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: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1997
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
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
- Ergimiş tuz elektroliz yöntemiyle çeliklerin borlanması ve proses parametrelerinin optimizasyonu
Electrochemical Boronizing of steels in molten salt and optimization of process parameters
GÜLDEM KARTAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERVET TİMUR
- Seismic behaviour of historical stone masonry multi-leaf walls
Çok tabakalı tarihi taş yığma duvarların deprem yükleri altında davranışı
CEM DEMİR
Doktora
İngilizce
2012
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Toz püskürtme yöntemi ile bronz kaplanmış çelik malzemelerde kaplama arayüzeyinin incelenmesi
Investigation the interface of bronze coated steel by powder spraying technique
CEVAT KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM KURT
- Çelik ile bakırın sürtünme kaynak yöntemi ile birleştirilebilirliğinin araştırılması
Investigation of the joinability of steel and copper using friction welding method
İBRAHİM SANCAKTUTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKarabük Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP KAYA