın katalog verilerinde açıklanan değerler kadar bilgiye sahiptirler. • Farklı ortam ve koşullarda ülkemizde kullanılan sandviç yapıların nasıl etkilenebileceği konusunda bir bilgi yoktur. Sektörde yapılan bu incelemeler doğrultusunda konu olarak sandviç malzemeler seçilmiştir; ülkemizde sandviç yapılar hakkında hiç araştırma yapılmamış değildi; ancak kırılma mekaniği ve çatlak analizi konularında çok fazla çalışmaya rastlanmamış, bu çalışmaların da çoğunun kompozit malzemeler adı altında genel bir yaklaşım sergiledikleri gözlemlenmiştir. Tüm bu araştırmalar doğrultusunda, özetlemek gerekirse bu projede Türkiye yat sektöründe el yatırması metodu ile üretilen cam fiber takviyeli yüzey malzemesi ile birlikte kullanılan çeşitli çekirdek malzemelerinin hava ve su ortamlarındaki kırılma davranışlarının incelenmesi kararlaştırılmıştır. Araştırmalarımız sonucunda, Türkiye yat sektöründe göknar ağacı, su kontraplağı, poliüretan köpük ve de coremat olmak üzere dört çeşit sandviç çekirdek malzemesi kullanıldığı görülmüştür ve deney numunelerinin bu malzemelerden imal edilmesi kararlaştırılmıştır; hedef her guruptan beşer adet üretmektir; ayrıca iki farklı ortamda beklemiş numuneler incelenecektir, böylece 19 üretilmesi gereken toplam numune sayısı kırk dır. Bunlardan yirmi adedi tuzlu su ortamında imkanlar dahilinde en uzun süre bekletilecektir. Projede kırılma özelliklerinin incelenmesi açısından formül 4.2 seçilmiştir; amaç dört çeşit malzemenin birbirlerine göre maksimum yüklerini ve açığa çıkan ortalama enerji oranlarını elde etmek ; ayrıca su ortamında beklemiş olan malzemeler ile normal kuru ortamda beklemiş malzemelerdeki değişimleri inceleyebilmektir; tüm bu inceleme ve çalışmalar sırasında istatistiki değerler sistemleri oluşturulacaktır. Örneğin şekil 1.7 deki gibi bir malzemenin kritik yükleme durumları tespit edilecek ve buna göre yük deplasman grafiğinde altta kalan alanlar yardımı ile Gc hesap edilecektir. Bir malzeme gurubunda toplam beş adet numune mevcuttur, bu beş numune tek tek çekme deney cihazına bağlanıp yük deplasman grafikleri elde edilecektir, ve tüm numunelerin altlarında kalan alanlar hesaplanarak açığa çıkan enerji oranları elde edilecektir; daha sonra bunların ortalaması, standart sapması ve de çatlak boyu değişimine göre olan değerleri şekil 1.8 deki grafik yardımı ile açıklanacak bir de aynı malzemenin tuzlu suda beklemiş olan numuneleri de aynı testlere ve hesaplamalara tabi tutularak karşılaşılacaktır; yani hem malzemeler arasında hem de bu malzemelerin suda beklemiş olanları karşılaştırmalı olarak incelenecektir. Şekil 1.8 Çeşitli çatlak uzunluklarına karşı açığa çıkan enerji oranları örnek grafiği (Smith 1991) 20 BÖLÜM İKİ KULLANILAN MALZEMELER VE TEST YÖNTEMLERİ 2.1 Deney Numunelerinde Kullanılan Malzemeler: Deney numunelerinde kullandığımız malzemeler çekirdek, takviye ve yapıştırıcı olarak üç başlık altında ayrı ayrı incelenecektir. Bu malzemeler ve dağılımları hakkında kısaca bir ön bilgi vermekte fayda olacaktır. Deneylerimiz de istatistiki sonuçlar elde etmek amacı ile dört çeşit çekirdek malzemenin her birinden beşer adet örnek imal edilmiştir. Yüzey malzemesinde takviye olarak elyaf, bağlayıcı ve yapıştırıcı tabaka olarak da polyester kullanılmıştır. Numunelerimizde kullanılan tüm malzemeler ve üretim metotları bu bölüm içerisinde detaylı bir şekilde ayrı başlıklar altında anlatılacaktır. Ancak dikkat edileceği üzere, bu araştırma çalışmasında çekirdek malzemesi çeşitlilik göstermektedir. Her birinin yoğunlukları farklıdır, yüzey malzemelerinin çeşitleri ve çekirdek kalınlıkları deneylerimiz üzerinde etkili değildir, numunelerimizde bizim için en önemli etken çekirdek malzemesinin bağlayıcı ve yapıştırıcı görevindeki reçineyi rahatlıkla özümseyebilmesidir. Deneylerimizde kullanılan çekirdek malzemesinin yapısal ve mekanik özelliklerine göre hem yapıştırma yüzeyinden hem de çekirdeğin ortasından çatlak ilerlemesi devam edebilir, yani yapıştırıcı iç yüzeyinden verilen çatlak başlangıcı çekirdek yapıya atlayabilir veya direkt yapıştırma bağlantısı iç yüzeyinden devam edebilecektir. Test numunelerimiz üretim şartları ve de örnek delaminasyon çalışmalarından elde edilen bilgiler doğrultusunda çeşitli boyutlarda hazırlanmıştır, çekme cihazına montajı için uçlarına alüminyum menteşeler cam takviyeli polyester ile yapıştırılmıştır. Numunenin bir tarafında da ortalama olarak 60 mm lik bir ilk 20 21 delaminasyon başlangıcı verilmiştir. Numunelerin üretim şekilleri üzerinde daha detaylı durulacaktır. Mod-I deney numunelerimizin yapısal olarak görünüşü şekil 2-1 de sunulmuştur (A.Smith 1991). Bu şekil üzerindeki indislere dayanarak her bir çekirdek malzemesinin tanıtımında numune boyutları tablolar halinde verilecektir. ts Yüzey kalınlığı tc Çekirdek malzeme Kalınlığı b Numune genişliği l Numune boyu Şekil 2.1 Numune teknik gösterimi ve indis açıklamaları 22 2.1.1-Çekirdek Malzemeleri ve Numune Boyutları: Deneylerimizde kullanılan dört çeşit çekirdek malzemeler aşağıda maddeler halinde belirtilmiştir, bunlar aynı zaman da ülkemiz sanayii ve ticaret şartlarında kullanılan konvansiyonel çekirdek malzemeleridir. • Göknar ağacı • Su kontraplağı • Coremat • Poliüretan köpük 2.1.1.1 Göknar Ağacı: Ülkemizde tekne üretiminde kullanılan sandviç konstrüksiyonların çekirdek yapısı olarak en çok kullanılan malzeme türüdür, Balıkesir civarı ve Sinop Ayancık bölgesin de yetişen bir ağaç türüdür, dışarıdan gelen Rus çamına nazaran daha dayanıklı ve budaksızdır; dolayısı ile çekirdek malzemesi olarak kullanılmaya çok uygundur, bilindiği üzere budaklar malzeme içindeki bir kusur olarak kabul edilmekte olup bu noktalarda katmanlar arası ayrışmalara ve çatlaklarda yön sapmalarına sebebiyet verebileceklerini hatırlatmakta fayda vardır. Şekil 2-2Göknar Ağacı Test Numuneleri 23 Özellikle Amerikan tekne endüstrisinde bizim kullandığımız göknar ağacı yerine balsa ağacı tercih edilmektedir, bu ağaç türü ülkemizde mevcut olmayıp ithalatı mevcut değildir. Göknar ağacından imal edilmiş olan numunelerimizin sayısı toplam on adet dir. Bunların beş adedi su ortamında, diğer beşi de hava ortamında deneye tabi tutulacaktır. Tablo 2.1 de numune boyutları verilmiştir. Tablo 2-1 Göknar ağacı numune boyutları ts 2 mm tc 28 mm b 38 mm l 305 mm Göknar ağacının dünya litaratürlerinde geçerli olan adı Douglas Fir dir. Türk Loydu göknar ağacının hatasız ve yüzde on sekiz nemli ortamda beklenen mekanik özelliklerini tablo 2.2 gösterildiği üzere