Arayüzeyinde çatlak bulunan bimateryalin termomekanik incelenmesi
Thermomechanical analysis of bimaterial an interfacial crack
- Tez No: 65575
- Danışmanlar: PROF. DR. TEVFİK AKSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Arayüzler, Birleştirme, Termomekanik, Çatlak kapanması, Interfaces, Joint, Thermomechanical, Crack closure
- Yıl: 1997
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
ÖZET Gerçek hayatta karşılaşılan birçok uygulama iki farklı malzemenin birleştirilmesini gerektirir. Bu tür birleştirmeler yapısal seramiklerden çok kristalli malzemelere kadar bir çok malzemeyi ve mikro-elektronikten yapı mühendisliğine kadar geniş bir uygulama alanının içine alır. Her ne kadar güvenli bir birleştirme için gerekli önlemler alınsa bile, ara yüzeyde boşluk, çentik veya mikro-çatlak şeklinde hatalar bulunabilmektedir. Hatalar çok çeşitli olmakla beraber en çok karşılaşılan tip ara yüzey çatlağıdır. Bu durumda, problem farklı elastik özelliklere sahip iki homojen malzemenin ara yüzeyinde bulunan çatlağın davranışının araştırılması şeklini alır. Böyle bir malzeme ısıl ve/veya mekanik yüklemeye maruz kaldığında ara yüzey çatlağının ucunda gerilme yığılması olur ve kırılma buradan başlar. Farklı genleşme katsayılarına sahip iki farklı malzemeden yapılmış bir levhanın sıcaklığında değişme olduğunda veya bir levhanın çeşitli noktalan arasında sıcaklık farkı oluştuğunda, malzemelerde veya bir malzemenin çeşitli bölgelerinde farklı genleşmeler ve bunun sonucunda ısıl iç gerilmeler oluşur. Bu türden problemlerle bir çok tasarım ve araştırma alanında karşılaşılır. Bunlara örnek olarak içten yanmalı motorlar, jet motorları, nükleer güç santralleri dahil olmak üzere enerji üretim santralleri, basınçlı kaplar ve borular, kaynak sırasında oluşan ısınma sayılabilir. Bu nedenle, mukavemet, rij itlik, kırılma tokluğu, yorulmaya ve çevresel etkilere karşı direnç, çalışma sıcaklığında kabul edilebilir sürünme oram ve bunlara ilaveten fiyat ve özgül ağırlık açısından gerekli özellikleri sağlayacak malzemelerin bulunması genellikle tasarımı sınırlayan faktördür. Bu çalışmada, ara yüzeyinde çatlak bulunan bir bimateryal levhada, kenardan yapılan ısıtma sonucu oluşan ısıl gerilme ve J integral değerindeki değişimin araştırılması için sonlu elemanlar metodu kullanılarak bir model geliştirilmiştir. Bu amaçla, sonlu elemanlar metodunun ön işlem, işlem ve ard işlemleri için BASIC ve FORTRAN 77 dillerinde çeşitli bilgisayar programlan hazırlanmıştır. Bu modelin bir uygulaması olarak, bakır ve aralditten oluşan, çeşitli boylarda merkez veya çift kenar çatlağına sahip bimateryal incelenmiştir. Gerilmeler ayrıca bu çalışmada geliştirilen ısıtma aparatı kullanılarak, fotoelastik yöntemle de incelenmiştir. Karşılaştırma sonucunda iyi bir uyum görülmüştür. Son olarak, belirli bir sıcaklık alanı için, çeşitli çatlak durumlarına sahip bimateryallerde J integral değerini en çok etkileyen malzeme özelliği araştırılmıştır. Bunun sonunda levhayı oluşturan malzemelerin kayma modülleri ve ısıl genleşme katsayıları arasındaki fark en önemli parametreler olarak belirlenmiştir. vı
Özet (Çeviri)
ABSTRACT Many physical applications require joining of two dissimilar materials. The joints of this nature range from structural ceramics to polycrystalline alloys, and their fields of application range from microelectronics to structural engineering. Despite precautions are taken to ensure reliable bonding of materials, imperfections may be present at the interface in the form of voids, flaws, or microcracks. The forms of the flaws differ substantially but a primary type is interfacial crack. The problem in this context is the behavior of a crack lying along the interface of two homogenous bodies with different elastic properties. When such a material is subjected to thermal and/or mechanical loading, stress concentration occurs at its interfacial crack tip, and fracture starts from there. Changes in temperature in a plate made of two phase materials with different coefficients of thermal expansion or temperature difference in a plate made of homogenous material at different points, for each of the phases for bimaterial plate or locations having different temperatures cause differential strains which give rise to internal thermal stresses and deformations. These types of problems occur in many branches of engineering design and research: internal combustion engines, jet engines, and power generation industry including nuclear power stations, pressure vessels and piping, welds etc. Finding engineering materials which satisfy the requirements of strength, rigidity, fracture toughness, resistance to fatigue and environment, acceptable creep rates at operating temperature, as well as those of cost and density is often one of the main design limitations. In this study, a model for analysis of thermal stresses and variation of J integral value caused by edge heating in a bimaterial having interfacial crack is developed by the finite element method. Several computer programs have been prepared for pre-processing, processing and post-processing in BASIC and FORTRAN 77 languages. As an application of this model, Cu-araldit bimaterial plates having center or double edge crack in several sizes have been investigated. The stresses have also been analyzed by photoelastic method with a heating apparatus developed for this study. The comparison resulted in a good agreement. At the end, the property mostly affecting the value of J integral has been studied for given temperature field and several crack positions. The differences between modulus of shear and coefficient of thermal expansions of two different material have been found to be the most important parameters.
Benzer Tezler
- Bakır elementinin ve bakır eşdeğerinin yapı çeliklerinde yorulma performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of copper and copper equivalent effect on fatigue performance in structural steels
ALPER BAYRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KELAMİ ŞEŞEN
- Yapıştırıcı ile birleştirilmiş kompozit levhalarda ara yüzey çatlağın mekanik davranışının incelenmesi
Investigation of mechanical behavior of interface crack in adhesively bonded composite plates
MUHAMMED ALİ KEMALOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE ONUR KAMAN
- Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerden yapılmış termal bariyer kaplamalarındaki kenar çatlaklarının süreksiz rejimde sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Finite element analysis of edge cracks in the thermal barrier coating's made of functionally gradient materials in transient regime
EMİNE GÜLİN DİMİTOKA
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. BORA YILDIRIM
Y.DOÇ.DR. SERKAN DAĞ
- Eğilme momentine maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık mod kırılma analizleri
Mixed mode fracture analyses of deflected external surface cracks in hollow cylindrical structures under bending moment
MUHAMMET ÇALIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ OSMAN AYHAN
- Güçlendirilmiş geri dönüşüm asfalt agregası ile üretilen beton yol kaplamalarının mekanik özellikleri
Mechanical properties of concrete pavements produced with modified recycled asphalt aggregate
İZZETTİN ŞENBAYRAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP ALĞIN