Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Gülçimen Çakan, Betül; TEKİN, İbrahim Erdem; CAKIR, Mustafa Cemal; KÜÇÜKAKARSU, Volkan Mesut; Ensarioglu, Cihat

doi:10.17341/gazimmfd.829758

Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Betül Gülçimen Çakan, (Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bursa, Türkiye)

Cihat Ensarioglu, (Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bursa, Türkiye)

Volkan Mesut KÜÇÜKAKARSU, (Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bursa, Türkiye)

İbrahim Erdem TEKİN, (Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bursa, Türkiye)

Mustafa Cemal Çakır (Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bursa, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

14 7

Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 1657 - 1667 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.829758 İndeks Tarihi: 11-11-2022

Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Öz:

Negatif Poisson oranına sahip olan öksetik yapılar, mekanik enerji/darbe sönümleme açısından iyi özelliklere sahiptir. Bu yapılar; havacılık-uzay ve savunma sektörlerindeki sandviç yapılı kompozitlerde, zırh üretiminde veya koruyucu spor ekipmanı üretiminde uygulama alanı bulmuştur. Bu çalışmada, öksetik bal peteği yapısının darbe yüklemesi altında farklı yönlerdeki (düzlem-içi ve düzlem-dışı) mekanik davranışı incelenmiştir. Düzlem-içi (x ve y) ile düzlem-dışı (z) yönler için Power ABS filamenti kullanılarak malzeme ekstrüzyonuyla öksetik bal peteği yapısına sahip kutular üretilmiştir. Deneysel çalışmada, düşürme test cihazı ile dinamik testler gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda, bu 3 yön için sonlu elemanlar modelleri oluşturularak eksplisit analizler gerçekleştirilmiştir. Deneysel ve nümerik sonuçlar, birbiriyle uyumlu olarak, düzlem-dışı yükleme durumunda öksetik bal peteği geometrisinin enerji sönümleme özelliğinin daha üstün olduğunu göstermiştir. Düzlem-içi yüklemelerde, çarpışma kuvveti verimliliği (ÇKV) ve çarpışma kuvvetleri daha düşük seviyede kalmıştır.

Anahtar Kelime: Öksetik enerji sönümleme sonlu elemanlar yöntemi düşürme testi malzeme ekstrüzyonu

Experimental and numerical investigation of in-plane and out-of-plane impact behaviour of auxetic honeycomb boxes produced by material extrusion

Öz:

Auxetic structures, which have a negative Poisson's ratio, have good mechanical energy/impact absorption properties. These structures have found application in sandwich composites in the aerospace and defence industries, in the production of armour or protective sports equipment. In this study, the mechanical behaviour of the auxetic honeycomb structure in different directions (in-plane and out-of-plane) under impact loading was investigated. For the in-plane (x and y) and out-of-plane (z) directions, boxes with an auxetic honeycomb structure were produced by material extrusion method using Power ABS filament. In the experimental study, dynamic tests were carried out with a drop test machine. Besides, explicit analyses were performed by creating finite element models for these 3 directions. The experimental and numerical results have shown that the energy absorption property of auxetic honeycomb geometry is superior in the case of out-of-plane loading, in agreement with each other. In in-plane loadings, crush force efficiency (CFE) and crush forces were lower.

Anahtar Kelime: Auxetic energy absorption finite element method drop test material extrusion

