Geri Dön

Development of a thermomechanical finite element model for laser powder bed fusion process and its comparison with inherent strain method

Lazer toz yatakli kaynaştirma sürecinin sonlu eleman yöntemi ile termomekanik modellenmesi ve öz gerinim yöntemi ile karşilaştirilmasi

  1. Tez No: 680370
  2. Yazar: CAN BAYRAKTAR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERALP DEMİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 93

Özet

Lazer toz yataklı kaynaştırma süreci bir eklemeli üretim yöntemi olup metal parçaların katmanlar şeklinde imalatında kullanılır. Süreç, karmaşık geometrilere ve işlenebilirliği düşük malzemelere sahip parçaların imal edebilmesi sayesinde özellikle son yıllarda havacılık ve otomotiv endüstrileri tarafından dikkat çekmiştir. Ancak, süreç esnasında yüksek sıcaklık farklarından dolaylı oluşan kalıntı gerilimler, üretilen parçaların kalitesini ve mekanik performasını olumsuz yönde etkilemektedir. Dolayısıyla kalıntı gerilimlerin süreç parametreleri ile ilişkisinin daha fazla araştırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, lazer toz yataklı kaynaştırma süreci simüle edilerek termal geçmiş ve kalıntı gerilmelerin tahmini için bir termomekanik sonlu eleman modeli geliştirilmiştir. Bunun için kullanıcı tanımlı alt rutinler ile birlikte bir ticari sonlu eleman yazılımı kullanılmıştır. Gauss teoremi kullanılarak geliştirilen bir yöntem, yüzey ısı kayıplarının hacimsel ısı kaybı olarak hesaplanbilmesi sağlanmıştır. Bu yöntem ile açık yüzeylerin her katmanda yeniden tanımlanması gereksimi ortadan kaldırılmıştır. Termomekanik model, eriyik havuzu boyutlarını deneysel sonuçlara göre %10'dan az hata ile hesaplamıştır. Parametrik bir çalışma ile süreç parametrelerinin eriyik havuz boyutlarına, sıcaklıklara, ve kalıntı gerilimlere etkisi incelenmiştir. Öz gerinim teorisinin gerilim bazlı olarak yeniden formüle edilmesiyle geliştirilen yöntem, kalıntı gerilimlerin sadece termal çözümü kullanarak hesaplanabilmesini sağlamıştır. Bu yöntem kalıntı gerilimleri termomekanik analiz sonuçlarına kıyasyla en fazla %15 sapma ile tahmin etmiştir. Ayrıca hesaplama süresi altı kat azaltılmıştır.

Özet (Çeviri)

The Laser Powder Bed Fusion process as an additive manufacturing method is used for layer-by-layer production of metal components. In recent years, the process has attracted great attention from industries such as aerospace and automotive because of its ability to produce parts with complex geometries from materials with low machinability. However, residual stresses that build up during the process due to high thermal gradients negatively affect the overall quality and mechanical performance of the end product. Hence, further investigation is needed on the relationship between process parameters and residual stresses. In this study, a thermomechanical finite element model was developed for the estimation of thermal history and residual stresses by simulating the LPBF process. A commercial finite element software was used in combination with user-defined subroutines. A methodology was implemented to the thermomechanical model to express surface heat losses as a volumetric heat loss using Gauss' theorem. This method eliminated the need to repeatedly define free surfaces after deposition of each layer. The model predicted the melt pool dimensions with a less than %10 error according to the experimental data. A parametric study was carried out to observe the impact of process parameters and scan pattern on melt pool size, maximum temperature and residual stresses. From the theory of inherent strain, a stress-based variant was developed to estimate stresses directly from a thermal solution. The developed method predicted the stresses with a maximum of %15 deviation in comparison to the thermomechanical solution and also computational time was decreased by six times.

Benzer Tezler

  1. Toz yatağında katmanlı imalat prosesinin sonlu elemanlarla modellenmesi

    Process modeling of powder bed fusion additive manufacturing with finite element method

    FATİH YARDIMCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU

  2. Çok disiplinli yaklaşımla katı yakıtlı roket motoru yapısal dayanım ve iç balistik performans optimizasyonu

    A multidisciplinary approach in optimization of a solid rocket motor for structural strength and internal ballistic performance

    CEYHUN TOLA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELİKE NİKBAY

  3. Anizotropik plastik akma yüzeyine dayalı sayısal hasar modelinin geliştirilmesi ve deneysel doğrulaması

    Development and experimental validation of a numerical damage model based upon an anisotropic plastic yield criterion

    TOROS ARDA AKŞEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET FIRAT

  4. Modeling the structural evolution of the detachment faults at Western Anatolia back arc system

    Batı Anadolu yay ardı havzasında gelişen düşük açılı normal fayların gelişiminin modellenmesi

    ÖMER BODUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OĞUZ HAKAN GÖĞÜŞ