Dynamic behavior of functionally graded plates under impact loads: Mechanical characterization, impact tests, and numerical modeling
Fonksiyonel derecelendirilmiş plakaların çarpma yükleri altında dinamik davranışları: Mekanik karakterizasyon, çarpma testleri ve sayısal modelleme
- Tez No: 720152
- Danışmanlar: PROF. DR. RECEP GÜNEŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 173
Özet
Bu tez, katmanlı Al6061/SiC FDM (Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzeme) plakaların üretimi, mekanik karakterizasyonu, darbe testleri ve sayısal modellemesini içeren bütüncül bir çalışma sunmaktadır. FDM plakaların düşük ve yüksek hızlı çarpma davranışını tahmin etmek için gerçekçi sayısal modellerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. FDM plakaların, sünekten kırılgana mekanik davranış geçişini temsil eden metal-zengin, doğrusal ve seramik-zengin olmak üzere üç farklı malzeme bileşimi dikkate alınmıştır. Düşük ve yüksek hızlı çarpma deneyleri için sırasıyla ağırlık düşürme test yöntemi ve tek kademeli gaz silah sistemi kullanılmıştır. FDM plakaların sayısal modellemesi LS-DYNA® eksplisit sonlu elemanlar kodu ile gerçekleştirilmiştir. FDM plakaların yapısal modellemesi için, FDM katmanlarının mekanik karakterizasyonu, yarı-statik basma ve Split-Hopkinson Basınç Çubuğu (SHPB, Split-Hopkinson Pressure Bar) test yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal modellerde, yarı-statik ve yüksek şekil değiştirme hızlarında mekanik karakterizasyon ile elde edilen FDM plakaların gerçek mekanik davranışını dikkate alan katman bazında deneysel tabanlı bir modelleme yaklaşımı uygulanmıştır. FDM plakaların bileşimsel gradyanına ve yükleme hızına (düşük veya yüksek hızlı çarpma) bağlı olarak farklı yapısal modelleme yaklaşımları sunulmuştur. Metal-zengin ve doğrusal FDM plakaları için, düşük hızlı çarpma analizinde Piecewise Linear Plasticity modeli kullanılarak şekil değiştirme hızından bağımsız bir yapısal modelleme yaklaşımı sunulurken, yüksek hızlı çarpma analizinde temel olarak Plasticity with Damage modelini kullanan şekil değiştirme hızına bağlı bir yapısal modelleme yaklaşımı sunulmuştur. Seramik-zengin FDM plakasının yüksek seramik içerikli katmanları için, hem düşük hem de yüksek hızlı çarpma analizlerinde, Karagozian & Case (K&C) Concrete Model - Release III beton hasar modeli önerilmiştir. Sayısal sonuçlar, geliştirilen sayısal modellerin, FDM plakaların düşük ve yüksek hızlı çarpma davranışını genel olarak iyi bir uyum ile tahmin ettiğini göstermiştir. Özellikle, seramik-zengin FDM plakası için önerilen beton-hasar tabanlı yapısal modelleme yaklaşımı, elastoplastik modelleme yaklaşımı ile karşılaştırıldığında sayısal sonuçlar için mükemmel bir iyileşme göstermiştir ve önerilen bu model, seramik-zengin FDM plakasının konik çatlak, konoid kırılma ve parçalanma gibi kırılgan hasar modlarını başarılı bir şekilde yakalamıştır.
Özet (Çeviri)
This study presents a holistic effort including the production, mechanical characterization, impact tests, and numerical modeling of the layered Al6061/SiC FGM (Functionally Graded Material) plates. It is aimed to develop realistic numerical models for predicting the low- and high-velocity impact response of the FGM plates. Three different material compositions of the FGM plate as the metal-rich, linear, and ceramic-rich are considered representing the mechanical behavior transition from ductile to brittle, respectively. Drop-weight impact test method and a single-stage gas gun are utilized respectively for the low- and high-velocity impact experiments. Numerical modeling of the FGM plates is performed by the explicit finite element code, LS-DYNA®. For the constitutive modeling of the FGM plates, mechanical characterization of the FGM layers is performed using the quasi-static compression and SHPB (Split-Hopkinson Pressure Bar) test methods. An experimental-based layer-wise modeling approach that considers the actual mechanical behavior of the FGM plates by the quasi-static and high strain-rate mechanical characterization is implemented in the numerical models. Different constitutive modeling approaches are presented depending on the compositional gradient of the FGM plates and the loading rate (low- or high-velocity impact). For the metal-rich and linear FGM plates, a rate-independent constitutive modeling approach using Piecewise Linear Plasticity Model is presented in the low-velocity impact analysis, while a rate-dependent constitutive modeling approach utilizing mainly Plasticity with Damage Model is developed in the high-velocity impact analysis. For the high ceramic content layers of the ceramic-rich FGM plate, a concrete damage model, Karagozian & Case (K&C) Concrete Model - Release III, is proposed for both low- and high-velocity impact analysis. The numerical results indicate that the developed numerical models predict the low- and high-velocity impact response of the FGM plates with a good agreement in general. Particularly, the proposed concrete damage-based constitutive modeling approach for the ceramic-rich FGM plate shows an excellent improvement for the numerical results compared to the elastoplastic modeling approach, and the improved model successfully captures the brittle damage modes of the ceramic-rich FGM plate such as cone crack, conoidal fracture, and comminution under the impact loads.
Benzer Tezler
- Bir ve iki yönlü fonksiyonel kademelendirilmiş plakalarda meydana gelen hasarların peridinamik teorisi kullanılarak incelenmesi
Investigation of damages in one- and two- dimensional functionally graded plates using peridynamic theory
İBRAHİM OLMUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET DÖRDÜNCÜ
- Statics and dynamics of super elliptical homogeous and FGM plates
Homojen ve FGM süper eliptik plakların statik ve dinamiği
SEYİT ÇERİBAŞI
Doktora
İngilizce
2007
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLAY ALTAY
- Development of a new spectral modeling approach to investigate the dynamic and buckling behavior of composite structure
Kompozit yapıların dinamik ve burkulma davranışını araştırmak için yeni bir spektral modelleme yaklaşımının geliştirilmesi
MIRMEYSAM RAFIEI ANAMAGH
- Piezoelektrik sensör ve eyleyici entegre edilmiş akıllı kiriş ve plakaların aktif titreşim kontrolü, statik ve dinamik analizi
Active vibration control, static and dynamic analysis of smart beam and plates integrated with piezoelectric sensor and actuator
KERİM GÖKHAN AKTAŞ
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL ESEN
- Fonksiyonel derecelendirilmiş Al2O3 CYZS termal bariyer kaplamaların cmas ve sıcak korozyon özelliklerinin belirlenmesi
Determination cmas and hot corrosion properties of functionally graded Al2O3 CYSZ thermal barrier coatings
FATİH KIRBIYIK
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER