Karbon elyaf takviyeli karbon nanotüp katkılı epoksi kompozit helisel yayların mekanik davranışları

Mechanical behavior of helical springs made of carbon nanotube additive epoxy composite reinforced with carbon fiber

Özet

Bu çalışmada, makinelerde titreşim sönümleyici olarak kullanılan çelik yaylara alternatif olarak karbonnanotüp (KNT) katkılı ve karbon elyaf takviyeli kompozitlerden üretilmiş helisel yayların mekanik davranışları araştırılmıştır. Özellikle KNT katkısının helisel yayların mekanik özellikleri üzerindeki etkileriincelenmiştir. Öncelikle helisel yayların boyutlandırılması ile ilgili dizayn parametreleri üzerindedurulmuştur. Çalışmanın analitik kısmı için, epoksi reçinesine % 0,00, % 0,05, % 0,10 ve % 0,15 KNTkatılmış ve karbon elyaf ile takviye edilerek kompozit yapılar elde edilmiştir. Mikromekanik yöntemlekompozit yapıların elastisite modülü, kayma modülü, Poison oranı değerleri hesaplanmıştır. Çalışma kapsamında, yay tel çapı ve yay rijitliği değerlerinin tasarım parametreleri üzerindeki etkileri deincelenmiştir. Ayrıca, kompozit yayla ilgili elde edilen sonuçlar, eş değer geometriye sahip çelik heliselyaylardan elde edilen sonuçlarla kıyaslanmıştır. Çalışmanın nümerik analiz kısmında ANSYS yazılımıkullanılarak, yayların deformasyon değerleri ve kayma gerilmesi dağılımları belirlenmiştir. Elde edilensonuçlara göre, çelik yaylardan çok daha hafif olan karbon elyaf takviyeli ve KNT katkılı epoksi kompozit helisel yayların, hem deformasyon hem de kayma gerilmesi açısından üstün özellikler gösterdiğigörülmüştür.

Abstract

In this study, mechanical behaviors of helical springs made of carbon nanotube (CNT) additive epoxy resincomposite reinforced with carbon fiber, instead of steel springs used vibration damping in machines, wereinvestigated. Especially, effect of CNT addition on the mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy composite springs were examined. Firstly design parameters related to dimensioning of the helicalsprings were determined. For the analytical part, composite structures were obtained with addition of CNTof 0.00 %, 0.05 %, 0.10 % and 0.15 % into epoxy resin and reinforcing with carbon fiber. Mechanicalproperties of the composite structures (Young's moduli, shear modulus, Poisson ratio) were computed bymicromechanics. Also, in the study, effects of the spring wire diameters and the spring stiffness values on the design parameters were investigated. The results obtained for composite springs were also comparedwith those of the geometrically equivalent steel ones. In the numerical part of the study, deformation valuesand distributions of shear stress were determined by using ANSYS software. According to the obtainedresults, it was seen that carbon fiber reinforced and CNT additive epoxy composite springs, known as lighterthan steel springs, had better properties in terms of both deformations and shear stresses.