Görüntü işleme yöntemiyle kompozit içyapılarının ve

Kompozitler son otuz yılda geleneksel metal esaslı birçok mühendislik malzemesinin yerini almıştır. Birkaç farklı özelliğe sahip malzemenin istenen dayanım değerlerinde tek bir yapı altında birleştirilmesine ve böylece ağırlıktan kazanıma olanak sağlayan kompozitlerin üretim esansındaki parametrelerinin istenen değerlerde olup olmadığının gözlemlenmesi büyük önem taşımaktadır. Bu parametrelerden bazıları kompozit içerisindeki fiberlerin yönlenmelerinin tespiti, farklı tabakalar arasındaki yönlenme açılarının tespiti, özellikle ekstrüzyonla üretim sonrası matris-fiber arası

62

ıslatma ve yapışma kontrolüdür. Üretim aşamasında kompozitlerin içyapısında ortaya çıkan bu süreksizliklerin farklı görüntü işleme metotları kullanarak tespiti kompozitin servis şartları altındaki çalışma güvenliği açısından önem arz etmektedir. Diğer taraftan kompozitlerin servis şartları altında maruz kaldıkları normal ve anormal yüklemeler sonrası içyapılarında ortaya çıkan, özellikle delaminasyon ve fiber kırılması gibi hasarların tespitinde görüntü işleme metodu efektif ve etkili bir yöntemdir. Kompozitlerin doğası gereği içyapı hasarlarının tespiti konusundaki güçlük, detaylı iç görüntülerini tahribatsız olarak elde eden mikro tomografi, ultrasonik inceleme cihazların kullanımıyla ortadan kalkmıştır. Elde edilen bu içyapı görüntüleri görüntü işleme algoritmaları yardımıyla işlenerek delaminasyon boyu, derinliği gibi bilgilere mikron hassasiyetinde ulaşılabilmektedir. Bu bölümde görüntü işleme metoduyla kompozitlerde üretim ve kullanım esnasında ortaya çıkan hasarlarıyla ilgili çalışmalara örnekler verilmiştir [91-107].

E.G. Kim, fiber takviyeli plastik kompozitlerde enjeksiyonla kalıplama esnasında fiberlerin yerleşimlerini incelemede görüntü işleme yöntemi kullanmıştır. Görüntü işleme ile elde ettiği görüntüleri sayısal analiz yöntemiyle elde ettiği sonuçlarla karşılaştırmıştır [91]. Şekil 5.13’ te görüntü işleme metodu ile elde edilen sonuçlara örnek verilmiştir.

Şekil 5.13. Enjeksiyonla kalıplama sonrası dikdörtgen kesitli bir parçada fiber yönlenmesini gösteren görüntü (ağırlıkça %50 fiber) [91]

Sohn ve arkadaşları yaptıkları çalışmada, tabakalı kompozitlerde Lamb dalagaları yöntemiyle elde ettikleri görüntüleri gizli delaminasyon hasarlarını ortaya çıkarmada kullanmışlardır. Lamb dalgalarını 1,8 mm kalınlıktaki tabakalı kompozitlere

63

gönderdikten sonra dalgaların yayılım hızından delaminasyon derinliği hesaplanarak görüntüler oluşturulmuştur [92]. Şekil 5.14’ te bu metodoloji ile elde ettikleri görüntüler verilmiştir.

Şekil 5.14. Farklı sürelerde dalga boylarından elde edilen delaminasyon görüntüleri [92]

Trias yaptığı çalışmada karbon fiber takviyeli kompozitte fiberlerin dağılım istatistiklerini elde etmek amacıyla görüntü işleme metodunu kullanmıştır. 40 farklı numuneden elde ettiği görüntüleri işleyerek karbon fiberlerin dağılımlarını, yönlenmelerini ve hacimsel olarak dağılımlarını ortaya koymuştur. İstatistiksel analiz yöntemini kullanarak elde ettiği görüntülerden hacimsel olarak karbon fiberlerin kompozit yapı içinde dağılım yüzdesini elde etmiştir. Diğer taraftan görüntü işleme metodunun endüstriyel olarak da kullanılabilme potansiyeli olduğunu belirtmiştir [93]. Şekil 5.15 ve 5.16’ da bu çalışmalara ait histogram eğrileri ve grilik değerleri kullanılarak elde edilen derinlik haritaları verilmiştir.

