Farklı Kalsiyum Karbonat Dolgu Miktarının Polipropilen Blok Kopolimer Numunelerde Genleme Hızının Çekme Davranışına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Sayısal Analizi ve Modellenmesi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2026

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Emir Haktan ÜNAL

Danışman: Şenol Şahin

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Sonlu Elemanlar Analizi (FEA), karmaşık malzeme sistemlerinin mekanik davranışını öngörmede deneysel süreçlerin maliyetini azaltan ve sınırlı veriyle dahi yüksek doğrulukta tasarım optimizasyonuna olanak tanıyan bir sayısal yöntemdir. Bu yöntemin başarısı, malzemenin mekanik yanıtını tanımlayan bünye denkleminin doğru seçilmesine ve model parametrelerinin hassas şekilde kalibre edilmesine bağlıdır. Bu çalışmada, kalsiyum karbonat (CaCO₃) dolgulu polipropilen blok kopolimer (PPB) kompozitinin zamana bağlı doğrusal olmayan davranışını tanımlamak amacıyla Bergström-Boyce (BB) hiper-viskoelastik modeli kullanılmıştır. Saf PPB ile hacimce %10 (kütlece ~%25), %20 (kütlece ~%43) ve %30 (kütlece ~%56) CaCO₃ içeren numuneler plastik enjeksiyon yöntemiyle üretilmiş; malzemenin deformasyon hızına duyarlılığını belirlemek üzere 3×10⁻⁴, 3×10⁻³ ve 7,25×10⁻³ s⁻¹ nominal genleme hızlarında tek eksenli çekme testleri yapılmış, küçük şekil değişimi bölgesinde elastik modül ölçümleri ekstansometre ile alınmıştır. Malzemelerin ısıl davranışı ayrıca DMA ve DSC ile karakterize edilmiştir. Bergström-Boyce modelinin parametreleri, deneysel veriler kullanılarak biri MCalibration® yazılımındaki optimizasyon algoritmalarına, diğeri bu tez kapsamında Python ortamında geliştirilen bir CMA-ES ve Levenberg-Marquardt algoritmasına dayanan iki bağımsız yaklaşımla belirlenmiş; modelin güvenilirliği iki aşamalı bir doğrulamayla (önce kalibrasyon verileri üzerinde, ardından kalibrasyonda kullanılmayan 30 ve 100 mm/dk hızlarındaki bağımsız veri setleriyle interpolasyon ve ekstrapolasyon koşullarında) değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar, CaCO₃ oranının artmasıyla elastik modülün belirgin biçimde yükseldiğini (saf PPB’de 1523 MPa’dan %30 takviyede 3716 MPa’ya), buna karşılık sünekliğin azaldığını ve akma davranışındaki hız duyarlılığının zayıfladığını göstermiştir; ısıl analizler ise dolgunun camsı geçiş sıcaklığını ve kristaliniteyi artırdığını ortaya koymuştur. Kalibre edilen Bergström-Boyce modeli kuvvet–uzama davranışını kalibrasyon verilerinde R² ≈ 0,92–0,99, bağımsız öngörü verilerinde ise R² ≈ 0,96–0,996 doğrulukla temsil etmiş; öngörü hatası dolgu oranı arttıkça azalmış ve en kararlı sonuçlar %30 dolgulu kompozitte elde edilmiştir. Elde edilen bulgular, kalibre edilen modelin söz konusu malzemelerin hız bağımlı çekme davranışını, özellikle kalibrasyon aralığına yakın koşullarda, mühendislik amaçlarına uygun doğrulukla öngörebildiğini göstermektedir.