detaylı bir şekilde vermiştir. Tablo 2.2 Göknar Ağacı Mekanik Özellikleri Özgül Kütle kg/m 590 stp ttp scp E tcn 3 Min. 1350 40 300 60 stp = Liflere paralel çekme mukavemeti (kg/cm2) ttp = Liflere paralel kesme mukavemeti (kg/cm2) scp = Liflere paralel basma mukavemeti (kg/cm2) tcn = Liflere dik basma mukavemeti (kg/cm2) E = Elastisite modülü (kg/cm2) orta 67000 119000 24 2.1.1.2 Su Kontraplağı: Belirli özelliklerdeki tomrukların özel makinelerde soyulması ile elde edilen ince soyma levhaların (plaka, papel) tutkallanıp lifleri birbirine dik gelecek şekilde en az 3 tabaka ya da daha çok tek sayıda üst üste konularak preslenmesiyle elde edilen büyük boyutlu levha şeklinde bir malzemedir. Kalınlıkları 3-70 mm arasında olup, genellikle 130 x 220 cm ya da 170 x 220 cm boyutlarında üretilmektedir. En çok üretilen kalınlıklar 3-30 mm arasında değişmektedir Şekil 2.3 Su Kontraplağı numunesi Kontrplak üretim teknolojisi bakımından dağınık traheli yapraklı ağaç türleri daha uygundur. Ancak yapraklı ağaç türlerinin yanı sıra Çam,Ladin, Douglas göknarı gibi iğne yapraklı ağaç türleri de kullanılmaktadır.Pratikte genel olarak kaplama soyma özellikleri iyi olan ağaç türlerin den üretilen kaplamalar yüzey tabakalarında, pek iyi olmayanlar ise ara tabakalarda kullanılmaktadır. Kontrplak üretiminde yaygın olarak kullanılan ağaç türleri aşağıda verilmiştir; Orta Tabakada Kullanılan Ağaç Türleri; Çam, Duglas göknarı, Ladin, Huş, Kayın,Kızılağaç, Okoume,Kavak, Melez, Tetraberlinia, Doussie, Khaya 25 Yüzey Tabakalarında Kullanılan Ağaç Türleri; Duglas göknarı, Melez, Sekoya, Porsuk, Akçaağaç, Huş, Ceviz, Dişbudak, Maun, Gül ağacı, Tik, Makore, Bubinga, Sapelli, Sipo, Iroko Bazı ağaç türleri hem orta tabakalarda hem de yüzey tabakalarında kullanılabilmektedir. Bu durum yalnızca ağaç türünün görünüm ve soyulma özelliklerine değil aynı zamanda yeterli miktarda bulunabilmesine de bağlıdır. (Güller 2001 s:135160) Tablo 2.3 Su Kontraplağı numune boyutları ts 2 mm tc 15 mm b 38 mm l 305 mm Tablo 2.4 Su Kontraplağı Mekanik Özellikleri Kırılma Modulü(P.S.I) Elastisite Modülü (M.P.S.I) Liflere Paralel Kayma Mukavemeti (P.S.I) Liflere Paralel Bası Dayanımı (P.S.I) 10,5 1,245 980 6,09 Tablo 2.3 de kontraplak numunelerin boyutları verilmiştir, hemen ardından tablo 2.4 de mekanik özellikler sunulmuştur, bu değerler yabancı menşe ili bir firmanın İnternet adresinden elde edilmiştir, numunelerimizde kullanılan su kontraplağının piyasadaki adı, okoume dir. 26 2.1.1.3 Coremat: El yatırması ve spray-up üretim şekli için geliştirilmiş bir takviye malzemesidir. Genellikle sandviç malzemelerde çekirdek yapı olarak kullanılması tavsiye edilmez; çünkü yüzeyin polyesterini emdiği için delaminasyona fırsat verecek bir yapı oluşturur, ancak deneylerimizde bu malzemenin de çekirdek yapı olarak incelenmesinde fayda görülmüştür Numunelerin üretim şekli el yatırma metodu ile olmuştur ki; bu konuya ilerideki bölümlerde açıklık getirelecektir. Üç katman coremat kullanılmış aralarında yine cam elyaf takviyesi uygulanmıştır; ancak aradaki katmanlardaki cam elyaflar 300 gr/m2 özellikli olanlardır. Coremat; tekne imalatında, daha ziyade fazla gerilmenin oluşmadığı ve dayanıma ihtiyaç duyulmayan bölgelerde kullanılır ki buralar teknenin hız gösterge ve de kontrol panelleri olabilmektedir. Şekil 2-4 Coremat Takviye malzemesi Bu malzeme üzerinde ufak delikler mevcuttur bu sayede alt katmanlara reçine transferi mümkün olabilmektedir, böylelikle katmanlar birbirleri arasında daha kuvvetli bağlanır. Milimetrede 600 gr/m2 reçine emme kapasitesine sahiptir. 27 1-5 mm kalınlıkları arasında rulolar halinde piyasada bulunmaktadır.Ayrıca coremat’ ın yine aynı kalınlıklarda bal peteği formatında olan türü de mevcuttur. Tablo 2.5 de numune boyutlarımız verilmiştir, tablo 2.6 da ki değerler ise firma kataloglarından elde edilmiştir. Tablo 2-5 Coremat numune boyutları ts 3 mm tc 13 mm b 38 mm l 305 mm Tablo 2-6 Coremat Mekanik Özellikleri(ithalatçı firma katalogu) Mekanik Özellikler Coremat Eğilme Dayanımı 9 N/ mm2 Eğilme Modülü 1000 N/ mm2 Katmanlar Arası Gerilme Dayanımı 3 N/ mm2 Basınç Dayanımı (%10 stren) 10 N/ mm2 Kopma Mukavemeti 3 N/ mm2 Kopma Modülü 25 N/ mm2 mekanik 28 2.1.1.4 Poliüretan Köpük Malzemeler: Poliüretan köpükler genelde tekne üretiminde dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır, ancak deneylerimizde bu köpüğün sandviç çekirdek yapısı olarak incelenmesinde fayda görülmüştür. Bu doğrultuda piyasada satılmakta olan ve inşaat sektöründe kullanılan poliüretan sprey tahtadan yapılan kasalara sıkılarak ağızları sıkıca kapatılmıştır ve üzerinden delikler açılarak havayla teması sağlanmıştır, ayrıca köpüğün kasaya yapışmasının engellenmesi amacı ile, içine naylon poşet serilmiş, bir gün aradan sonra katılaşan köpük uygun boyutlarda kesilerek üzerlerine cam takviyeli elyaf ve polyester ile laminasyon yapılmıştır . Kullandığımız poliüretan tek komponentlidir (Şekil 2.5); bunun dışında, elementleri ayrıştırılmış, kullanım esnasında karıştırılarak uygulanan poliüretan tipleri vardır. Nem ile kürleşir aleve karşı dayanıklı bir malzemedir. Köpük katılaştıktan sonra kürleşme olmaz, suya ve neme mukavemetlidir. Şekil 2-5 Poliüretan köpük Ufak tekne sanayiinde poliüretan genellikle oluşturulan aralıklara enjeksiyon yöntemi ile basılmaktadır, ancak bu yöntem risklidir; çünkü katmanlar arasında ayrı bölmeler ve paneller vardır. Bir tarafa daha fazla poliüretan basılırken, diğer kısımlara ise malzeme ulaşamamaktadır. Bunun sonucunda bazı bölgelerde 29 boşluklar oluşmaktadır, ancak en büyük tehlike fazla malzeme şarj edilen bölgelerde hacimce genleşme çok olmakta ve polyester yüzeyleri çatlatabilmektedir. Bu konunun ek bilgi olarak verilmesi faydalıdır, numune üretimimizde poliüretan parçaların katılaşmasından sonra el yatırması yöntemini kullandığımız için böyle bir problemle karşılaşılmamıştır. Tablo 2.7 Poliüretan çekirdekli numune boyutları ts 3 mm tc 32 mm b 40 mm l 305 mm Tablo 2.8 Poliüretan Köpük Teknik Detay www.henkel-ac.com/urun.asp?GKOD=254 Çalışma Isısı : Ortam Sıcaklığı +50 C'den aşağı olmamalıdır. Köpük 00 C'nin altında sertleşmez. En uygun çalışma ısısı +15 0C ile +250 C arasındadır. Köpüğün Büyümesi : Yaklaşık %100 ile %200. Kuruma Müddeti : Yüksek oranlı ve +20 0C'de yaklaşık 1 cm / saat , Düşük nem oranı ve +20 0C'de yaklaşık 0.5 cm/saat , Yüksek nem oranı ve +50 C'de yaklaşık 0.5 cm/saat , Açık yüzey, 10 ile 20 dakika sonra yapışkanlık özelliğini kaybeder. Tüpün Kullanım Hacmi : Açık alanda 40-50 L kapalı alanda 25 L. Aderans : Köpük polietilen, poliproplen, teflon, silikon ve ıslak yüzey haricindeki her zemine yapışır. Sertleşen Köpüğün Yapısı : Kapalı hücreli. Isı Mukavemeti : -40 0C'den +100 0C'ye kadar. Isı Yalıtımı ( DIN 52612 ) : Yaklaşık 0.04 W/mK ( =0.035 Kcal/mh C ) Yoğunluk ( DIN 53420 ) : 23 kg/metre3. Ventil Temizliği : Kullanımdan yaklaşık 30 dakika sonrasına kadar herhangi bir temizliğe gerek yoktur. Daha büyük aralıklarda borulardaki malzeme kurutularak, bir tel veya vida gibi bir cisimle temizlenebilir. 