Development of crystal plasticity models in a thermomechanical variational framework for magnesium alloys
Magnezyum alaşımları için termomekanik varyasyonel çerçevede kristal plastisite modellerinin geliştirilmesi
- Tez No: 972828
- Danışmanlar: PROF. DR. CAHİT CAN AYDINER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, ikizlenmenin baskın olduğu, yüksek oranda anizotropik şekil değiştirme davranışı sergileyen magnezyum alaşımlarının karmaşık davranışlarının modellenmesini ele almaktadır. Temel amaç, magnezyumun plastik şekil değiştirme (özellikle ikizlenme) sırasında hem mekanik tepkisini hem de enerji dağılımını doğru bir şekilde yansıtan, termodinamik açıdan tutarlı bir kristal plastisite modeli geliştirmek ve bu modeli mekanik-ısıl verilerle eş zamanlı doğrulamaktır. Deneysel açıdan, tek ve çok kristalli magnezyum numuneler üzerinde yükleme testleri gerçekleştirilirken, kızılötesi termografi ve dijital imge korelasyonu yöntemleriyle eşzamanlı gerilme, şekil değiştirme ve yerinde sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen bulgular, magnezyumdaki şekil değiştirme mekanizmalarının kendilerine özgü enerjik izler taşıdığını ortaya koymakta; hesaplanan ısı yayılımı değerleri ise model doğrulaması için fiziksel temelli güvenilir ölçütler sunmaktadır. Kuramsal düzlemde ise, kayma ve ikizlenme mekanizmalarını içeren ve termomekanik olarak bağlanmış bir kristal plastisite modeli, enerjik tutarlılığı sağlayan varyasyonel bir çerçevede geliştirilmiştir. Varyasyonel yaklaşım, plastik şekil değiştirme sürecinde enerjinin nasıl paylaştırıldığını öngörmeyi mümkün kılarak, modele ilave bir doğrulama kanalı açmaktadır. Model doğrulama çabaları, yükleme hızına bağımlı plastisitede yaygın kullanılan kuvvet fonksiyonunun, magnezyumun termomekanik davranışını tümden temsil edemediğini ve modele yükleme hızından bağımsız plastik terimlerinin eklenmesinin gerekli olduğunu göstermiştir. Bu çalışma, ısıl ölçümleri bağımsız bir teyit aracı olarak kullanan titiz bir doğrulama protokolü ortaya koyarak, çok-fizikli malzeme modellerinin öngörü gücünü temelden artırabilecek bir fikir sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis addresses the critical challenge of accurately modeling the complex behavior of magnesium alloys, whose highly anisotropic deformation is dominated by profuse twinning. The primary objective is to develop a thermodynamically consistent crystal plasticity model for magnesium that captures both mechanical and energy dissipation characteristics during plastic deformation, particularly twinning, and validate the model jointly by thermal-mechanical data. Experimentally, simultaneous stress, strain, and in-situ thermal measurements are employed during uniaxial testing of both single crystal and polycrystalline magnesium specimens using combined infrared thermography and digital image correlation. Key findings demonstrate that deformation mechanisms in magnesium possess distinct energetic signatures, with quantified energy dissipation providing physically-based benchmarks for model validation. Theoretically, a thermomechanically coupled crystal plasticity model incorporating slip and twinning mechanisms is developed within a variational framework, ensuring energetic consistency. The variational approach enables prediction of energy partitioning during plastic deformation, opening an additional verification channel. Model verification effort reveals that the commonly employed power-law rate dependency is unable to represent full range of thermomechanical behavior, necessitating the addition of rate-independent terms. This work advances the field by establishing a rigorous validation protocol using thermal measurements as independent verification and represents a significant idea toward truly predictive multi-physics material models.
Benzer Tezler
- Hedefli kanser tedavisine yönelik kil katkılı nanopartikül üretimi ve modellenmesi
Production and modeling of clay additive nanoparticle for targeted cancer treatment
DENİZ KARATAŞ
Doktora
Türkçe
2017
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- Crystal plasticity analysis of severe plastic deformation processes
Şiddetli plastik deformasyon süreçlerinin kristal plastisite analizi
ÜLKE ŞİMŞEK
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
- Dwell fatigue life assessment of dual-phase titanium alloy using polycrystalline plasticity
Çift fazlı titanyum alaşımının bekleme-yorulma ömrünün polikristal plastisitesi kullanılarak değerlendirilmesi
SADIK SEFA AÇAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
- Fosfat bağlı kalıp malzemelerinin geliştirilmesi
The Phosphate bonded investment materials
BURAK FENERCİ
- Biointerfacial mechanical modulation of model lipid membranes by gramicidin D: A quartz crystal microbalance with dissipation analysis
Gramisidin D'nin model lipid membranlarda biyoarayüzeysel mekanik modülasyonunun disipasyonlu kuvars kristal mikroterazi analizi
ŞEBNEM SEHERLER
Doktora
İngilizce
2026
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULHALİM KILIÇ