Sandviç panellerin dayanım performansına geometri etkisinin incelenmesi

Abstract

Günümüzde sürdürülebilirlik kavramının önemli hale gelmesi ile mühendislik alanında yeni tasarım konseptleri ortaya atılmaktadır. Minimum ağırlık ile daha yüksek mekanik performansların sağlanması amacı ile geliştirilen kompozit sandviç panel yapılar yeni bir araştırma alanı sağlamaktadır. İki yüksek mukavemetli ince panel arasına yerleştirilen hafif, oluklu bir çekirdekten oluşan sandviç paneller, gelişen üretim teknolojileri sayesinde farklı tasarım ve uygulama olanakları sunmaktadır. Bu çalışmada sandviç panel geometrilerinin, dayanım performanslarına etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Literatür araştırması sonrasında seçilen kare, trapez ve sinüs çekirdek kesite sahip yapılar tasarlandıktan sonra statik analizler yapılıp, mekanik davranışlar incelendi. Sandviç panelde oluklu çekirdek dökme poliamid (Pa6) ve yüzey panelleri Al 6063-T5 malzemesinden oluşmaktadır. Tasarım parametreleri yüzey katmanlarının kalınlığı, çekirdek kalınlığı ve çekirdek yüksekliği seçildi. Aynı koşullar altında trapez sandviç panelin, daha yüksek yük ve emilen enerjiye sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca aynı koşullar altında çekirdek kalınlığında yapılan iyileştirmeler, ağırlıkta daha az bir artış sağlayıp daha yüksek yük ve emilen enerji vermiştir. Analizler sonucunda en uygun performansı veren 1,5 mm çekirdek kalınlığına göre 3D yazıcı ile PLA malzemesinden sandviç paneller üretildi. Üretilen panellere basma testleri yapıldı. Test ve analiz sonuçları karşılaştırılmış olup malzemeden bağımsız olarak, uygun bir malzemede, panel geometrilerinde yapılan değişiklikler ile mekanik performanslarının önemli derecede iyileştirilebileceği görülmüştür.

With the increasing importance of the concept of sustainability today, new design concepts have emerged in the field of engineering. Composite sandwich panel structures, developed to achieve higher mechanical performance with minimal weight, have provided a new area of research. Sandwich panels, consisting of a lightweight corrugated core placed between two high-strength thin face sheets, offer various design and application possibilities due to advancements in manufacturing technologies. This study aims to investigate the effect of sandwich panel geometries on strength performance. After a literature review, structures with square, trapezoidal, and sinusoidal core cross-sections were designed, followed by static analyses to examine their mechanical behavior. The sandwich panel consists of a corrugated core made of cast polyamide (PA6) and face sheets made of Al 6063-T5 material. The design parameters were selected as the thickness of the face layers, core thickness, and core height. Under the same conditions, the trapezoidal sandwich panel exhibited higher load and absorbed energy. Additionally, improvements in core thickness provided higher load and absorbed energy with a minimal increase in weight. As a result of the analyzes, sandwich panels were produced from PLA material with a 3D printer according to the core thickness of 1.5 mm, which gives the most suitable performance. Compression tests were performed on the produced panels. The test and analysis results were compared and it was seen that the mechanical performance of the panels can be significantly improved with changes in panel geometries in a suitable material, regardless of the material.