30 2.1.2 Yüzey Malzemesi: Numunelerde takviye yani fiber olarak cam elyaf (şekil 2.6), matris olarak Da polyester kullanılmıştır. Cam takviyeler keçe tipinde olup, üç çeşidi kullanılmıştır. Bu çeşitler 300gr/m2, 450gr/m2 ve 600gr/m2 lık olanlarıdır. Bu rakamlar dikkat edileceği üzere iki boyutu vermekte olup, üçüncü boyut tekne imalatında mühendislerce yapılan mukavemet hesaplarına dayanılarak bulunan laminasyon kalınlığıdır. Numunelerde yüzey kalınlığı 2mm olarak seçilmiştir, deneyde yapıştırma bağlantısı boyunca çatlak ilerleyişi inceleneceği için, bu seçilen değer yeterlidir. Şekil 2-6 Örgülü Ve Keçe Elyaflar Cam elyafların E-glass ve S-glass olarak tipleri vardır, E sınıfı, elektriksel uygulamalarda kullanılır; ancak günümüzde tekne yapımından dekorasyona kadar her alanda kullanılmaktadır. S sınıfı ise, yapısında yüksek sıcaklıklara dayanımı sağlayan silica içerir; özellikle havacılık sanayiinde tercih edilirler. Elyafların ayrıca istenilen mukavemet özelliklerine göre diğer çeşitleri de mevcuttur, örneğin örgülü elyaf (Şekil 2.6) ; bu da tekne imalatında çok tercih edilen bir çeşittir ve de 500 gr/m2 değerindeki çeşidini piyasalarda bulmak mümkündür. Numunelerde kullanılan keçe elyaflar her yönde mukavemeti sağlamaktadır. Reçine malzemesi veya diğer bir adıyla matris yapı olarak polyester kullanılmıştır, ancak içine iki kimyasal eleman katılmıştır, bunlardan ilki harter yada sertleştirici olarak tabir edilen malzemedir ki fiber - polyester kompozit yapısının çabuk sertleşerek kürlenmesini sağlamaktadır. Genellikle toplam 31 polyester karışımının ağırlıkça yüzde ikisi (%2) oranında harter miktarı uygundur. Diğer bir kimyasal eleman da kobalttır. Kobaltın görevi reaksiyonu başlatmaktır, kobalt harter ile birleşerek gerekli olan 4,8 eV ‘luk reaksiyon başlangıç enerjisini verir. Kobaltın miktarı da yine toplam karışım ağırlığının yüz de dördü (%4) kadardır. Üzerinde durulması gereken diğer bir konuda, bu tip yüzey kompozitleri için ağırlıkça ve hacimce oranlar önemlidir, her çeşit için ayrı bir oran söz konusudur. Bu oranlar çeşitli kataloglarda ve işin mahiyetine göre çeşitli kitaplarda bulunabilmektedir, ancak bazıları hakkında örnekler verebiliriz; örneğin, cam fiber polyester kompozitinde ağırlıkça fiber oranı yüzde otuz dört tür (%34), yani cam fiber-polyester kompozit yapısının ağırlıkça yüzde altmış altısı (%66) sı polyester % otuz dördü (%34) de cam fiber dir. Karbon fiber polyester kompozit malzemesinin yine ağırlıkça karbon fiber oranı yüzde kırk beş tir. Kısacası, her yapı için bir değer mevcuttur. Ancak Türkiye de tekne sektöründe imalatta çoğunlukla cam elyaf polyester yapısının kullanılmasından ötürü ; “ 100 gr cam elyaf kendisinin iki, iki buçuk katı kadar polyester emer ve bu 0,25 mm laminasyon kalınlığı sağlar”, şeklinde pratik bir hesap benimsenmiştir”. Kullandığımız cam fiber polyester kompozit yüzey malzemesinin mekanik değerleri tablo 2.9 da sunulmuştur. 32 Tablo 2.9 Cam fiber-Polyester Yüzey Yapısının Teknik Özellikleri Cam Fiber Elastisite Modulü (Gpa) Matriks(Polyester) Elastisite Modulü (Gpa) Cam Fiber Poisson Oranı Matriks(Polyester) Poisson Oranı Cam Fiber in Hacimsel Oranı Fiber Doğrultusundaki Elastisite Modulü(Gpa) Fibere Dik Doğrultudaki Elastisite Modulü(Gpa) Kayma Modulü (Gpa) Major Poisson Oranı Minor Poisson Oranı Fiber Yükü/Kompozit yükü Oranı 74 3,4 0,22 0,33 0,18 16,11 4,105 1,544 0,3102 0,079 0,8269 2.2 Test Numunelerinin Üretim Yöntemi: Dünya geneline baktığımızda tekne üretiminde uygulanan çeşitli metotlar mevcuttur. Bunları sıralayacak olursak; • Basınçlı kalıplama yöntemi • Vakumlu kalıplama yöntemi • Santrifüj kalıplama • Enjeksiyon ile kalıplama • El yatırması metodu Teknolojideki ilerlemelere paralel olarak üretim metotları da gün geçtikçe gelişmektedir, ve bu alandaki araştırmalar kalıpsız tekne imali yönüne doğru kaymaktadır ki bu da sandviç malzemelerin gelecekteki önemi hakkında fikir vermektedir. Türkiye yat üretim endüstrisinde şu anda el yatırması yöntemi en revaçta olanıdır, yukarıda saydığımız yöntemler içinde en verimli ve kullanışlı yöntem el yatırması metodudur. İşçiliği problemsiz ve tecrübe kazanılması çabuk bir yöntem olduğu için tercih edilir. 33 Şekil 2-7 El Yatırması Yöntemi Bu üretim şeklinde öncelikle laminasyon yapılacak yapı kalıbı hazırlanır ve kürlenmenin tamamlanmasının ardından yapının kalıptan kolay ayrılması için öncelikle kalıp yüzeyi wax ile kaplanır, daha sonra yüzeye uygun boyutlarda elyaflar kesilir, büyük yüzeyler için rulo fırça küçük yüzeyler için ufak boya fırçası kullanılarak elyafla kaplı yüzeye polyester uygulanır ve elyafta kuru bir bölge kalmayıncaya kadar polyester elyafa emdirilir, arkasından diğer katman lamine edilerek istenilen kalınlığa ulaşılıncaya kadar bu işlemler birbirlerini takip eder. Numunelerin üretilmesinde el yatırması yöntemi kullanılmıştır, sandviç malzeme üretiminde el yatırma yönteminin aşama aşama incelenmesinde fayda olacaktır, ancak ilk olarak şunu belirtmek önemlidir; göknar kontrplak ve köpük malzemelerin üretim prosesleri aynı iken corematlı sandviç malzemelerin üretim şekli biraz farklılık arz eder ki; bu diğer başlık altında anlatılacaktır. 34 2.2.1 Göknar Su kontraplağı ve de Poliüretan Köpük Çekirdekten Oluşan Sandviç Yapıların Üretim Aşamaları: 1. Göknar ağacı ve su kontraplağı, ağaç testeresinde ; poliüretan köpükler ise falçata ile kesilerek önceden tespit edilmiş ölçülere getirilmiştir. (Şekil 2.8) 2-8 Şekil Çekirdek Malzemelerin Uygun Boyutlar da Kesilmesi 2. Göknar ağacının su kontraplağının ve köpük çekirdek malzemelerinin ilk olarak birer yüzlerine polyester sürülerek reçine itibariyle zengin bir yapıştırma tabakası oluşturulmuştur. (Şekil 2.9) Şekil 2-9 Reçine Açısından Zengin Yapışma Yüzeyinin Hazırlanması 35 3.300gr/m2, 450gr/m2 ve 600gr/m2 elyaflar numune boyutlarına uygun biçimde kesilirler, şekil 2.10 da bu işlem görülmektedir ve ayrı bir yerde polyester emdirilirler. Şekil 2-10 Elyafların Uygun Ölçülerde Kesilmesi 4. Polyester emdirilmiş elyaflar (Şekil 2.11) çekirdek malzemelerin birinci yüzeylerine yapıştırılıp fırça yardımı ile bir miktar daha polyester sürülür ve numuneler kurumaya bırakılır . Şekil 2-11 Cam Elyafa Polyester Emdirilmesi Bir iki saatlik kürlenme süresi ardından aynı işlemler öteki yüzey için uygulanmaktadır. 