Fatigue crack propagation in thin walled structures
İnce cidarlı yapılarda yorulmayla çatlak ilerlemesi
- Tez No: 863388
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ ALTAY, PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 59
Özet
Uçaklarda çatlağın ne zaman başlayacağını tahmin etmek zordur. Uçağın belirli bir parçasında çatlak oluştuktan sonra uçağın kullanılabilir olması bizim için önemlidir. Bu yüzden çatlak ilerleme analizleri bir uçak için yapılmalıdır. Uçak endüstrisinde hasar tolerans analizleri büyük önem taşır. Hasar toleransı bir parçanın hasara uğradıktan ne kadar sonra işlevini yitireceğini gösterir. Güvenli ömür ve hasar toleransı yapıların yorulmaya karşı tasarımlarında kullanılan iki ana yaklaşımdır. Güvenli ömür yaklaşımında, parçanın yorulmaya karşı dayanımı ve toplam ömrü hesaplandıktan sonra parça ömrü tamamlanmadan değiştirilir. Böylece yapının hasara uğraması engellenmiş olur. Bazı parçaların yorulmadan dolayı ne zaman kırılacağı tahmin edilebilirdir. Bu parçalara bu yaklaşım uygulanabilir. Ama bazı parçalarda üretimden kaynaklanan ön bir kusur olabilir ve bu yaklaşımla bu kusurun parçanın ömrüne nasıl etki edeceği öngörülemez. Bu sayılan ön kusur, bakımdan kaynaklanan hatalar ve kullanım sırasında öngörülemeyen hasarların varlığı nedeniyle bu yaklaşım yetersiz görülmüştür. Bu yetersizlik 1960'lı yıllarda yerini bu gibi kusurların bakım sırasında tespit edilmesine dayanan kırım güvenli tasarım yaklaşımına bırakmıştır. 1970'li yıllarda bu yaklaşım genelleştirilmiş ve hasar toleransı yaklaşımı ortaya çıkmıştır. Artık kırım güvenli tasarım yaklaşımı hasar toleransı yaklaşımının bir alt dalı olarak görülmeye başlamıştır. Bu yaklaşımla öngörülemeyen kusurlara rağmen parçanın güvence altına alındığı söylenebilir. Hasar toleransı yaklaşımında iki yapı biçimi vardır. Birincisi parçada oluşacak çatlağın yavaşça ilerleyeceğini ve bakım esnasında görülebileceğini öngören yavaş çatlak büyümeli yapı, diğeri ise herhangi bir parça kırılsa bile yapının işlevini bir süre daha sürdürebileceğini öngören kırım güvenli yapıdır. Uçaklarda hasarların oluşmasının en önemli sebeplerinden bir tanesi yorulmadır. Uçaklarda hasarlar genellikle bu yüzden oluşur. Uçak parçalarında ya imalattan dolayı ya da servis esnasında tekrarlayıcı yüklerden dolayı çatlaklar meydana gelebilir. Bu çatlaklar etkiyen yüklerin büyüklüğüne, frekansına vs. bağlı olarak zamanla büyür. Çatlak ne kadar büyükse o kadar gerilme konsantrasyonu meydana gelir. Buna bağlı olarak çatlak ilerleme hızı zamanla artar ve parçanın mukavemeti düşer. Parçanın mukavemeti belirli bir zaman sonra o kadar düşer ki artık üzerine gelen yükleri taşıyamaz hale gelir. Çoğu parçanın tasarımı servis yüklerini taşıyabilecek şekildedir. Ama parçada gerilme konsantrasyonu varsa servis yükler çatlağı başlatabilir. Kırılma mekaniği çatlakların nasıl ilerlediğini inceleyen mekaniğin bir dalıdır. Bir çatlağın ilerlemesini sağlayan kuvveti bulmak için analitik katı mekaniği yöntemleri, bu çatlağın ilerlemeye karşı direncini bulmak için ise deneysel katı mekaniği yöntemleri kullanılır. Teorik olarak bakılırsa keskin bir çatlak ucunda gerilme sonsuz olur. Bir çatlak üzerindeki yükler kırılma mekaniği ile tespit edilir. Genellikle çatlak ucundaki yükler tek bir parametre ile karakterize edilir. Eğer çatlak ucundaki plastik bölge çatlak boyundan küçükse çatlak ucundaki stresler malzemedeki elastik kuvvetlerden kaynaklanır ve gerilme şiddet faktörü K ile karakterizedir. 1957'de G. Irwin herhangi bir stres durumunun 3 bağımsız stres yoğunluğu faktörü cinsinden ifade edilebileceğini bulmuştur: Mod I: Açma modu Mod II: Kayma modu Mod III: Yırtılma modu Eğer çatlak ucundaki plastik bölge çok büyük ise elastik-plastik kırılma mekaniği kullanılır. Başka bir parametre olarak karakterize edici parametre gösterilebilir. Bu parametre var olan çatlağın test edilmiş olanlarla benzerliğini gösterir. Parametreler için belirli değerler vardır ve bu değerler aşıldığında çatlak büyümesi olur. Korozyon da çatlak büyümesine neden olan başka bir parametredir. Küçük üretim kusurları gibi başka kusurlar da yüksek devirlerde çatlak büyümesi meydana getirebilir. Çatlağın gerilme şiddetine bağlı olarak büyüdüğü olay yorulma diye adlandırılır. Uygulanan yüklemeyle beraber çatlakta belirli bir ΔK meydana gelir. Bu faktör kırılma tokluğunu aşarsa malzeme kırılmaya başlar. Çatlak büyümesinin hesaplanması hasar toleranslı mekanik tasarım disiplininin bir parçasıdır. Mühendislikte, hasar toleransı bir yapının onarıma kadar çatlaklarla ne kadar süre işlevini yerine