CTP Kompozit Boruların Darbe Davranışlarının Belirlenmesi

Darbe cihazı vasıtasıyla numunelere farklı darbe enerji seviyesinde düşük hızlı darbeler uygulanarak, boruların darbe davranışlarını gösterecek farklı grafikler elde etmek mümkündür. Numunelerin darbe sonrası cevabına ait üç özel durum söz konusu olup, elde edilen eğriler ile durumun tespiti yapılmaktadır. Bu olası durumlar; numune yüzeyine çarpan vurucunun geri sekmiş olması (rebounding), vurucunun numuneye çarpmasıyla saplanmış olması (penetration) ve vurucunun numuneye çarpmasıyla delip geçmiş olmasıdır (perforation). Kompozit numunelerin darbe davranışını belirlemek için; kuvvetin çökmeye göre değişimi (F-d), kuvvetin zamana göre değişimi (F-t), absorbe edilen enerjinin zamana göre değişimi (Ea-t) ve hızın zamana göre değişimini (V-t)

6.6.1. Kuvvet-çökme (F-d) eğrileri

Kompozit boruların darbe davranışlarını belirlemek üzere kullanılan eğrilerden birisi kuvvet-yer değiştirme (F-d) grafikleridir. Darbe enerji seviyesinin artmasıyla beraber, temas kuvvetinin çökme karşısındaki değişimi Şekil 6.10’daki F-d grafiğinde verilmiştir. Grafikte görüldüğü gibi tüm eğriler; yükün uygulanmasıyla artışın olduğu bir kısma, en büyük temas kuvvetinin elde edildiği bir değere ve uygulanan yükün kalkmasıyla beraber azalmanın olduğu bir kısma sahiptirler. Uygulanan darbe karşısında, numunenin kendi rijit yapısını korumak amacıyla gösterdiği direnç, kuvvet-çökme eğrilerinde eğilme rijitliği olarak ifade edilen artışın olduğu kısımdır. Darbe enerji seviyesinin artışıyla elde edilmiş olan bu eğriler, kapalı ve açık tip eğri olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. Darbe testinde vurucu numune üzerine temas edip sonrasında numunenin yüzeyinden geri sektiği takdirde kapalı tip eğriler elde edilir. Böyle olduğu durumlarda, tatbik edilen enerji seviyesinin büyük bir miktarı numune üzerine harcanmış, kalan miktar ise vurucuya sıçrama enerjisi olarak için geri dönmüştür. Kapalı tip eğriye örnek Şekil 6.10’daki 1, 2 ve 3 numara ile adlandırılan eğrilerdir.

Darbe enerji seviyesinin arttırılması; geri sekme için harcanacak enerji miktarlarının azalmasına, kapalı tip eğrilerin genişlemesine ve çökme miktarlarının da artmasına neden olacaktır. 4 numaralı eğri kapalı tip eğri iken, darbe enerji seviyesi arttırıldığı takdirde, açık tip eğriye dönüşeceği Şekil 6.10’da görülmektedir. Açık tip eğri olma durumunda ise; vurucunun numune üzerine saplanması ya da numuneyi delmesi söz konusudur. Numune üzerine saplanan vurucu; aşağı yöne doğru numunenin kalınlığı kadar hareket etme şansı bulur; ancak numune üzerinden sıçraması mümkün değildir. Bundan dolayı; şekilde de görüldüğü gibi 5 numaralı eğrinin çevresinde, saplanma ya da delip geçme durumu olmuştur. Darbe enerjisi seviyesi çok daha fazla arttırılırsa; ilk olarak vurucunun numuneye saplanması sonrasında kesit boyunca hareket etmesi ve son olarak da numuneyi delmesiyle beraber alt yüzeyden çıkması gerçekleşecektir. Şekil 6.10’da verilen kuvvet-yer değiştirme grafiğinde 6, 7, 8 ve 9 numaralı eğriler, vurucunun numuneyi deldiği durumlardır. Bu eğrilerin yatay eksende bitiş yerlerine bakıldığında; o kısımların, vurucu ile numune arasında oluşan sürtünmeden dolayı, kapandıkları görülmektedir. Bundan dolayı; delinme durumunun olduğu darbe enerji seviyesinden, daha yüksek enerji seviyelerinde darbe gerçekleştirildiğinde kompozit numunenin bundan sonra enerji absorblama yeteneğinin kalmadığı bilinmektedir (Sayer, 2009).