5. Numunelerin etrafından taşan parçalar falçata yardımı ile temizlenir. 36 6. Alüminyum menteşeler yüzeylere yine cam elyaf-polyester kompoziti ile yapıştırılırlar. 7. Numunelerin tek yüzeylerinden başlangıç çatlakları oluşturulur. Şekil 2-12 Başlangıç Çatlağının Görünümü 2.2.2 Coremat Çekirdekten Oluşan Sandviç Yapıların Üretim Aşamaları: Bu yapının da üretim şekli diğerine benzemektedir; ancak bazı farklılıklar ihtiva etmektedir. 1. Öncelikle, fiberglass kompozit yapının yüzeye yapışmasını engellenme amacı ile wax sürülür. 2. Wax ın üstüne polyester sürülür ve daha önce başka bir yerde polyester emdirilmiş elyaflar direkt fiberglass yüzeye yerleştirilir 3. Makasla uygun boyutlarda kesilmiş olan 4 mm’lik coremat numune, elyafların üstüne yerleştirilir ve üzerine hemen polyester sürülür 37 4. Başka bir ortamda polyester emdirilmiş elyaf yine corematın üstüne yerleştirilir, istenilen kalınlık sağlanıncaya kadar bir coremat bir ıslak elyaf sıralamasıyla işlemler aynı sıra ile tatbik edilir ve kürlenmeye bırakılır. 5. Diğer malzemelerde olduğu gibi yine numunelerin çevresi temizlenip, menteşeler monte edilir ve de başlangıç çatlağı oluşturulur. Başlangıç çatlakları pratik bir yöntem olması açısından numunelerin mengeneye bağlanarak demir testerelerle açılması uygun görülmüştür. 2.3 Laboratuar Çalışmaları ve Deneyler: İlk bölümde amaç kısmında belirtildiği üzere test çalışmaları iki aşamalıdır, ilk olarak normal hava ortamında numuneler Mode-I testine tabi tutulmuştur diğer numuneler ise üç gün tuzlu su testine maruz bırakıldıktan sonra Mode-I testine sokulmuşlardır. Bu deneyler iki ayrı başlık altında detaylıca incelenecektir. 2.3.1-Mod-I Çatlak Deneyi : Bu deney schmadzu marka beş(5) ton kapasiteli programlanabilir üniversal çekme cihazında gerçekleştirilmiştir. Makinanın programlanabilirlik özelliği etkin bir biçimde kullanılmıştır, ancak ilk olarak numunelerin cihaza bağlanması konusuna değinilecektir. 2.3.1.1-Numunelerin Çekme Cihazına Tespiti Numunelerin yüzeyine, uç kısımlarına elektrostatik boya kaplı alüminyum menteşeler, cam fiber-polyester kompozit malzeme ile yapıştırılmıştır, bu malzeme yüzeyde kullandığımız kompozit yapının aynısıdır. 38 Şekil 2.12-Alüminyum Menteşeler Bu menteşeler yardımı ile numuneler çekme cihazına tutturulmuştur ve 0-7 mm açıklığa sahip olan çekme çenesi aparatları kullanılmıştır, numunelerin cihaza tespiti sırasında menteşelerin çeneyi ortalamasına önem sarf edilmiş, ardından alt ve üst çenelerdeki sıkma bağlantıları kontrol edilmiştir. Ayrıca çekme deneyi sırasında oluşabilecek herhangi bir dönme hareketine karşı numunelerin uç kısımlarına kayar bir mesnet tutturma gereği duyulmuştur ve numuneler bu mesnetle noktasal temas sağlamışlardır. Şekil 2.13 de deney numunelerimizin cihaza tespiti görülmektedir. Şekil 2.13 Numunelerin cihaza tesbiti 39 2.3.1.2 Makinanın Programlanması ve Çatlak İlerlemesinin Ölçümü: Çatlak ilerlemesinin ölçümü ve de kontrolü için makinanın programlanabilme özelliğinden yararlanılmıştır. Kritik yük noktalarının yani yüklemedeki ani düşüşlerin rastgele testlerin ardından grafikten seçilmesi yerine kontrollü deney yardımıyla bu kritik yüklemeler önceden ayarlanmıştır, örneğin şekil 2.14 de kontrolsüz bir deney örneği sunulmuştur. 0,3 0,25 Kuvvet(kN) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -10 0 10 20 30 40 Deplasm an(m m ) Şekil 2.14 Kontrolsüz deney örneği Grafikten de anlaşılacağı üzere bu tür bir deney de kritik yükleme noktalarının inisiyatife bırakılarak seçilmesi gerekmektedir, bu şekil de bir deney de kritik yükleme noktalarına denk gelecek çatlak ilerleme miktarlarının tesbiti imkansız dır. şekil 2.15 deki testi incelediğimizde çeşitli adımların oluşturulduğunu görmekteyiz. 40 G-1 0,3 0,25 Kuvvet kN 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -10 0 10 20 30 40 Deplasman (mm) Şekil 2.15 Kontrollü deney örneği Şekil 2.15 deki deneyi incelediğimizde deney çeşitli adımlardan meydana geldiği görülmektedir, bu adımlar yardımıyla grafiklerin altında düzgün görünür ve hesaplanabilir alanlar oluşturulmuştur tüm bunlar makinanın programlanabilirlik özelliği ile yapılmıştır, diğer bir anlamda bu alanlar bize çatlak ilerlemeleri sırasındaki enerji dağılımını vermektedir, bu şekilde kontrollü bir deney ile enerji döngüleri oluşturulmuş önceden belirlenmiş deplasmanlara karşı gelen çatlak ilerleme miktarları bir cetvel yardımıyla ölçülmüştür. Numunelerimizin tümünde aynı program kullanılmıştır. Makinede var olabilecek herhangi bir kalibrasyon hatasına karşın on (10) Nevton’luk bir ön yükleme kuvveti ile çalışılmıştır, enerji döngüleri sıfır yerine on Newton a gelince sona ermiş ve sonraki döngü başlamıştır. Testimiz için toplam sekiz adet deplasman adımı oluşturulmuştur,Bu adımlar hakkında bilgi vermek gerekirse; ilk olarak makine on Newton ön yükleme kuvvetine çıkar, ardından makinanın hareketli çenesi 1,8 mm’lik deplasmana ulaşıncaya dek 1mm/dk lık hız ile çekmeye devam eder bu birinci adımdır, ve 1,8 e ulaşınca çene hareketi durur, ve ölçüm için 45 saniye süre tanır, bu süre içinde numunenin bir ön yüzünden bir de arka yüzünden cetvel yardımı ile ölçüm yapılır, bu sırada ki kritik yük değeri makinanın kadranında mevcuttur, süre dolduğunda çene tekrar on Newtonluk ön yükleme kuvvetine geri döner ve bu kez ikinci adıma geçilir, bu sefer çekme hızı 2mm/dk dir ve ulaşılması hedeflenen 41 deplasman değeri 2mm’dir, bu değere ulaşıldığın da makine yine ölçüm için kırk beş (45) saniye süre tanır ölçümün ardından çene yine harekete geçer ve on Newtonluk ön yükleme kuvvetine iki (2)mm/dk ye hızla geri döner ve on Newton’a ulaşınca tekrara yukarı strok gerçekleşir ve yeni enerji döngüsü başlamış olur, bu kez hedef deplasman üç (3) mm dir ve hızımız dört (4) mm/dk dir, bundan sonraki tüm adımlar da gerçekleşen işlemler aynıdır ve hız hep 4 mm/sn dir, ve ölçüm alınan hedef deplasman değerleri, 4mm, 8 mm, 16mm, 32mm ve 50 mm dir, ancak yükleme değerleri on (10) Newton’ un altına düştüğünde testler kesilmiştir; örneğin, bazı grafiklerin otuz iki (32) mm lik deplasmanda kesilmelerinin nedeni budur, ayrıca bazı numuneler de ilk başlangıç adımlarında değer alınamamıştır. Testler sırasında karşılaşılan diğer bir zorluk da özellikle coremat numunelerdeki menteşelerin wax’lı yüzeyden ayrılmalarıdır, bu durumlarda ya ayrılma gerçekleşinceye kadar değerler alınmış ya da ayrılma testin en başında gerçekleşmiş ise test sona erdirilmiştir. Yukarıda anlatılan döngülerin daha net ifade edilebilmesi açısından tablo 2.10 da makinanın programı sunulmuştur, bu program incelendiğinde tüm hız hareket ve zaman parametrelerinin mevcut olduğu görülecektir. 