Şekil 5.15. Deneysel çalışması yapılan kompozitin (a) orjinal histogram ve (b) Otsu algoritması uygulandıktan sonra elde edilen histogram grafiği [93]

Pearce ve arkadaşları yaptıkları çalışmayla reçine transfer kalıplama yöntemiyle üretilen yüksek performanslı kompozitlerde reçine fiber ara bölgesinde ıslatma

64

yüzeylerini ve üç farklı fiber örgü yapısının bu ıslatma prosesine etkilerini görüntü işleme metoduyla incelemişlerdir. Şeffaf bir kalıp kullanarak üç farklı örgüye sahip karbon fiberlerin ıslatma yüzeyleri görüntülenmiştir. Şekil 5.17’ de üç farklı örgü biçimlerinde oransal fiber dağılımı görüntüleri verilmiştir. Her üç örgü şekli içinde kesilme, çekme ve basma testleri gerçekleştirildikten sonra mikro yapıdaki ıslatma bölgelerinin mekanik özelliklere etkisi ortaya konmuştur [94].

Şekil 5.16. Fiber dağılımlarını gösteren grilik değerinden elde edilmiş derinlik haritaları (a) ortogonal görünüş (b) perspektif görünüş [93]

65

Şekil 5.17. Farklı örgü biçimlerinde oransal fiber dağılımı görüntüsü [94]

Guillaumat ve arkadaşları kızıl ötesi termal görüntüleri kullanarak cam fiber takviyeli epoksi kompozite ait delaminasyon hasarlarını görüntü işleme yöntemiyle incelemişlerdir. Bu yöntemle elde ettikleri görüntülerin aynı zamanda asimptotik ısıl genleşme hakkında da bilgi verebileceğini söylemişlerdir. Elde edilen görüntüler fiziki olarak gözlemlenebilen delaminasyon hasarıyla birebir örtüştüğünü göstermişlerdir [95]. Şekil 5.18’ de Guillaumat ve arkadaşlarının gerçekleştirdikleri çalışmalar ile elde edilen görüntüler verilmiştir.

Şekil 5.18. Termal görüntülemeyle elde edilen delaminasyon hasarı ve görüntü işlemeyle elde edilen 3 boyutlu delaminasyon topografyası [95]

Vignoles yaptığı çalışmada gözenekli yapıdaki karbon takviyeli kompozitte X-ışını tomografisi yöntemiyle elde ettiği görüntüleri işleyerek değerlendirme yapmaya

66

çalışmıştır. Temelde karbonun zayıf X-ışını emme karakteristiği kullanılarak görüntüleme tekniği için bir algoritma geliştirilmiştir. Burada kullanılan görüntü işleme metodunun aynı zamanda gözenekli yapıya sahip birçok seramik esaslı kompozit iç yapısının da incelenmesinde kullanılabileceği öngörülmüştür [97]. Şekil 5.19’ da bu çalışmalar ile elde edilen görüntüler verilmiştir.

Şekil 5.19. X-ışını tomografisi ile elde edilen karbon fiber takviyeli kompozit görüntüsü ve görüntüye ait grilik değeri histogramı [97]

Kompozitlerde hasar tanımlanmasında görüntü işleme metodunun kullanılmasıyla ilgili ilginç bir çalışma Comer ve arkadaşları tarafından gerçekleştirilmiştir. Yaptıkları çalışmada havacılık yapılarında üst üste binen kompozitlerin yapıştırma yöntemiyle birleştirilmesi sonrası yük altında gerilmeye bağlı deformasyonlar görüntülenmeye çalışılmıştır [98]. Şekil 5.20’ de bu çalışmalar ile elde edilen görüntüler verilmiştir.

Şekil 5.20. Farklı eksenlerde yapışma bölgesinde ortaya çıkan gerilmelerin grilik değeri kontur dağılımları (a) x ekseni (b) z ekseni [98]

67

6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR