A numerical study on the thermal expansion coefficients of fiber

More documents

Recommendations

Info

LİF KATKILI KOMPOZİT MALZEMELERİN ISIL GENLEŞME KATSAYILARI ÜZERİNE SAYISAL BİR ÇALIŞMA ÖZ Bu çalışmada, farklı türde lif ve matris malzemelerden oluşan kompozit malzemelerin ısıl genleşme katsayıları önce mevcut analitik yöntemlerle belirlenmiş, daha sonra kompozit malzemelerin mikro yapıları temsili birim hücreler şeklinde modellenerek sonlu elemanlar yöntemiyle çözüm yapan ANSYS programı kullanılarak analizler yapılmıştır. Malzemelerin enine ve boyuna ısıl enleşme katsayılarını belirleyebilmek için birim kenarlı bir küp içine yerleştirilmiş bir silindir şeklinde üç boyutlu mikro yapı modelleri oluşturulmuştur. Liflerin matris malzeme içinde karesel düzende dağıldığı varsayılmıştır. Lif doğrultusu, miktarı ve türünün malzemenin ısıl genleşme katsayısı üzerindeki etkilerini incelemek ve analitik yöntemlerle sonlu elemanlar yöntemini karşılaştırmak için tüm kompozit malzemelerin %10’luk aralıklarla %10 - %80 aralığında hacimsel lif oranına sahip modelleri oluşturulmuştur. Bununla birlikte elde edilen sonuçları mevcut deney sonuçlarıyla karşılaştırmak için 40%, 47%, 48%, 54%, 57%, 63%, 65% ve 68% hacimsel oranlarında lif içeren modeller oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar yönteminin Rosen-Hashin yöntemiyle iyi uyum gösterdiği diğer analitik yöntemlerle de uyumlu olduğu görülmüştür. Deney sonuçları ile en iyi uyumu sonlu elemanlar yöntemi göstermiştir. Diğer analitik yöntemler ise bazı malzemeler için iyi sonuçlar verirken bazılarında deney sonuçlarına göre yüksek sapma göstermişlerdir. Kompozit malzemenin ısıl genleşme katsayısını belirlemek için sonlu elemanlar yönteminin güvenilir bir yol olduğu görülmüştür. Anahtar kelimeler: Isıl genleşme katsayısı, lif katkılı kompozitler, ANSYS, mikro yapı modelleri. v
CONTENTS Page THESIS EXAMINATION RESULT FORM .......................................................ii ACKNOWLEDGEMENTS ................................................................................ iii ABSTRACT.........................................................................................................iv ÖZ .........................................................................................................................v CONTENTS.........................................................................................................vi CHAPTER ONE – INTRODUCTION .............................................................1 1.1 Introduction................................................................................................1 CHAPTER TWO – FIBER REINFORCED COMPOSITES.........................7 2.1 Composites.................................................................................................7 2.2 Fiber Reinforced Composites.....................................................................8 2.2.1 Matrix Materials.................................................................................8 2.2.1.1 Polymer Matrix Materials ..........................................................9 2.2.1.2 Metal Matrix Materials ............................................................11 2.2.1.3 Ceramic Matrix Materials ........................................................12 2.2.2 Fibers................................................................................................13 2.2.2.1 Boron Fibers.............................................................................15 2.2.2.2 Carbon Fibers...........................................................................16 2.2.2.3 Ceramic Fibers .........................................................................18 2.2.2.4 Glass Fibers..............................................................................19 2.2.2.5 Organic Fibers..........................................................................21 2.2.2.5.1 Cellulose Fibers................................................................22 2.2.2.5.2 Oriented Polyethylene Fibers...........................................23 2.2.2.5.3 Aramid Fibers ..................................................................24 2.2.2.6 Whiskers...................................................................................26 vi
Page 1 and 2: DOKUZ EYLÜL UNIVERSITY GRADUATE SC
Page 3 and 4: M.Sc THESIS EXAMINATION RESULT FORM
Page 5: A NUMERICAL STUDY ON THE THERMAL EX
Page 9 and 10: 4.2.1 Geometry Creation............
Page 11 and 12: 2 coefficients of thermal expansion
Page 13 and 14: 4 coefficients coincide to give res
Page 15 and 16: 6 concentration from pure metal to
Page 17 and 18: 8 high strength-to-weight and stiff
Page 19 and 20: 10 polymers. Thermosetting polymers
Page 21 and 22: 12 Metals are strong and tough. The
Page 23 and 24: 14 Table 2.1 Properties of reinforc
Page 25 and 26: 16 2.2.2.2 Carbon Fibers Carbon is
Page 27 and 28: 18 use is in aircraft industry foll
Page 29 and 30: 20 strength and a reasonable Young
Page 31 and 32: 22 1. Processing the conventional f
Page 33 and 34: 24 (orthorhombic) of polyethylene h
Page 35 and 36: 26 Whiskers are monocrystalline sho
Page 37 and 38: 28 3.2 Factors Affecting the Coeffi
Page 39 and 40: 30 3.2.4 Thermal Cycling The primar
Page 41 and 42: 32 3.3.1 Mechanical Dilatometry Thi
Page 43 and 44: 34 absolute accuracy of about ± 0.
Page 45 and 46: 36 3.3.3 Strain Gauges This relativ
Page 47 and 48: 38 • The composite is macroscopic
Page 49 and 50: 40 3.4.1.3 Equation of Van Fo Fy In
Page 51 and 52: 42 and the thermal expansion coeffi
Page 53 and 54: 44 P P 11 33 2 A 22 − A = Det A A
Page 55 and 56: 46 • A perfect bonding exists at
Page 57 and 58:
CHAPTER FOUR FINITE ELEMENT METHOD
Page 59 and 60:
50 No matter how the geometry is cr
Page 61 and 62:
52 displacements and/or rotations a
Page 63 and 64:
CHAPTER FIVE MICROMECHANICAL ANALYS
Page 65 and 66:
56 5.2 Mesh Creation 10-node tetrah
Page 67 and 68:
58 carbon fibers were assumed to ha
Page 69 and 70:
60 Figure 5.6 The displacement fiel
Page 71 and 72:
62 small differences between these
Page 73 and 74:
64 Table 6.1 Comparison of the expe
Page 75 and 76:
66 Longitudinal CTE (1/°C) 2.25E-0
Page 77 and 78:
Page 79 and 80:
Page 81 and 82:
Page 83 and 84:
74 Ishikava, T., Koyama, K., & Koba
show all

A numerical study on the thermal expansion coefficients of fiber

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?