42 Get Data Timer Get Data 1 mm/min 10 N 1,8 mm 45 sec 10 N 2 mm/min 2 mm 45 sec 10 N 4 mm/min 3 mm 45 sec 10 N 4 mm/min 4 mm 45 sec İkinci Döngü Stop Get Data Speed Up Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Stop Get Data Speed Up Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Stop Get Data Speed Up Stroke>= Stop Parametre-2 Üçüncü Döngü Up Load>= Stop Get Data Up Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Parametre-1 Dördüncü Döngü Komutlar Control Stop Get Data Speed Birinci Döngü Tablo 2.10 Program komutları 10 N 4 mm/min 8 mm 45 sec 10 N Speed Up 4 mm/min Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Stop Get Data Speed Up Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Stop 16 mm 45 sec 10 N 4 mm/min 32 mm 45 sec 10 N 4 mm/min 50 mm 45 sec 10 N Get Data Speed Up Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Stop Get Data Altıncı Döngü Parametre-2 Yedinci Döngü Parametre-1 Down Load<= Stop Get Data Speed Up Stroke>= Stop Get Data Timer Get Data Down Load<= Stop Get Data Sekizinci Döngü Komutlar Beşinci Döngü 43 44 2.3.2 Tuzlu Su Testi: Tuzlu sprey testi sodyum klorür çözeltisinin boya ve kaplamalar üzerindeki etkisini belirlemek için uygulanan DIN50021 standartlarına göre yapılan bir testtir. Dört farklı guruptan beşer numune (toplam 20 adet) bu teste tabi tutulmuştur, esas olarak din 50021 testi metaller deki korozyonu ölçmeye uygun bir testtir ve SS, ESS CASS gibi üç aşamadan oluşur, ancak numuneler sadece SS aşamasına tabi tutulmuştur, çünkü diğer aşamalar metallere yönelik farklı solüsyonlar ve de prosedürler ihtiva etmektedir. Şekil 2.16 Tuzlu su test makinası Tuzlu su test cihazı Heraeus marka olup test kabini, sprey nozulları, seviye kontrollü NaCl tankı, sıkıştırılmış hava sistemi, korozyona dayanıklı test panel askıları gibi ekipman ve bölümlerden oluşmaktadır. Test için 50 g/l konsantrasyonda NaCl çözeltisi hazırlanır, HCl veya NaOH kullanılarak pH değeri 23 0C de 6,5-7,2 arasına ayarlanır. Numuneler üç gün boyunca aralıksız tuzlu su testine maruz bırakılmışlardır. 45 Numuneler tuzlu suyu her taraftan alacak şekilde test cihazının içine şekil 2.17 de ki gibi düzgün bir şekil de yerleştirilmiştir. Şekil 2.17 Numunelerin test kabinine yerleştirilmiş durumu Sprey çözeltisini püskürtmek için sıkıştırılmış hava basıncı 0,7-1,4 bar arasında tutulmuştur ve çözeltinin için de yağ ve toz olmaması için filtrasyon sistemi sürekli etkin konumda tutulmuştur. Tuzlu su sprey testi boyunca nemlendirici sıcaklığı aşağıdaki tabloda verilen değerlerde tutulmuştur. Tablo 2.11 Nemlendirici sıcaklık değerleri Basınç (bar) 0,7 0,84 0,98 1,12 1,26 1,4 Hava Nemlendirici Sıcaklığı 45 46 47 48 49 50 46 2.4 Deney Sonuçlarından Elde Edilen Grafiklerin Altında Kalan Alan Hesapları: Çekme cihazından grafik verileri saniyede bir bilgisayara aktarılarak txt dosyası olarak depolanmıştır, bu dosya daha sonra excel programında çalıştırılarak yük-deplasman grafikleri elde edilmiştir. Daha önceki bölümlerde bahsedildiği üzere açığa çıkan zorlama enerji oranının elde edilmesi için formül 4.2 gereği makinanın programlanması sureti ile elde edilen her bir adımın altında kalan alanın hesaplanması gerekmektedir, bunun için ilk olarak her bir numuneye ait toplam verilerin içinden sadece tek bir adıma ait veriler ayıklanarak grafiği excel programında çizdirilmiştir, şekil 2.18 herhangi bir numune için örnek teşkil etmesi açısından sadece 0-1.8 (mm) adımı ele alınmıştır. 0,18 0,16 Kuvvet(kN) 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 0,5 1 1,5 2 Deplasman(mm) Şekil 2.18( 0-1.8) aralığındaki yük deplasman grafiği Bu grafik çizdirilmesinin ardından kopyalanarak auto cad programının çizim alanına aktarılmıştır, eğrinin üzerinden Line komutu vasıtasıyla orijinalini yansıtacak şekilde tekrar geçilerek kapalı bir alan oluşturulmuştur ve mm2 cinsinden bir alan değeri elde edilmiştir, ardından aynı grafik üzerindeki x ve y eksenlerindeki herhangi birer nokta seçilerek orijine olan uzaklıkları bulunmuştur ve bu uzaklıklar da çarpılıp mm2 cinsinden birim alan oluşturulmuştur, ayrıca x-y eksenlerindeki alınan noktalar da çarpılarak kNmm cinsinden değere ulaşılmıştır. Birim alana karşılık gelen kNmm değeri belli olduğu için bulunan toplam alan 47 orantı yardımıyla tespit edilebilmiştir. Bu metodu şekilde sunulan adım için örneklemek gerekirse; Elde edilen kapalı alan değeri mm2 cinsinden = 506,4092 mm2 X ekseni üzerinden seçilen nokta 0,5 mm Y ekseni üzerinden seçilen nokta 0,02 kN dur. 0,5 x 0,02=0.01kNmm Seçilen X ekseni üzerindeki noktanın orijine olan mesafesi=12,5392 mm Seçilen Y ekseni üzerindeki noktanın orijine olan mesafesi=3,3860 mm 12,5392x3,3860=42,4577 mm2 0,01kNmm 42,4577 mm2 ? 506,4092 mm2 ?=119,2738 Şeklindeki bir orantı yardımı ile kNmm cinsinden ihtiyacımız olan alanı hesaplamış oluruz. Bu hesaplamanın ardından kolaylıkla formül 4.2 yi uygulayabiliriz çatlak değişim miktarı da deney sırasında cetvel yardımı ile ölçülmüştür. Bu hesaplama tüm numunelerdeki her bir adım için tek yapılarak alan değerleri elde edilmiş, sonrada açığa çıkan enerji oranına hesaplanmıştır. 2. 5 Çatlak Boyu Değişim Hesabı: Daha önceki bölümlerde açıklandığı üzere, kırılma tokluğu deneyinde yük deplasman grafikleri üzerindeki kritik yükleme noktalarını biz belirlemiştik ve bunları birer adım olarak niteledik, her bir adımda ölçüm yapıldı, hatırlanacağı üzere 7 adım yaratılmıştı; (1,8-2-3-4-8-32-50) örneğin çekme cihazının 1.8mm’lik deplasmanı bizim birinci adımımızı oluşturuyordu, her bir deplasman adımında makine programı sayesinde 45 saniye içerisinde çatlak boyu ölçümü alma 48 imkanımız vardı. Bu değerler elimizde mevcut olduğu için her bir adım arasındaki uzunluk farkını veya çatlak boyu değişimini hesaplayabildik. Çatlak uzunluklarını a olarak nitelendirelim ; 1. adım 1.8 mm değeri ise buna karşılık gelen çatlak uzunluğu değerini a1,8 olarak nitelendirelim 2. adım 2mm değerini ise a2 olarak gösterelim 1,8mm ile 2 mm deplasmanları arasında ki çatlak boyu uzama farkı veya değişimi ; ∆a1,8-2 = ∆a2- ∆a1,8 olarak bulunacaktır . Bölüm üç de sonuç bölümlerinde sunulan grafiklerde çatlak boyu değişim değerli bu şekilde hesaplanabilmektedir. 