A numerical study on the thermal expansion coefficients of fiber
A numerical study on the thermal expansion coefficients of fiber A numerical study on the thermal expansion coefficients of fiber
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
CONTENTS<br />
Page<br />
THESIS EXAMINATION RESULT FORM .......................................................ii<br />
ACKNOWLEDGEMENTS ................................................................................ iii<br />
ABSTRACT.........................................................................................................iv<br />
ÖZ .........................................................................................................................v<br />
CONTENTS.........................................................................................................vi<br />
CHAPTER ONE – INTRODUCTION .............................................................1<br />
1.1 Introducti<strong>on</strong>................................................................................................1<br />
CHAPTER TWO – FIBER REINFORCED COMPOSITES.........................7<br />
2.1 Composites.................................................................................................7<br />
2.2 Fiber Reinforced Composites.....................................................................8<br />
2.2.1 Matrix Materials.................................................................................8<br />
2.2.1.1 Polymer Matrix Materials ..........................................................9<br />
2.2.1.2 Metal Matrix Materials ............................................................11<br />
2.2.1.3 Ceramic Matrix Materials ........................................................12<br />
2.2.2 Fibers................................................................................................13<br />
2.2.2.1 Bor<strong>on</strong> Fibers.............................................................................15<br />
2.2.2.2 Carb<strong>on</strong> Fibers...........................................................................16<br />
2.2.2.3 Ceramic Fibers .........................................................................18<br />
2.2.2.4 Glass Fibers..............................................................................19<br />
2.2.2.5 Organic Fibers..........................................................................21<br />
2.2.2.5.1 Cellulose Fibers................................................................22<br />
2.2.2.5.2 Oriented Polyethylene Fibers...........................................23<br />
2.2.2.5.3 Aramid Fibers ..................................................................24<br />
2.2.2.6 Whiskers...................................................................................26<br />
vi
Change language