Investigation of quasi-static crushing and energy absorption behaviors of carbon nanotube reinforced glass fiber/epoxy and carbon fiber/epoxy composite tubular structures
Yasin Yılmaz1, Hasan Çallıoğlu2, Ali Balbay31Pamukkale University, Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, Denizli, Turkey2Pamukkale University, Faculty of Technology, Department of Mechatronics Engineering, Denizli, Turkey
3Ostim Technical University, Unmanned Aerial Vehicle Technology and Operator Program, Ankara, Turkey
In this study, crushing and energy absorption behavior of carbon nanotube (CNT) reinforced glass fiber/epoxy (GFRP) and carbon fiber/epoxy (CFRP) composite tubular structures has been investigated. The study consists of two main parts. First part deals with the experimental studies. At this stage, functionalized multi-walled CNT added (at weight percentages of 0.1; 0.2; 0.3; 0.5; 1; 2%) and additive free GFRP composite plates were produced using hand lay-up method and tension, compression and shear tests were carried out to determine mechanical properties of the composite materials. As a result of these investigations, 0.5 % CNT addition is determined to be most suitable rate for the composite in terms of tension, compression, and shear strength. The second part deals with the numerical studies. At this stage, quasi-static crushing and energy absorption characteristics of circular and square cross-section GFRP and CFRP tubes were investigated numerically using the determined mechanical properties in a commercial finite element based software (ABAQUS). The mechanical properties of CFRP tubes were taken from the existing literature. As a result of numerical studies, the specific energy absorption capacity of circular CFRP tubes was found to be most efficient compared to the other tubes.
Keywords: Composite materials, carbon nanotube, glass fiber, carbon fiberKarbon nanotüp ile güçlendirilmiş cam fiber/epoksi ve karbon fiber/epoksi kompozit borusal yapıların yarı-statik ezilme ve enerji emilimi davranışlarının incelenmesi
Yasin Yılmaz1, Hasan Çallıoğlu2, Ali Balbay31Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Denizli, Türkiye2Pamukkale Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Denizli, Türkiye
3Ostim Teknik Üniversitesi, İnsansız Hava Aracı Teknolojisi ve Operatörlüğü Programı, Ankara, Türkiye
Bu çalışmada, karbon nano tüp (CNT) katkılı cam fiber/epoksi (GFRP) ve karbon fiber/epoksi (CFRP) kompozit borusal yapıların ezilme ve enerji emilimi davranışları incelenmiştir. Çalışma iki ana kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım, deneysel çalışmalardan oluşmaktadır. Bu aşamada fonksiyonelleştirilmiş çok duvarlı CNT katkılı (ağırlıkça %0.1; 0.2; 0.3; 0.5; 1; 2 oranlarında) ve katkısız cam fiber/epoksi kompozit plakalar, el yatırması yöntemi ile üretilmiş ve çekme, basma ve kayma deneyleri gerçekleştirilerek kompozit malzemelerin mekanik özellikleri belirlenmiştir. Bu incelemeler sonucunda çeki, bası ve kayma mukavemeti açılarından kompozit numune için %0.5 CNT oranının en uygun olduğu görülmüştür. İkinci kısım ise, sayısal çalışmalardan oluşmaktadır. Bu aşamada belirlenen mekanik özellikler kullanılarak, sonlu elemanlar tabanlı bir paket programı (ABAQUS) yardımıyla kare ve dairesel kesitli cam elyaf/epoksi ve karbon elyaf/epoksi kompozit boruların yarı statik ezilme ve enerji emilimi davranışları sayısal olarak incelenmiştir. Karbon fiber/epoksi kompozit malzemeye ait malzeme özellikleri literatürden elde edilmiştir. Sayısal analizler sonucunda karbon fiber takviyeli dairesel kesitli kompozit boruların spesifik enerji emilimi kapasitesinin diğer borularla karşılaştırıldığında daha yüksek olduğu görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Kompozit malzeme, karbon nanotüp, cam fiber, karbon fiberCorresponding Author: Yasin Yılmaz, Türkiye
Manuscript Language: Turkish