Cracking behavior of functionally graded material (FGM) coatings subjected to thermal shock
Termal şoka maruz kalan fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM) kaplamaların çatlama davranışı
- Tez No: 952527
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET NURULLAH BALCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Bu tez çalışmasının amacı fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM) kaplamaların termal şok koşulları altında çatlama davranışını araştırmaktır. Bu kaplamalar, sıcaklığa dayanıklı tasarımlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu araştırmada, gerilim yoğunluk faktörleri (GYF) ve gerinim enerjisi salınım hızı gibi kırılma mekaniği parametreleri kullanılmıştır. ANSYS (2016) ticari programı kullanılarak kırılma mekaniği parametrelerini hesaplamak için sonlu elemanlar yöntemine dayalı sayısal bir çözüm şeması oluşturulmuştur. İncelenmekte olan problem, doğrudan GYFleri ve enerji salınım hızını veren gömülü özelliklere sahip olan bu programda modellenmiştir. Öte yandan, gerilim yoğunluk faktörleri ve enerji salınım hızı, yer değiştirme korelasyon tekniği (YKT) kullanılarak çatlak ucu yer değiştirmelerinden de hesaplanabilir. Bu iki yöntem doğrulama amacı ile karşılaştırılmıştır. FDM'deki derecelendirme mertebesinin bir kuvvet fonksiyonu formunda olduğu varsayılmıştır. Bu kuvvet fonksiyonundaki üstel değişkenin (karıştırma sabiti) çatlak davranışına etkisi araştırılmıştır. Ayrıca malzeme özellikleri sıcaklığa bağlı olacak şekilde modellenmiştir. Bu modelleme, zamana bağlı termal analizlerde daha doğru bir çözüme olanak sağlamaktadır. Kaplama boyunca fonksiyonel derecelendirme ve sıcaklığa bağımlılık eklenince oluşan karmaşık malzeme modeli üzerinde çatlama karakteristikleri araştırılmıştır. Çatlak uzunluğu, kaplama kalınlığı, dereceli karışım sabitleri, şok süresi, şok tipi (sıcak ve soğuk), malzeme özelliklerinin termal bağımlılığı ve ortam film katsayısı değiştirilerek detaylı parametrik analizler yapılmıştır. Bu tez, bu parametrelerin çatlak davranışı üzerindeki etkilerini sunmaktadır. Sonuçlar, çeşitli ısıl ve mekanik yüklere maruz kalacak kaplama tasarımları üzerine çalışan malzeme ve tasarım mühendisleri için kullanışlı olabilecektir.
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis study is to investigate cracking behavior of functionally graded material (FGM) coatings under thermal shock conditions. These type of coatings are often used in temperature resistant designs. This investigation utilizes the fracture mechanics parameters such as stress intensity factors (SIFs) and the strain energy release rate. A numerical solution scheme based on finite element method is established to calculate fracture mechanics parameters, using the commercial program ANSYS (2016). The problem under investigation is modeled in this program, which also has built-in features that directly give SIFs and energy release rate. On the other hand, SIFs and energy release rate are calculated through the use of crack tip displacements by using displacement correlation technique (DCT). These two methods are compared for verification. The degree of grading in FGM is assumed to follow a power law. The effect of exponent variable (i.e. mixing constant) in this power law to crack behavior is investigated. Moreover, the material properties are modeled to be dependent of temperature. This allows a more accurate solution in time dependent thermal analyses such as this study. Functional grading through the coating and temperature dependency creates a highly sophisticated material model which is both spatially and temperature dependent. Cracking characteristics of the modeled material is investigated. Detailed parametric analyses are conducted by changing crack length, coating thickness, grading mixing constants, shock duration, shock type (hot & cold), thermal dependence of material properties and ambiance film coefficient. This thesis present the effects of these parameters on cracking behavior. The results are useful for material engineers and designers who work on coating designs subjected to various thermal and mechanical loads.
Benzer Tezler
- Mixed-mode fracture analysis of orthotropic FGM coatings under mechanical and thermal loads
Ortotrop FDM kaplamaların mekanik ve ısıl yükler altında karışık mod kırılma analizi
KÜÇÜK AYŞE İLHAN
Doktora
İngilizce
2007
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERKAN DAĞ
- Buckling driven delamination of orthotropic functionally graded materials
Ortotropik fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin burkulmaya bağlı delaminasyonu
SUPHİ YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SUAT KADIOĞLU
YRD. DOÇ. DR. SERKAN DAĞ
- Contact mechanics of graded materials with two-dimensional material property variations
İki boyutlu malzeme özelliği değişimi olan derecelendirilmiş malzemelerin temas mekaniği
KEMAL GÖKAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
Y.DOÇ.DR. SERKAN DAĞ
- Performance characterisation of duplex stainless steel in nuclear waste storage environment
Nükleer atık depolama ortamında dupleks paslanmaz çeliğin performansının karakterizasyonu
CEM ÖRNEK
Doktora
İngilizce
2016
Bilim ve TeknolojiThe University of ManchesterMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DIRK ENGELBERG
- Finite element modeling of an origami inspired delta mechanism
Origamiden esinlenilmiş delta mekanizmasının sonlu eleman modellemesi
ATA ARJOMANDI FARD
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATAKAN ALTINKAYNAK
DR. MERVE ACER KALAFAT