Karbon kompozit çarpışma kutularında metal takviyesinin çarpışma performansına etkisinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Trafikteki otomobil sayısının artması doğal olarak trafik kazalarının da artmasına sebep olmaktadır. Otomobillerde olası bir kaza durumunda gerek şoför gerekse yolcuların güvenliğini sağlayabilmek amacıyla çeşitli güvenlik sistemleri kullanılmaktadır. Pasif güvenlik elemanlarından biri olan çarpışma kutuları genellikle alüminyum ve çelik malzemelerden üretilmektedir. Fakat her geçen gün yakıt tüketiminin ve karbon emisyonunun azaltılması için çarpışma kutuları dahil araçların birçok elemanı kompozit malzemelerden özellikle de karbon fiber malzemelerden imal edilmek istenmektedir. Bu çalışmada, metal örgü tel takviyesinin karbon fiber kompozit çarpma kutularının çarpışma performansına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Silindirik geometriye sahip dört farklı tip metal takviyeli ve iki adet takviyesiz olmak üzere altı farklı tip test numunelerinden üçer adet toplamda on sekiz çarpışma kutusu numunesi üretilmiş ve aynı şartlarda düşürme testlerine tabi tutulmuştur. Deneylerde metal takviyeli karbon fiber çarpışma kutularında tel çapı ve tel yoğunluğu değişken olmak üzere dört farklı AISI304 örgü tel kullanılmıştır. Metal takviyeli numunelerde örgü tel, çift eksenli (biaxial) tipi iki karbon fiber kumaş arasına yerleştirilmiştir. Metal takviyesiz test numunelerinde ise ilk test numunesinde iki kat ve üç kat çift eksenli (biaxial) tipi karbon fiber kumaş, elle yatırma yöntemi ve reçine kullanılarak üretilmiştir. Deneyler sonucunda düşük çaplardaki ince metal tel takviyesinin kalın örgülü tele kıyasla daha iyi sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Ancak karbon kompozit çarpışma kutularında metal örgü teli takviyesinin, birim kütle başına özgül enerji emilim değerini azalttığı ve bu nedenle çarpışma kutusu performansına kayda değer bir pozitif etkisinin olmadığı anlaşılmıştır.

Various safety systems are used to ensure the safety of both drivers and passengers in the event of an accident. Crash boxes which are one of the passive safety elements, are usually made of aluminum and steel materials. However, many elements of vehicles and crash boxes are prefer to be made of composite materials, especially carbon fiber materials in order to reduce fuel consumption and carbon emissions. In this study, the effect of metal mesh wire reinforcement on collision performance on carbon fiber composite crash boxes was investigated experimentally. A total of eighteen impact box samples were produced from six different types of test specimens, four different types of metal reinforced with cylindrical geometry and two without reinforcement, and subjected to drop tests under the same conditions. In the experiments, four different AISI304 meshed wires were used, with variable wire diameter and wire density in metal reinforced carbon fiber collision boxes. In metal reinforced samples, the mesh wire is placed between two biaxial type carbon fiber fabrics. In the non-metal reinforced test specimens, two and three layers of biaxial carbon-fiber fabric was produced. As a result of the experiments, it has been observed that the reinforcement of thin metal wire with low diameters gives better results than the thick meshed wire. However, it has been found that the reinforcement of metal meshed wire in carbon composite crash boxes reduces the specific energy absorption value per unit mass and therefore has no significant positive effect on crash box performance.