49 BÖLÜM ÜÇ DENEY SONUÇLARI Hava ortamı ve tuzlu su ortamında bekletilmiş toplam numune sayısı kırk adettir, bu numunelerin deneylere tabi tutulması sırasında ve sonuçların incelenmesi sırasında herhangi bir karışıklığa mahal vermemek için markalanmışlardır. Markalama için çekirdek malzemelerin baş harflerinden faydalanılmıştır; göknar için (G) harfi, kontraplak için (K) harfi, coremat için (C) ve poliüretan için de (P) harfi tercih edilmiştir. Her ortam ve çekirdek malzemesi çeşidi için beşer numune öngörüldüğü için her grup kendi içinde birden beşe kadar numaralandırılmıştır, tuzlu ortamında beklemiş numuneler içinde çekirdek malzemesinin baş harfine ilaveten S harfi gelmiştir, tablo 3.1 de kullanılan numunelerin indisleri sunulmuştur. Tablo 3.1 Deney numunelerinin indileri Göknar Hava Grubu Kontraplak Hava Grubu Coremat Hava Grubu Poliüretan Hava Grubu G-1 K-1 C-1 P-1 G-2 K-2 C-2 P-2 G-3 K-3 C-3 P-3 G-4 K-4 C-4 P-4 G-5 K-5 C-5 P-5 Poliüretan Tuzlu Su Grubu Göknar Tuzlu Su Grubu Kontraplak Tuzlu Su Grubu Coremat Tuzlu Su Grubu GS-1 KS-1 CS-1 PS-1 GS-2 KS-2 CS-2 PS-2 GS-3 KS-3 CS-3 PS-3 GS-4 KS-4 CS-4 PS-4 GS-5 KS-5 CS-5 PS-5 49 50 3.1 Çekirdek Malzemesi Göknar Ağacı Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları: Göknar ağacından imal edilmiş olan numunelerin çatlak ilerlemesi deneylerin de hava grubunda herhangi bir sorunla karşılaşılmadan beş numune rahatlıkla incelenebilmiştir; ancak tuzlu suya tabii olan numunelerden GS-2 ve GS-5 indisli olanları çatlak ilerlemesi testinde alt menteşelerden ayrılmışlardır; hava grubunda tüm ortalamalar, standart saplamalar beş numune üzerinden hesaplanırken tuzlu su testine tabi tutulmuş olanlar üç numune üzerinden hesaplanmıştır. Şekil 3.1 Göknar ağaçlı sandviç yapının cihaza tesbiti Tablo3.2 Göknar ağaçlı sandviç yapıların(a) hava ve(b) su gruplarının maksimum yük dağılımları ve ortalamaları NUMUNELER MAKS. YÜK(N) G1 250,25 G2 205,5 G3 255,125 G4 194,75 G5 ORT. 176,875 236,9583 (a) NUMUNELER MAKS. YÜK(N) GS1 159,5 GS2 - GS3 206,125 (b) GS4 128,875 GS5 - ORT. 164,83 51 G-1 G-2 -20 0,25 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 0 20 Deplasman (mm) G-3 60 G-4 0,25 0,3 0,2 0,25 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) 40 Deplasman (mm) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 0 20 40 60 -0,1 60 Deplasman (mm) Deplasman(mm) G-5 Kuvvet (kN) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 60 Deplasman (mm) Şekil 3.2 Göknar ağacı hava grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri Şekil 3.3 Göknar ağacı tuzlu su grubu kuvvet-Deplasman grafikleri; G-1: Göknar ağacı hava grubu 1.numunesi, G-2 : Göknar ağacı hava grubu 2. numunesi G-3: Göknar ağacı hava grubu 3.numunesi, ağacı hava grubu 4. numunesi, G-5 : Göknar ağacı hava grubu 5. numunesi G-4 : Göknar 52 GS-3 0,2 0,25 0,15 0,2 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) GS-1 0,1 0,05 0 0 20 40 0,15 0,1 0,05 0 60 0 Deplasman (mm) 20 40 60 Deplasman (mm) GS-4 0,14 Kuvvet (kN) 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 5 10 15 20 25 Deplasman (mm) Şekil 3.3 Göknar ağacı tuzlu su grubu kuvvet-Deplasman grafikleri; GS-1: Göknar ağacı tuzlu su grubu 1.numunesi, GS-3: Göknar ağacı tuzlu su grubu 3.numunesi, GS-4 : Göknar ağacı tuzlu su grubu 4. numunesi Tablo 3.2 de görüldüğü üzere hava grubu ve tuzlu su grubunda ortalama yükler açısından fark vardır, tuzlu suda bekletilmiş olan numune grubunun ortalama yük miktarı düşmüştür; bu düşüş şekil 3.2 ve 3.3 de grafiksel anlamda incelendiğinde görülmektedir. Şekil 3.4 ve de 3.5 de hava ortamında ve de tuzlu su ortamında bekletilmiş göknar ağaçlı numunelerin kırılma tokluğu- çatlak büyüklüğü grafikleri istatistiki bir dağılım şeklinde sunulmuştur, hava ortamında beklemiş numunelerin ortalama kırılma tokluğu değeri ya da başka bir ifade ile açığa çıkan enerji oranı 0,27KJ/m2 standart sapma değeri ise 0,093 dir, tuzlu suda beklemiş numuneler için ise bu değerler ; 0,14 KJ/m2 ortalama ve 0,079 standart sapmadır. 53 Kırılma Tokluğu KJ/m 2 0,6 0,5 Kırılma Tokluğu Değeri Standart Sapma 0,4 0,3 Ortalama Değer 0,2 0,1 0 0 10 20 30 40 50 Çatlak Değişimi ∆a(mm) Şekil 3.4 Göknar ağaçlı Sandviç yapıdaki çatlak boyu değişimine bağlı kırılma tokluğu dağılımı Kırılma Tokluğu KJ/m2 0,3 0,25 Kırılma Tokluğu Değeri Standart Sapma 0,2 0,15 Ortalama Değer 0,1 0,05 0 0 10 20 30 40 50 Çatlak Değişimi ∆a(mm) Şekil 3.5 Tuzlu suda bekletilmiş göknar ağaçlı sandviç yapıdaki çatlak boyu değişimine bağlı kırılma tokluğu dağılımı 54 3.2 Çekirdek Malzemesi Kontraplak Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları: Kontraplak çekirdek malzemeli sandviç konstrüksiyon kırılma tokluğu ölçüm deneylerinde hava grubunda planlandığı şekilde beş, su grubunda ise dört numune çekilebilmiştir, KS-5 numunesi çekme cihazına bağlanırken cam fiber-polyester yüzey yapıdan ayrışmıştır. Tuzlu su testinin ardından kontraplak hava grubunun maksimum yük dayanımı 187,75 N’ dan 147,53 N’ a düşmüştür.(Tablo 3.3). Tuzlu suya tabi tutulmuş numunelerin maksimum yük ortalaması dört numune üzerinden hesaplanmıştır. Şekil 3.6 Kontraplak çekirdek malzemeli sandviç yapının çekme cihazına bağlanması Tablo 3.3 Kontraplak çekirdekli sandviç yapıların(a) hava ve(b) su gruplarının maksimum yük dağılımları ve ortalamaları NUMUNELER MAKS. YÜK(N) K1 159,625 K2 161,375 K3 242,25 K4 112,875 K5 164 ORT. 187,75 KS4 138,875 KS5 - ORT. 147,53 (a) NUMUNELER MAKS. YÜK(N) KS1 183,5 KS2 119,25 KS3 148,5 (b) 55 K-1 K-2 0,2 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 60 0 20 Deplasman (mm) K-3 60 K-4 0,3 0,12 0,25 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) 40 Deplasman (mm) 0,2 0,15 0,1 0,05 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 0 20 40 0 60 20 Deplasman (mm) 40 60 Deplasman (mm) K-5 Kuvvet(kN) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 10 20 30 40 50 60 Deplasman(mm) Şekil 3.7 Kontraplak hava grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri K-1:Kontraplak hava grubu 1. numunesi, K-2 : Kontraplak Hava grubu 2. numunesi K-3 : Kontraplak hava grubu 3. numunesi, K-4 : Kontraplak hava grubu 4. numunesi, K-5 : Kontraplak hava grubu 5. numunesi 56 KS-1 