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

. Meriç D., Gedikli H., Numerical investigation of energy absorption behaviors of variable thickness tubes, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (4), 1939-1956, 2020.
2. Gibson L.J., Ashby M.F., Cellular solids: Structure and properties, Cambridge University Press, Cambridge, 2014.
3. Gibson L.J., Ashby M.F., Schajer G.S., Robertson C.I., The mechanics of two dimensional cellular materials, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical Physical and Engineering Sciences, 382, 25-42, 1982.
4. Evans K.E., Nkansah M.A., Hutchinson I.J., Rogers S.C., Nature, Molecular network design, 353, 124, 1991. 5. Grima J.N., Gatt R., Ravirala N., Alderson A., Evans K.E., Negative Poisson’s ratios in cellular foam materials. Materials Science and Engineering A., 423, 214-218, 2006.
6. Mir M., Ali M.N., Sami J., Ansar U., Review of mechanics and applications of auxetic structures, Advances in Materials Science and Engineering, 2014.
7. Bhullar S. K., Three decades of auxetic polymers: A review. e-Polymers, 15 (4), 205-215, 2015.
8. Carneiro V. H., Meireles J., Puga H., Auxetic materials- A review, Materials Science-Poland, 31 (4), 561-571, 2013.
9. Underhill R. S., Defense Applications of auxetic materials, DSIAC Journal, 1, 1, 2014.
10. Duncan O., Shepherd T., Moroney C., Foster L., Venkatraman P. D., Winwood K., Allen T., Alderson A., Review of auxetic materials for sports applications: Expanding options in comfort and protection, Applied Sciences, 8 (6), 941-973, 2018.
11. Dong Z., Li Y., Zhao T., Wu W., Xiao D., Liang J., Experimental and numerical studies on the compressive mechanical properties of the metallic auxetic reentrant honeycomb, Materials and Design, 182, 108036, 2019.
12. Tatlier M.S., A numerical study on energy absorption of reentrant honeycomb structures with variable alignment, International Journal of Crashworthiness, 2019.
13. Hou X., Deng Z., Zhang K., Dynamic crushing strength analysis of auxetic honeycombs, Acta Mechanica Solida Sinica, 29, 5, 2016.
14. Qiang, G.C., Gao, Q., Wang, L., Dynamic crushing behaviors of four kinds of auxetic structures, SAE Technical Paper, 2019.
15. Li D., Yin J., Dong L., Lakes R. S., Strong re-entrant cellular structures with negative Poisson’s ratio, Journal of Materials Science, 53, 3493–3499, 2018.
16. Warmuth F., Osmanlic F., Adler L., Lodes M.A., Körner C., Fabrication and characterisation of a fully auxetic 3D lattice structure via electron beam melting selective, Smart Materials and Structures, 26, 2017.
17. Gao Q., Ge C., Zhuang W., Wang L., Ma Z., Crashworthiness analysis of double-arrowed auxetic structure under axial impact loading, Materials and Design, 161, 22–34, 2019.
18. Evlen H., Erel G., Yılmaz E., Açık ve kapalı sistemlerde doluluk oranının parça mukavemetine etkisinin incelenmesi, Politeknik Dergisi, 21 (3), 651-662, 2018.
19. Sezer H.K., Eren O., Börklü H.R., Özdemir V., Additive manufacturing of carbon fiber reinforced plastic composites by fused deposition modelling: Effect of fiber content and process parameters on mechanical properties Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (2), 663-674, 2019.
20. Louche H., Piette-Coudol F., Arrieux R., Issartel J., An experimental and modeling study of the thermomechanical behavior of an ABS polymer structural component during an impact test, International Journal of Impact Engineering, 36 (6), 847-861, 2009.
21. Kucewicz M., Baranowski P., Malachowski J., Poplawski A., Platek P., Modelling, and characterization of 3D printed cellular structures, Materials and Design, 142, 177–189, 2018.
22. Paul A., Ramamurty U., Strain rate sensitivity of a closed-cell aluminum foam, Materials Science and Engineering A, 281, 1-7, 2000.

APA	Gülçimen Çakan B, Ensarioglu C, KÜÇÜKAKARSU V, TEKİN İ, CAKIR M (2021). Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. , 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
Chicago	Gülçimen Çakan Betül,Ensarioglu Cihat,KÜÇÜKAKARSU Volkan Mesut,TEKİN İbrahim Erdem,CAKIR Mustafa Cemal Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. (2021): 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
MLA	Gülçimen Çakan Betül,Ensarioglu Cihat,KÜÇÜKAKARSU Volkan Mesut,TEKİN İbrahim Erdem,CAKIR Mustafa Cemal Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. , 2021, ss.1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
AMA	Gülçimen Çakan B,Ensarioglu C,KÜÇÜKAKARSU V,TEKİN İ,CAKIR M Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. . 2021; 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
Vancouver	Gülçimen Çakan B,Ensarioglu C,KÜÇÜKAKARSU V,TEKİN İ,CAKIR M Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. . 2021; 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
IEEE	Gülçimen Çakan B,Ensarioglu C,KÜÇÜKAKARSU V,TEKİN İ,CAKIR M "Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi." , ss.1657 - 1667, 2021. 10.17341/gazimmfd.829758
ISNAD	Gülçimen Çakan, Betül vd. "Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi". (2021), 1657-1667. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.829758

APA	Gülçimen Çakan B, Ensarioglu C, KÜÇÜKAKARSU V, TEKİN İ, CAKIR M (2021). Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(3), 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
Chicago	Gülçimen Çakan Betül,Ensarioglu Cihat,KÜÇÜKAKARSU Volkan Mesut,TEKİN İbrahim Erdem,CAKIR Mustafa Cemal Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.3 (2021): 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
MLA	Gülçimen Çakan Betül,Ensarioglu Cihat,KÜÇÜKAKARSU Volkan Mesut,TEKİN İbrahim Erdem,CAKIR Mustafa Cemal Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.3, 2021, ss.1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
AMA	Gülçimen Çakan B,Ensarioglu C,KÜÇÜKAKARSU V,TEKİN İ,CAKIR M Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(3): 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
Vancouver	Gülçimen Çakan B,Ensarioglu C,KÜÇÜKAKARSU V,TEKİN İ,CAKIR M Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(3): 1657 - 1667. 10.17341/gazimmfd.829758
IEEE	Gülçimen Çakan B,Ensarioglu C,KÜÇÜKAKARSU V,TEKİN İ,CAKIR M "Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.1657 - 1667, 2021. 10.17341/gazimmfd.829758
ISNAD	Gülçimen Çakan, Betül vd. "Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş öksetik bal peteği kutuların yöne bağlı darbe davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/3 (2021), 1657-1667. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.829758