Geri Dön

Finite element modelling and measurement of stress evoluation in quenching processes

Su verme işlemlerinde oluşan gerilmelerin sonlu eleman yöntemiyle modellenmesi ve ölçülmesi

  1. Tez No: 47249
  2. Yazar: CEMİL HAKAN GÜR
  3. Danışmanlar: PROF.DR. A. ERMAN TEKKAYA, PROF.DR. TAYFUR ÖZTÜRK, PROF.DR. ŞAKİR BOR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1995
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 169

Özet

Bu tezde, çeliklere su verme işleminin sonlu eleman yöntemi ile modellenmesi, buna dayanılarak geliştirilen bilgisayar programı, ve x-ışınları kırınımı ile yapılan kalıntı gerilme ölçümleri sunulmaktadır. Modelde, eksenel simetriye sahip parçalar temel alınmıştır. Hedeflenen sanayi uygulamaları, çatlak oluşumunun önlenmesi, su verme işlem parametrelerinin ve boyutsal etkilerin kontrolü, optimum servis davranışı için en uygun kalıntı gerilme dağılımının ve mikroyapının elde edilmesidir. Modelde, su verme işleminin tamamı incelenerek kalıntı gerilmeler hesaplanmaktadır. Sıcaklık dağılımı, konvektif sınır koşullarının etkilediği, doğrusal olmayan ve zamana bağlı ısı transferi problemine ait denklemlerin çözülmesi ile elde edilmektedir. Formüller faz dönüşümlerinden kaynaklanan ısı değişimlerini de İçermektedir. Soğuma eğrileri, basamak şeklinde kısa süreli eş- sıcaklık adımlarına dönüştürülmekte, ve eş-sıcaklık-dönüşüm (İT) diyagramları kullanılarak oluşan fazların miktarı bulunmaktadır. Gerilmelerin hesaplanmasında küçük gerinmeli şekil değiştirme ve termo-elasto-plastik malzeme davranışı temelalınmıştır. Sıcaklık farklarından ve faz dönüşümlerinden kaynaklanan gerinmeler yükleme adımlan olarak uygulanmıştır. Formüllerde, von Mises akma kriteri kullanılmış, eşyönlü doğrusal gerinme sertleşmesi varsayılmış, ve faz dönüşümlerinin plastik deformasyona olan etkisi dikkate alınmıştır. Elasto-plastik problemin çözümünde teğetsel modül yöntemi kullanılmıştır. Programda kullanılan tüm malzeme özellikleri sıcaklığa ve fazlara göre değişmektedir. Geliştirilen program, elde edilen sonuçlar önceki çalışmalarla ve x-ışınlan kırınımıyla ölçülen kalıntı gerilmelerle karşılaştırılarak kontrol edilmiştir. Bu programın, malzeme özelliklerinin ve su verme işlemi parametrelerinin soğuma hızlarına, faz dönüşümlerine, iç ve kalıntı gerilmelere olan etkilerinin incelenmesine yardımcı olabileceği sonucuna varılmıştır. Deneysel çalışmalarda, C60 çeliğinden silindir, ortadan delinmiş ve merkezden kaçık olarak delinmiş silindirlerden oluşan çeşitli numune serileri hazırlanmıştır. Su verme işlemlerinden sonra, parça yüzeyindeki kalıntı gerilmelerin eksenel ve teğetsel bileşenleri x-ışınları kırınımıyla ölçülmüş, aynca kalıntı gerilmelerin derinlik profilleri elde edilmiştir. Sonuçta, su verme koşullarının yanısıra, numunelerdeki delik çaplarının ve merkezden kaçıklık derecelerinin de parçada oluşan kalıntı gerilmeleri önemli ölçüde etkilediği belirlenmiştir. Anahtar Sözcükler : Sonlu Eleman Modellemesi, Kalıntı Gerilme, Su Verme, X-ışınlan Kırınımı vı

Özet (Çeviri)

This thesis presents a computer program developed to simulate the quenching of axisymmetric parts, and the measurements of residual stresses by x- ray diffraction. The aimed industrial applications are avoidance of crack formation, control of dimensional effects and quench parameters, achievement of a desired microstructure and residual stress distribution for an optimum service behavior. In the finite element modeling, residual stresses are calculated through a tracing of the whole time history of quenching. Temperature distribution is calculated by solving the equation governing a non-linear transient heat conduction problem with convective boundary conditions. The latent heat contributions due to phase transformations are included. Volume fractions of phases are determined by discretizing the cooling curves in a succession of isothermal steps and using the IT-diagrams. In the stress calculations, small-strain deformation and thermo-elasto-plastic material behavior are assumed. Thermal and transformation strain rates are applied as load steps. Constitutive equations are defined by a yield function based on the von Mises' yield criterion and the massociated flow rule. Isotropic linear strain hardening is assumed, and effect of phase transformation on plastic flow is included. The elasto-plastic problem is solved by the tangent modulus method. All material properties are considered as dependent on temperature and the phases. The model is verified by comparing the results with previous studies and residual stress measurements. It is concluded that the program can be utilized to investigate the effects of both the material properties and the quenching medium on the cooling rate, microstructural evolution, internal stress and residual stress distribution in the component In the experimental part, series of samples are prepared from C60 steel such as solid cylinders, hollow cylinders, and cylinders with eccentrically drilled holes. Tangential and axial components of surface residual stresses are measured by x-ray diffraction, and depth profile of residual stresses are also obtained. The results show that besides the quenching conditions the diameter and eccentricity of holes have important influences on the residual stress state. Keywords : Finite Element Modeling, Residual Stress, Quenching, X-ray Diffraction IV

Benzer Tezler

  1. Tez No

    176891

    3D finite element simulation of steel quenching in order to determine the microstructure and residual stresses

    İç yapı ve kalıntı gerilimlerin belirlenmesi için çeliklere su verme işleminin 3 boyutlu sonlu elemanlar yöntemi ile benzetimi

    CANER ŞİMŞİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEMİL HAKAN GÜR

  2. Tez No

    483999

    Residual strength estimation and imperfection modelling for plastically deformed stiffeners

    Plastik şekil değiştirmeye maruz kalmış stifnerlerin mukavemet kapasitesinin ve kalıcı şekil değiştirmelerinin tayini

    İSMAİL KAHRAMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. GÖKHAN TANSEL TAYYAR

  3. Tez No

    572261

    Şev güvenliğinin belirlenmesine yönelik zemin etütleri, zemin modelleme ve depremli durum şev stabilitesi analizleri içeren bir vaka analizi

    A case study including soil investigation, geotechnical modelling and seismic slope stability analyses for determination of the safety of a slope

    CANDENİZ DOLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN YILDIRIM

  4. Tez No

    506572

    İstanbul metrosu Kirazlı-İkitelli arasında ikiz tünel kazılarına bağlı oluşan yüzey oturmalarının değerlendirilmesi

    Evaluation of excavation induced surface settlement of Kirazlı and Ikitelli twin metro line

    SAVAŞ DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. Yılmaz Mahmutoğlu

  5. Tez No

    712131

    Aort kapağı kan akımının katı-sıvı etkileşim yöntemiyle sayısal incelenmesi

    Numerical investigation of the aortic valve blood flow using fluid-structure approach

    ARMİN AMİNDARİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR KIRKKÖPRÜ

Geri Dön