Farklı tipte elyaflar ile güçlendirilmiş termoplastik tabanlı kompozit malzemelerin lineer olmayan ve anizotropik malzeme modellerinin geliştirilmesi ve simülasyonlarda kullanılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, kısa ve sürekli elyaflarla güçlendirilmiş termoplastik kompozit malzemelerin mekanik davranışlarının modellenmesi ve bu modellerin sonlu elemanlar analizine entegrasyonu ele alınmıştır. Plastik enjeksiyon sürecinin, malzemelerin anizotropik ve doğrusal olmayan özelliklerine etkileri incelenmiştir. Malzeme davranışını modellemek için homogenizasyon yöntemleri (Mori-Tanaka, Ortalama Alan Homojenizasyonu) ve J2 plastiklik teorisi gibi yaklaşımlar kullanılmıştır. Sürekli ve kısa elyaflar için elastik, kısa elyaflar için ayrıca elastoplastik (J2 plastikliği) özellikler göz önünde bulundurulmuştur. Çalışma, elyaf takviyeli kompozitlerin mekanik özelliklerini tahmin etmek ve bu sonuçları sonlu elemanlar analizlerinde kullanmak için bir yöntem önermektedir. Tezde ayrıca, plastik enjeksiyon süreçleri, süreç parametrelerinin etkileri ve üretim sırasında karşılaşılan hata türleri detaylı şekilde incelenmiştir. Malzemenin anizotropik davranışını etkileyen fiber yönelimi ve kaynak izleri gibi parametreler değerlendirerek doğruluk oranı yüksek simülasyon sonuçlarına ulaşılmıştır. Sonuç olarak, geliştirilen modelin termoplastik kompozit malzemelerin davranışını etkili bir şekilde temsil ettiği ve mühendislik uygulamalarında kullanılabilir olduğu gösterilmiştir. Bu sayede, malzeme tasarım süreçlerinin optimize edilmesi ve üretim hatalarının önlenmesine yönelik önemli bir katkı sağlanmıştır.

This thesis focuses on the modeling of the mechanical behavior of thermoplastic composite materials reinforced with short and continuous fibers, and the integration of these models into finite element analysis. The effects of the plastic injection molding process on the anisotropic and nonlinear properties of the materials are investigated. Approaches such as homogenization methods (Mori-Tanaka, Mean-Field Homogenization) and J2 plasticity theory are used to model the material behavior. Elastic properties for continuous and short fibers, and additionally elastoplastic (J2 plasticity) properties for short fibers are considered. This study proposes a method for predicting the mechanical properties of fiber-reinforced composites and using these results in finite element analyses. The thesis also examines plastic injection molding processes, the effects of process parameters, and the types of defects encountered during production in detail. Highaccuracy simulation results are achieved by evaluating parameters such as fiber orientation and weld lines, which affect the anisotropic behavior of the material. In conclusion, it is shown that the developed model effectively represents the behavior of thermoplastic composite materials and can be used in engineering applications. Thus, a significant contribution is made to optimizing material design processes and preventing production defects.