Akademik Veri Yönetim Sistemi
Yazıcı M. (Yürütücü), Akay S. K., Deliktaş B., Durmuş A., Aykut Y.
TÜBİTAK Projesi, 2019 - 2022
Bu
çalışmanın amacı, kendine makro seviyede iyileşebilir özellikli yeni hibrit bir
sandviç panel geliştirilmesi ve bu panelin statik, anlık dinamik ve şok yükleri
etkisi altındaki performansının ekstrem şartlarda deneysel, sayısal ve teorik
yaklaşımlar ile incelenmesi ve modellemesidir.
Bu doğrultuda birçok iyileşme
mekanizmasına sahip kompozit malzeme geliştirme çalışmaları
gerçekleştirilmektedir. Geliştirilen mekanizmaların başında kendi kendine tamir
ajanları içeren mikro kapsüller ve mikrodamarlar (kılcal damarlar) gelmektedir.
Bu uygulamalarda, tamir ajanı içeren mikrokapsül ve kılcal damarlar malzeme
içine eklenmektedir. Malzemenin hasarı
ile içerisine katılan polimer tamir ajanı içeren mikrokapsüller veya kılcal damarlar
çatlayarak, içerisindeki tamir edici ajanların kılcal damar etkisi ile çatlak
bölgesine doğru akarak dolgu oluşturması ve burada meydana gelen bağ oluşumu
ile hasarı gidermesi sağlanmaktadır. Ancak malzeme içerisine katılan mikro
boyutlardaki kapsüllerin veya damarların mukavim olmaması (sistemin çalışma
mantığı bu kapsüllerin veya damarların çatlayabilmesi esasına dayanır), çok
sayıda boşluklar ve mikro ölçekte zayıf arayüzeyler oluşmasına neden
olmaktadır. Ayrıca kapsüllerin içerisindeki sıvı ajanların hasarlı bölgeye
akması sonucu, malzeme içerisinde çok sayıda (içi boşalan kapsül veya damar
hacmi kadar) boşluk oluşmaktadır. Bu boşluklar yapıyı gözenekli hale getirdiği
gibi, lokal gerilme yoğunlaşmalarını arttırdığından, malzemenin mukavemetinin
azalmasına neden olmaktadır. Sayılan nedenlerden dolayı iyileştirme ajanı
içeren mikrokapsüllerin veya kılcal damarların malzeme içerisine katılma oranı
sınırlıdır. Bu sınırlamadan dolayı da iyileştirebildiği hasar (çatlak)
boyutları mikro düzeyde kalmaktadır. Sayılan bu nedenlerden dolayı, mikrokapsül
veya mikro damar gibi iyileşme metotları hali hazırda nisbeten sınırlı
uygulamada kullanım imkanı bulabilmiştir. Ancak ondula veya bal peteği
geometrili metalik çekirdekli sandviç yapının çekirdek hücreleri içerisinde (bu
projede hedeflenen) mikrokapsül dolgusu kullanıldığında, çok yüksek oranda
iyileşme ajanı hasar bölgesine ulaşması sağnarak makro seviyede iyileşme eldesi
söz konusu olacaktır. Ayrıca yukarıda sayılan yapının zayıflamasına neden olan
etkilerinin hiç biri ortaya çıkmayacağı gibi, dolgunun oluşturacağı destek ile
ondula veya bal peteği çekirdek hücrelerinin duvarlarının burkulma
mukavemetleri yükselecek (dolayısı ile sandviç yapının toplam mukavemeti
artacaktır), sandviç ana malzemeleri dışında farklı bir yoğunluklu bölge
oluşturması nedeni ile yeni bir şok dalgası sönümleme mekanizmasını sisteme
dahil edecektir. Ayrıca sandviç panelin herhangi bir nedenle hasara uğraması
sonrasında çatlayan mikrokapsüller içerisindeki iyileşme ajanlarının devreye
girerek yapının daha büyük hasara uğramasına neden olabilecek delik ve çatlak
gibi süreksizliklerin giderilmesi yönünde hızlı bir iyileşme sağlayacağı
düşünülmektedir.
Bu çalışmada; a) Geliştirilecek
sandviç panele kendi kendine iyileşme özelliği makro seviyede kazandırılacaktır.