Şekil 6.10 Artan darbe enerjisi altında oluşan kuvvet-çökme (F-d) eğrileri (Sayer, 2009)

6.6.2. Kuvvet-zaman (F-t) eğrileri

Vurucunun numune üzerinden sekmesi, numune üzerine saplanması ve numuneyi delerek geçmesi durumunda; kuvvet-zaman (F-t) eğrisinde nasıl bir eğri görünümü aldıkları Şekil 6.11’de verilmiştir.

Şekil 6.11 Kuvvet-zaman (F-t) eğrileri (Sayer, 2009)

Düşük darbe enerji seviyesi uygulandığında, Şekil 6.11’deki geri sekme durumunda görülen dağ şekline benzer parabolik eğri elde edilmektedir. Darbe enerji

seviyesinin arttırılmasıyla ortaya çıkan temas kuvvetlerinin arttığı; hemen hemen belirgin bir en büyük temas kuvveti değerinde, saplanma veyahut delinmenin olduğu görülmektedir. Vurucunun numuneyi deldiği durumda, numune ile vurucu arasında sürtünmeden dolayı kuvvet oluştuğu için şekilde de görüldüğü gibi eğriye ait son kısım yatay şekilde devam etmiştir (Sayer, 2009).

6.6.3. Absorbe edilen enerji-zaman (Ea-t) eğrileri

Şekil 6.12’de; vurucunun numune üzerinden geri sekmesini, numune üzerine saplanmasını ve numuneyi delerek geçmesini ifade eden eğriler, absorbe edilen enerji- zaman (Ea-t) grafiğinde görülmektedir.

Kuvvet-yer değiştirme (F-d) eğrisinin altındaki alanın hesaplanmasıyla absorbe edilen enerji değeri bulunabilmektedir. Geri sekme durumu olduğunda, vurucu sahip olduğu enerjinin tamamını numuneye aktaramaz ve bir miktarını belirli yüksekliğe tekrar çıkmak için geri sekmede harcar. Saplanma durumu olduğunda; vurucu sahip olduğu enerjinin tamamını numuneye aktarır ve eğride görüldüğü gibi yatay biçimde seyreder. Delip geçme durumunda ise; sürtünme nedeniyle kuvvet-yer değiştirme eğrisinde oluşan yatay kuvvetin altındaki alan, numunenin absorbe ettiği enerji miktarına dâhil edilmez. Bu nedenle; numunenin yutmuş olduğu enerji miktarı, Şekil 6.12’de kesikli çizgiye karşılık gelen enerji seviyesidir (Sayer, 2009).

6.6.4. Hız-zaman (V-t) eğrileri

Şekil 6.13’te; vurucunun numune üzerinden geri sekmesi, numune üzerine saplanması ve numuneyi delerek geçmesi durumlarında, vurucu hızının zamana göre nasıl bir değişim gösterdiği hız-zaman (V-t) grafiğinde verilmiştir. Darbe enerji seviyesinin arttırılarak yapıldığı testlerde; belirli bir hızda numuneye çarpan vurucu hızını kaybeder, numune yüzeyinden geri sekme durumu olduğu vakit, vurucunun negatif hıza sahip olarak yükselmesi beklenmektedir.

Şekil 6.13 Hız-zaman (V-t) eğrileri (Sayer, 2009)

Vurucu, numune üzerine saplandığı vakit vurucunun sıçrama durumu olmadığı için hız sıfıra inecektir. Numune delindiği durumda ise; oluşan hasar ve numune kalınlığı boyunca sürtünmeden dolayı vurucunun hızı azalır, numunenin alt yüzeyinden vurucu çıktığı zamanda belirli bir pozitif hızda olması beklenmektedir (Sayer, 2009).