A physics-based single crystal plasticity model for crystal orientation and length scale dependence of machining response
Tek kristal malzemelerin talaşlı imalat tepkisinin kristal konumu ve uzunluk ölçeği bağımlılığı için fiziksel temelli kristal plastisite modeli
- Tez No: 507380
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERALP DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Mikroişleme teknikleri, Micromachining techniques
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Minyatürleşmeye yönelik son eğilimler ve talepler, esnekliği en fazla olan mikro-seviye üretim yöntemlerinden biri olan hassas talaşlı imalat prosesinin ve teknolojilerinin önemini arttırmıştır. Mikro seviye talaşlı imalat esnasında kesme derinliği, takım radyusu gibi parametreler, kristal ölçüleri ile kıyaslanabilir seviyelerde olduğu için malzemenin kristal oryantasyonunun, kesme ve plastik deformasyon esnasında malzeme tepkisi üzerinde ciddi bir etkisi olmaktadır. Tek kristal malzemelerin gösterdiği yüksek anizotropik davranış nedeniyle mikro seviyelerde yapılan bu kesme işlemleri için oluşturulacak analitik modellerde, kristal anizotropisinin; kesme kuvvetleri ve yüzey kalitesi gibi kesme tepkisi üzerine olan etkilerinin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Bu tez, yüzey merkezli kübik yapıya sahip tek kristal malzemelerin deformasyon mekanizmasını açıklayan ve kristal plastisite kinematiği ve fiziksel temel denklemleri baz alan bir hassas talaşlı imalat modeli sunmaktadır. Sunulan modelde kullanılan temel kanunlar tamamıyla fiziksel olarak ölçülebilen değişkenler üzerinden ifade edilmektedir. Boyut etkisi ilave edilen pekleşme terimi yardımıyla kayma gerinimleri ve kayma düzlemi uzunluğunun bir fonksiyonu olarak modele dahil edilmiştir ve kesme derinliğindeki azalmaya ve dolayısıyla kayma düzlemi boyutundaki azalmaya bağlı olarak, istatiksel olarak saklanmış dislokasyon miktarında meydana gelen artış üzerinden açıklanmıştır. Bu çalışmada takım radyusu etkisi hesaba katılmamıştır ve gerinim, deformasyon hızı etkisi mevcuttur. Tez kapsamında anlatılan model, optimal kayma açısı değerini bulabilmek için spesifik bir kristal oryantasyonu ve talaşlı imalat parametreleri için deformasyon esnasında yapılan toplam işin minimizasyonu yöntemini kullanmaktadır. Model, Cohen'in Aluminyum ve Bakır tek kristal malzemeler üzerinde yaptığı deneylerde gözlemlenen kuvvet varyasyonlarını yüksek bir korelasyonla açıklayabilmektedir.
Özet (Çeviri)
Recent demands towards the miniaturization raises the importance of micro-machining, which is one of the most flexible manufacturing processes. The cutting parameters such as depth of cut, tool diameter etc. have become comparable to the dimensions of the crystals during machining at micro scale which effects on the machining response of the material. Due to the highly anisotropic behavior of single crystals, it is important to consider the effect of the crystallographic orientation on the cutting response.In this work, micro-machining model based on crystal plasticity kinematics and physics based constitutive descriptions is developed for FCC single crystals. The proposed model contains constitutive laws that are based on physics-based material state variables. The size-effect is also incorporated to the physics based constitutive laws as an additional strain hardening term that is a function of the amount of shear and shear plane length. Size dependence is related to the nature of the shearing process being confined to smaller shear planes as the depth of cut decreases and the corresponding increase in the statistically stored dislocation density. In this work the effect of edge radius is not considered and the effect of strain-rate is present. The total work is minimized to find the shear angle for any given crystal orientation and the selected machining parameters. The model is applied simulate the experimental force fluctuations of single crystals of aluminum and copper in Cohen's work with a reasonably good agreement.
Benzer Tezler
- Development of crystal plasticity models in a thermomechanical variational framework for magnesium alloys
Magnezyum alaşımları için termomekanik varyasyonel çerçevede kristal plastisite modellerinin geliştirilmesi
NECDET ALİ ÖZDÜR
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAHİT CAN AYDINER
- Ann-assisted numerical modelling of lifetime estimation for single crystals in turbine blades
Türbin kanatlarinda tek kristallerin ömür tahmini için yapay sinir aği destekli sayisal modellemesi
UTKU KAFTANCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ASLAN
- Implementation of the crystal plasticity finite elementmethod
Kristal plastisite sonlu elemanların uygulaması
MEHRDAD GHANBARI AZAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CAHİT CAN AYDINER
- Çoklu ferroik tek kristal film tabanlı aygıtların yapımı ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of multiferroic single crystal film based devices
CİHAT BOYRAZ
Doktora
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ ARDA
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
- Physics and applications of photonic crystals
Fotonik kristallerin fiziği ve uygulamaları
BURAK TEMELKURAN
Doktora
İngilizce
2000
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EKMEL ÖZBAY