İyileşme performansı statik, anlık dinamik ve şok yükleri altında farklı
sıcaklıklarda incelenecektir. b) Patlama sonrası oluşan hasar mekanizmalarına (şok dalgası,
basıncı, partikül çarpması, sıcaklık) dayanım özelliği kazandırılacaktır.
Bu sandviç panel literatürde münferiden çalışılmış ancak bir arada kullanılmamış
şok dalgası ve darbe enerjisi sönümleme mekanizmalarına aynı anda sahip
olacaktır. c) Yukarıdaki özellikleri deneysel olarak ölçmeye dönük şok
dalgası oluşturup, yapı üzerindeki etkisini kontrollü olarak test etmeye imkân
tanıyan ve bazı yenilikçi yönleri ile literatürdeki benzerlerine üstünlükleri
olan “Şok Tüpü Deney Düzeneği” geliştirilecektir. d) Kendi kendine
iyileşme kabiliyeti kazandırılan sandviç panelin iyileşme davranışını içeren
bir malzeme modeli geliştirme çalışması gerçekleştirilerek, termomekanik bir
bünye denklemi (malzeme modeli) elde edilecektir. e) Geliştirilen
malzeme modeli Sonlu Elemanlar Analiz yazılımına adapte edilerek, deneysel
sonuçlar ile karşılaştırmalı analizi gerçekleştirilecektir. f) Sandviç
panelin iyileşme özelliğine tesir eden dolgu mikrokapsül oranı, sandviç panel
ön arka plaka kalınlıkları, gözenekli metalik çekirdek cidar kalınlıkları,
katman sayısı, gözenek boyutları tasarım değişkeni olarak alınıp şok dalgası,
şok basıncı, yüksek hızlı partikül çarpması (anlık darbe yükü) ve statik yükleme
altında farklı sıcaklıklar altındaki performansı incelenecektir. Bu doğrultuda
yapının parametrelerinin alması gereken değerlere dönük optimizasyon çalışması
gerçekleştirilecektir.
Elde edilen optimize edilmiş sonuçlar, proje sonrası
bilimsel araştırma aşaması tamamlanmış endüstriyel veya savunma sanayine dönük
projelerde değerlendirilecektir. Sonuç olarak kendi kendine makro seviyede
iyileşme özelliği kazandırılmış hibrit sandviç panelin; 1) Zırhlı
personel taşıyıcı araçlarda, tehlikeli bölgelere giren ambulanslarda, dışarıdan
oluşturulan öncü hasar sonrası zararlı, öldürücü veya uyutucu gazların araç
veya bina içine sızmasının engellenmesi gereken durumlarda, 2) Hava,
kara ve deniz araçlarının, askeri ararçların yakıt (sıvı veya gaz) depoları vb.
gibi yapılarda herhangi bir nedenden oluşabilecek çatlak sonrası sızıntıyı
kesme veya önleme amaçlı 3) Parça değişiminin mümkün olmadığı, tamir ve
bakımının zor veya müdahale için zamana ihtiyaç olan veya çok pahalı olacağı
haberleşme uyduları, denizaltılar, gemiler vs. araçlarda, 4) Gemi,
hücumbot, amfibi araçlar ve deniz altılarda herhangi bir nedenle gövdede
oluşacak delinme ve çatlaklar sonucu su almayı önleyici tamir görevi görmesi. 5)
Yanıcı, yakıcı veya kimyasal olarak tehlikeli kimyasalların taşınmasında
kullanılan tankerlerin gövdelerinde, kimyasal tesislerin depolarında vb. her
tür delinme ve çatlama sonrası oluşabilecek sızıntıların çok kısa sürede
önlenmesi doğrultusunda uygulama alanı bulması mümkündür. Örneklendirilen veya
benzeri uygulama alanlarında geliştirilecek hibrid sandviç panelin özelliği
olan kendi kendine iyileşmenin getireceği onarım kolaylığı ile ekonomiklik ve
güvenlik artışı sağlanması ve tehlikenin büyümesi önlenerek, tam bakım ve
tedbir alınması için gerekli zamanın kazanılması mümkün gözükmektedir. Elde
edilen sonuçların uygun bölümleri uluslararası saygın bilimsel dergilerde
yayınlanacak ve patent başvuruları gerçekleştirilecektir.