getirebileceğiyle ilgilidir. Bu yaklaşım her mühendislik tasarımında çatlakların olabileceği ve ilerleyebileceğine dayanır. Bu yaklaşım uçak mühendisliği, makine mühendisliği ve inşaat mühendisliğinde çatlak ilerlemesini kırılma mekaniğini kullanarak kontrol altına almak için sıklıkla kullanılır. Eğer bir yapının kalan ömrü kabul edilebilir limitin altına düşmeden bakımı yapılıyorsa bu yapının hasar toleransının iyi olduğu söylenebilir. Bu çalışmada bir C kesitli kirişin çatlak ilerlemesi için bir model kurmak ve bir plaka için çatlak ilerleme prosesi ele alındı. Bu doğrultuda öncelikle alüminyum bir plakanın çekme testi gerçekleştirildi. Çekme testinden malzemenin elastisite modülü ve akma dayanımı elde edildi. Sonra plaka için çatlak ilerlemesi testleri yapıldı. Bu testler İTÜ Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Kompozit ve Yapı laboratuvarında gerçekleştirildi. Daha sonra analizler yapılıp sonuçlar karşılaştırıldı. Sonuçların belirli bir hatayla birbiriyle örtüştüğü görüldü. Kurulan modelde çatlak ucunda 0.15 mm element kullanıldı.Tüm elementler lineer dörtyüzlü elementlerdi. Model lineer elastik kırılma mekaniği yaklaşımıyla çözüldü. Bu yaklaşımda malzemenin izotropik ve lineer elastik olduğu kabul edilir. Sonra kurulan model kiriş için uygulandı. Kirişe 0-1 kN değişken kuvvet uygulandı. Bu C kesitli kiriş için de aynı model kullanıldı. Lineer elastik kırılma mekaniği yaklaşımları kullanıldı. Yani malzeme izotropik ve lineer elastik kabul edildi. Eleman tipi lineer dörtyüzlü elemanlardı çünkü bu elemanlarda parçanın modellenmesi kolaydı ve bu yaklaşımla yapılan hatanın az olacağı öngörüldü. Sonunda kirişin 0-1 kN değişken kuvvete kaç çevrim dayanabileceği aynı model kullanılarak bulundu. Kirişin bu kuvvete 107 çevrim dayanabileceği tespit edildi.
Özet (Çeviri)
In engineering, damage tolerance can be defined as durability of a structure in the presence of a crack. Damage tolerance applications are used in variety of engineering disciplines to control the extension of a crack such as aerospace engineering, mechanical engineering and civil engineering. If the structure can be maintained before when the failure occurs, this structure said to be damage tolerant. The study examined how tolerant the C shape beam was against damages. In this study, a C shape beam was analyzed with using Ansys Workbench software. It is intended to determine how many cycles can the beam endure under 0-1 kN variable load. Since several difficulties were encountered when performed tests using the beam, a plate was preferred to use to do tests and analyzes. Firstly, in the intend of getting elasticity modulus and young's modulus of the material tensile test was done. Following this, crack propagation tests were done in Composite and Structure laboratory, ITU Aerospace Engineering Faculty, with the plate. An analysis was also done to get a model for the plate. When compared, it was seen that there was a 29% difference among tests and analyzes results. Model which was used for the plate was used for the beam. In the analysis, linear elastic fracture mechanics assumptions were used which were: material is isotropic and linearly elastic. Linear tetrahedral elements were used for the model. For whole body 10 mm elements, near the crack tip 0.15 mm elements were used. Element sizes were at its optimum level in terms of solution time and precision of solution. Pre-meshed crack option of the software was used to define the crack. The dimensions of C shape beam was specified with respect to literature. The beam was applied 0-1000 N varying force. The applying force was ramped. Finally, it was found that the beam could endure this load along 107 cycles.
Benzer Tezler
- GGG 40 sınıfı küresel grafitli dökme demirlerin yorulma davranışına tin kaplamanın etkisi
Başlık çevirisi yok
GÖKHAN BAŞMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. KELAMİ ŞEŞEN
- Plazma nitrürlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin mikroyapı, mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması
An investigation of microstructure, mechanical and tribological properties of the plasma nitrided nodular cast irons
KEMAL YILDIZLI
Doktora
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. BAKİ KARAMIŞ
- TİN kaplama parametrelerinin aşınma davranışı üzerindeki etkisi
The Effect of coating parameters on the wear behaviour of TİN
OĞUZ AKKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. E. SABRİ KAYALI
- Fatigue crack propagation under compressive underloads
Aşırı basma altında yorulma çatlağı ilerlemesi
TUNCAY AYKAÇ