KS-2 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 60 0 20 Deplasman (mm) KS-3 60 KS-4 0,2 0,15 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) 40 Deplasman (mm) 0,15 0,1 0,05 0,1 0,05 0 0 0 20 40 60 Deplasman (mm) 0 10 20 30 40 Deplasman (mm) Şekil 3.8Kontraplak tuzlu su grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri KS-1:Kontraplak su grubu 1. numunesi, KS-2 : Kontraplak su grubu 2. numunesi KS-3 : Kontraplak su grubu 3. numunesi, KS-4 : Kontraplak su grubu 4. numunesi, KS-5 : Kontraplak su grubu 5. numunesi Burada belirtilmesi gereken diğer bir nokta ise şekil 3.8 de KS-4 numunesinin durumudur, deney sırasında yük miktarı ön yükleme kuvveti olan 10 N un altına düşmesinden ötürü deney 35 mm lik deplasman civarlarında kesilmiştir, çünkü enerji döngüsü tam anlamıyla oluşamamıştır. Hava ortamın da bekletilmiş kontraplak çekirdek malzemeli yapıların ortalama kırılma tokluk değeri 0,2 KJ/m2 civarındadır, standart sapma miktarı ise 0,10 dir. Aynı malzeme grubunun tuzlu suda bekletilmiş olanların ortalama kırılma tokluğu 0,18 KJ/m2 , standart sapma değeri ise 0,078 dir. Bu değerler ve de istatistiki dağılımlar hava ve su grubu için şekil 3.9 ve 3.10 da sunulmuştur 57 Kırılma TokluğuKJ/m 2 0,6 0,5 0,4 G(Enerji Oranı) 0,3 Standart Sapma Ortalama Değer 0,2 0,1 0 0 10 20 30 40 Çatlak Boyu Değişimi ∆ a (mm) Şekil 3.9 Kontraplak sandviç yapıdaki çatlak uzunluğuna bağlı kırılma tokluğu dağılımı 0,45 Kırılma Tokluğu Kj/m 2 0,4 0,35 0,3 Seri 1 Seri 2 Seri 3 Seri 4 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 10 20 30 40 50 60 Çatlak Boyu Değişimi ∆a (mm) Şekil 3.10 Tuzlu suda bekletilmiş kontraplak sandviç yapıdaki çatlak uzunluğuna bağlı kırılma tokluğu dağılımı 58 3.3 Çekirdek Malzemesi Coremat Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları: Coremat çekirdek malzemeli deneylerin hava ve su grupları birer eksikle tamamlanmıştır, hava grubundan C-2 ve tuzlu su grubundan CS-5 in alt menteşeleri deneylerin başında kopmuşlardır, bu yüzden veri alınamamıştır, ayrıca şekil 3-12 ve şekil 3-13 de görüleceği üzere C-5 ve CS-2 numunelerinin menteşeleri de deney esnasında kopmuştur, ani yük düşüşleri grafikler izlenebilmektedir, ancak bu numunelerde menteşe kopma anına kadar değerler alınmıştır ve maksimum yükler de tesbit edilebilmiştir. Şekil 3-11 Coremat çekirdek malzemeli sandviç yapının çekme cihazına bağlanması Tablo 3.3 Coremat çekirdekli sandviç yapıların(a) hava ve(b) su gruplarının maksimum yük dağılımları ve ortalamaları NUMUNELER MAKS. YÜK(N) C1 276 C2 - C3 312 C4 219,625 CS3 186,75 CS4 229,375 C5 ORT. 235,625 260,8125 (a) NUMUNELER MAKS. YÜK(N) CS1 186,375 CS2 262,75 (b) CS5 - ORT. 216,312 59 C-3 0,3 0,35 0,25 0,3 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) C-1 0,2 0,15 0,1 0,05 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 0 20 40 60 0 Deplasman (mm) 40 60 Deplasman (mm) C-4 C-5 0,25 0,25 0,2 0,2 Kuvvet(kN) Kuvvet(kN) 20 0,15 0,1 0,05 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 Deplasman(mm) 60 0 0 5 10 Deplasman(mm) Şekil 3.12 Coremat hava grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri C1: Coremat hava grubu 1.numunesi, C-3 : Coremat hava grubu 3. numunesi, C-4 : Coremat hava grubu 4. numunesi, C-5: Coremat hava grubu 5. numunesi Hava ve tuzlu su gruplarındaki ortalama yük değerleri dörder numune üzerinden hesaplanmıştır (Tablo 3.3). Tuzlu suda bekletilmiş numunelerin maksimum yüklemelerindeki değişimi çok fazla değildir, ortalama olarak 260,8125 N değerinden, 216, 312 N ‘a bir düşüş söz konusu olmuştur. 60 CS-1 CS-2 0,3 Kuvvet(kN) Kuvvet(kN) 0,2 0,15 0,1 0,05 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 0 20 40 0 60 CS-3 4 6 8 10 CS-4 0,2 0,25 0,15 Kuvvet(kN) Kuvvet(kN) 2 Deplasman(mm) Deplasman(mm) 0,1 0,05 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 0 20 40 Deplasman(mm) 60 0 20 40 60 Deplasman(mm) Şekil 3-13 Coremat su grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri : CS-1: Coremat su grubu 1. numunesi, CS-2: Coremat su grubu 2. numunesi CS-3: Coremat su grubu 3. numunesi, CS-4: Coremat su grubu 4. numunesi Şekil 3-14 ve 3-15 de kırılma tokluğu yada başka bir deyişle açığa çıkan zorlanmış enerji oranının çatlak boyu değişimine göre istatistiki dağılımı sunulmuştur, hava grubunun ortalama kırılma tokluğu değeri 1,33 KJ/m2 civarında seyretmesine karşın tuzlu su grubu numunelerinde ufak bir artış meydana gelmiş ve 1,39 KJ/m2 olarak hesaplanmıştır. Hava grubu için standart sapma değeri 0,39, tuzlu su grubu için standart sapma 0,50 dir. Bu değişimlerin sebeplerine bölüm dört değerlendirme kısmında detaylı olarak deyinilecektir. 61 Kırılma Tokluğu KJ/m 2 2,5 2 1,5 Kırılma Tokluğu Değeri Standart Sapma 1 Ortalama Değer 0,5 0 0 10 20 30 40 Çatlak Boyu Değişimi ∆a(mm) Şekil 3.14 Coremat sandviç yapıdaki çatlak uzunluğuna bağlı kırılma tokluğu dağılımı Kırılma Tokluğu KJ/m 2 2,5 2 Kırılma Tokluğu Değeri Standart Sapma 1,5 1 Ortalama Değer 0,5 0 0 10 20 30 40 Çatlak Boyu Değişimi ∆a (mm) Şekil 3.15 Tuzlu suda bekletilmiş coremat sandviç yapıdaki çatlak uzunluğuna bağlı kırılma tokluğu dağılımı 62 3.4 Çekirdek Malzemesi Poliüretan Olan Sandviç Yapıların Deney Sonuçları: Poliüretan çekirdekli sandviç malzemelerin tümü planlandığı şekilde kırılma tokluğu deneyine tabi tutulmuştur; ancak çekme cihazı üst çenesinin deplasman miktarı diğer numunelerde 50 mm de tutulmasına karşın, poliüretan malzemelerde çatlak ilerleyişi daha hızlı gerçekleştiğinden ötürü deneyler daha küçük deplasman değerlerinde sonlandırılmışlardır. Tablo 3.5 e göre hava grubu maksimum yük ortalaması 70,7083 N tuzlu su grubunun maksimum yük ortalaması ise 64,625 N dir. Şekil 3.17 ve 3.18 de hava ve tuzlu su gruplarının yük-deplasman grafikleri sunulmuştur. Şekil 3-16 Poliüretan çekirdek malzemeli sandviç yapının çekme cihazına bağlanması Tablo 3.5 Poliüretan çekirdekli sandviç yapıların (a) hava ve(b) tuzlu su gruplarının maksimum yük dağılımları ve ortalamaları NUMUNELER MAKS. YÜK(N) P1 85,75 P2 54,5 P3 71,875 P4 85,75 P5 60,625 ORT. 70,7083 P4 72,875 P5 57 ORT. 64,625 (a) NUMUNELER MAKS. YÜK(N) P1 58,5 P2 70,125 P3 64,625 (b) 63 P-2 0,06 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0,05 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) P-1 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 20 40 0 60 5 Deplasman (mm) P-3 15 20 P-4 0,1 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Kuvvet(kN) Kuvvet (kN) 10 Deplasman (mm) 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 10 20 30 0 40 10 Deplasman (mm) 20 30 40 Deplasman (mm) P-5 0,07 Kuvvet (kN) 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 10 20 30 40 Deplasman (mm) Şekil 3.17 Poliüretan hava grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri P-1: Poliüretan hava grubu 1.numunesi, P-3 : Poliüretan hava grubu 3. numunesi, P-4 : Poliüretan hava grubu 4. numunesi, P-5: Poliüretan hava grubu 5. numunesi 64 PS-2 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Kuvvet (kN) Kuvvet (kN) PS-1 0 10 20 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 30 5 PS-3 0,06 0,05 Kuvvet(kN) Kuvvet(kN) 20 PS-4 0,07 0,04 0,03 0,02 0,01 0 5 15 Deplasman (mm) Deplasman (mm) 0 10 10 15 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 20 10 20 30 Deplasman(mm) Deplasman(mm) PS-5 0,06 Kuvvet (kN) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 -0,01 0 5 10 15 20 Deplasman (mm) Şekil 3-18 Poliüretan tuzlu su grubu numunelerinin Kuvvet-Deplasman grafikleri : PS-1: Poliüretan tuzlu su grubu 1. numunesi, PS-2: Poliüretan tuzlu su grubu 2. numunesi PS-3: Poliüretan tuzlu su grubu 3. numunesi, PS-4: Poliüretan tuzlu su grubu 4. numunesi, PS-5: Poliüretan tuzlu su grubu 5. numunesi 65 Kırılma Tokluğu KJ/m 2 0,3 Kırılma Tokluğu Değeri Standart Sapma 0,25 Ortalama Değer 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 10 20 30 40 50 60 Çatlak Boyu Değişimi ∆a (mm) Şekil 3.19 Poliüretan sandviç yapıdaki çatlak uzunluğuna bağlı kırılma tokluğu dağılımı 0,4 Kırılma Tokluğu KJ/m 2 0,35 Kırılma Tokluğu Değeri Standart Sapma 0,3 0,25 0,2 Ortalama Değer 0,15 0,1 0,05 0 0 10 20 30 40 50 Çatlak Boyu Değişimi ∆a (mm) Şekil 3.20 Tuzlu suda bekletilmiş poliüretan sandviç yapıdaki çatlak uzunluğuna bağlı kırılma tokluğu dağılımı 66 Şekil 3.19 ve 3.20 de görüleceği üzere poliüretan hava grubunun ortalama kırkılma tokluğu değeri 0.089 KJ/m2 standart sapması ise 0.047’dir; tuzlu su grubunun değerleri ise 0,11 KJ/m2 ortalama kırılma tokluğu, 0,065 standart sapma olarak gerçekleşmiştir. 67 BÖLÜM DÖRT DEĞERLENDİRME Çalışmada, denizel ürünlerin imalatında yaygın olarak kullanılan yüzeyi Cam Takviyeli Plastik (CTP) ve çekirdeği ise ağaç (Göknar), su kontrplağı, coremat ve poliüretan köpük olan sandviç sistemlerin kırılma toklukları deneysel olarak incelenmiştir. Deney sistemi ise bu malzeme parametresinin araştırılmasında yaygın olarak yararlanılan Mod-I, ön kırıklı sandviç kiriş (Cracked Sandwich Beam, CSB) test sistemidir. Denizel kullanımdaki çevresel koşullarının, malzemenin anılan özelliğine etkisi de araştırmaya dahil edilmiş ve böylelikle gerek sandviç sistemlerin servis ömürlerini etkiyen bu hasar çeşidinin çevresel etmenlerle bileşik etkisi konusunda bir yargıya varılma olanağı yaratılmıştır. Üçüncü bölümde sunulan sonuçlar ise aşağıdaki gibi irdelenebilir: (1) Coremat adlı malzemenin kırılma tokluğu diğerleriyle kıyaslanamayacak kadar yüksektir. Bu bağlamda coremat’ın bir sandviç sistem çekirdeği olarak davranmadığı, tek yüzey sistemi olarak algılanmasının daha uygun olacağı kanısına varılmıştır. Bu malzeme, düşük mukavemetin yeterli olduğu, kalınlık gerekliliklerinin varolduğu parçalarda yararlı bir kullanım alanı bulabilecektir. Ayrıca malzemenin kırılma özelliklerine bakılacak olursa, ön çentiğin hizasından, yani ara yüzeyden coremat’ın üzerinden kırılmanın gerçekleştiği görülmektedir. Buradan yüzey ve çekirdek malzemenin ara yüzeysel bir birleşmeden çok daha bütünsel, daha mekanik bir şekilde birleştiği anlaşılmaktadır. (2) Poliüretan çekirdek malzeme ise en az kırılma tokluğuna sahiptir. Bu da coremat için öne sürülen sandviç sistem kavramından uzaklık yaklaşımına benzer bir şekilde, sandviçin gerektirdiği mukavemet arttırıcı niteliklerden uzaklıkla açıklanabilir. Poliüretan çekirdek malzemenin ise, yine mukavemete çalışacak parçaların veya sistemlerin üretiminden ziyade 67 68 hafiflik gereksinmesinin olduğu, yüzdürücülüğün beklendiği alanlarda kullanılması son derece önemlidir. Poliüretanın sandviç sistemin bir parçası olarak uygulanmasında, bu çalışmada uygulanan tekniğin dışına çıkılarak var olan iki yüzeyin arasına enjeksiyon ile doldurulmasının hem işçilik, hem de zamandan ekonomi sağlayacağı görüşü pekişmiştir. (3) Ağaç çekirdek malzemenin kırılma tokluğu, kontraplak çekirdek malzemeninkinden daha yüksektir. Bunun nedeninin çekirdek malzeme yüzeyinin pürüzlülüğüyle ilgili olduğu düşünülmektedir. Bu maddede anılan her iki malzeme de gerek kolay temin edilebilirlik, gerek düşük maliyet, gerekse yüksek mukavemet / ağırlık oranı nedeniyle çalışmada incelenen seçenekler arasında en uygunları olarak görülmektedir. (4) Tuzlu suda ve malzemelerin üretildiği oda sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklıkta bekletilmenin sonucunda coremat ve poliüretan çekirdeği içeren sandviç sistemlerin kırılma tokluğunda düşük de olsa bir artış görülmektedir.Ağaç ve kontraplakta ise bir düşüş görülmektedir. Sonuç olarak, Türkiye’deki tekne üretim sektörünün yararlandığı alışılagelmiş sandviç malzemelerin hasarlanmasına ilişkin olarak ve tasarımcının doğrudan kullanabileceği verileri elde etmek amacıyla yapılmış olan bu ilk çalışmanın modern çekirdek malzemeleri de içerecek bir şekilde genişletilmesi gerekliliği de bu fırsatla vurgulanmalıdır. 69 KAYNAKLAR: Arslan, N. ve Kaman, M.O. (2002) Alüminyum, kağıt ve cam elyaf petek yapılı kompozitlerin üretim teknikleri ve mekanik özelliklerinin araştırılması.DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 4(3),113-123. Gdoutos, E., Pilakoutas, K., Rodopoulos A.(Ed). (2000). Failure analysis of industrial composite materials. U.S.A.: McGraw-Hill Güller B. (2001). Odun Kompozitleri. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi. A(2),135-160 Honeycomb sandwich design technology, (b.t). Temmuz 24, 2004, http:// www.aerodesign.ufsc.br/teoria/artigos/materiais/sandwich_design.pdf Mallick P.K. (1997).Composite engineering handbook(11thed.).NY: Marcel Dekker Inc. Marine composites, (b.t). Ekim 20, 2004, http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/composite materials/g_composite_materials.pdf) Mardav yalıtım ve inşaat firma kataloğu Onuk K.N. (26 Mart 2003) . Kompozit malzemeler.22 Eylül 2004 www.gidb.itu.edu.tr/staff/odabasi/KAANKOMP.PDF Sista Poliüretan Köpük. 20 Aralık 2004. http:// www.henkel-ac.com/urun.asp?GKOD=254. 69 70 Smith, A. (29/05/2002). Fracture testing of sandwich materials, 20 Eylül, 2004 . http:// www.ncat.edu/~sasmith/C3.pdf .
