Geri Dön

Numerical investigation of adhesively bonded metal structures subjected to impact loads using Ls-Dyna

Yapıştırma bağlantı kullanan metal yapıların darbe yükü altında Ls-Dyna ile numerik incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 983503
  2. Yazar: ÜMRAN TÜRKAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Savunma sanayinde (havacılık çalışmaları, kara araçları geliştirmeleri, deniz ve deniz altı araçlarının geliştirilmesi vb.) yapılan çalışmalar yapısal sistemlerin ağırlığın azaltılması, darbe dayanımının artırılması ve farklı malzemelerin birlikte kullanılabilmesi gibi gereksinimler olduğu göz önüne sermiştir, geleneksel mekanik bağlantı yöntemlerinin perçin, cıvata, kaynak vb. gibi bu konuda gerekli esneklik ve imkânı sağlamadığı ve bazı sınırlamalarla yapılan tasarımların önüne set çektiği gözlemlenmiştir. Örneğin iki farklı metal bir arada kullanılmak istendiğinde kaynak işlemi yapmak pek mümkün olmamakla beraber cıvata ve perçin gibi çözümler ise malzemelerin yapısında süreksizliğe sebep olup çatlak başlaması için yapıyı elverişli hale getirmektedir ayrıca geleneksel bağlantıların kullanılması için özel bağlantı tasarımı gerektirmektedirler (örneğin seçilen bağlantı türüne göre el aleti kullanımı için alan bırakmak vb.). Bu gibi sınırlamaların yanı sıra sanayide kullanılan geleneksel yöntemler çoğunlukla lokal gerilme yığılmalarına, çatlak başlatma noktalarına ve bakım zorluklarına neden olmakta; özellikle dinamik yükleme senaryolarında sınırlı enerji soğurma kapasitesi göstermektedirler. Buna karşılık, yapıştırma bağlantılar homojen yük aktarımı, düşük ağırlık, sızdırmazlık, farklı malzemelerin birleştirilmesi, aerodinamik tasarımlara uyum yüksek yorulma direnci ve kırılma öncesi hasar belirtisi gösterme gibi avantajlar sunmaktadır. Bu avantajları sayesinde, yapıştırıcı bağlantılar günümüzde füze yapıları, insansız hava aracı (İHA) platformları, mühimmat kapsülleri, radar taşıyıcı sistemleri, zırhlı araç modülleri ve hafif zırh uygulamaları gibi pek çok savunma sanayi alanında başarıyla kullanılmaktadır Darbe yüklerinin malzemeler üzerinde olan etkisi, darbe yükünün seviyesine göre farklı davranışlar gösterebilmektedir. Yapılan sınıflandırmalara göre düşük, orta ve yüksek enerji seviyeli darbe yükleri metaller ve bağlantılar üzerinde farklı etkiler göstermektedirler. Savunma alanında kullanılan araç ve taşıtlar servis ömürleri boyunca birçok sınıfta darbe yüküne maruz kalabilmektedirler. Örneğin bir uçağın herhangi bir gövde parçasına kuş ya da pistte bulunan bir çakıl taşının çarpması, bir kara aracına mermi isabet etmesi ya da patlamalarda şarapnel parçasına maruz kalması gibi. Bu yüklerin oluşturacağı etkilerin ön görülmesi ve yapının buna karşılık olarak vereceği cevap ise birer tasarım girdisidir. Bahsi geçen araçlarda yapıştırma bağlantıların kullanılması doğrudan bu gibi darbe yüklerine maruz kalacağını göz önüne sermektedir. Yapıştırma bağlantıların sunduğu birçok avantajın yanı sıra bu tür bağlantıların özellikle yüksek şekil değiştirme hızları ve darbe yükleri altında gösterdiği davranış, karmaşık hasar mekanizmaları nedeniyle hâlâ detaylı araştırma gerektirmektedir. Literatürde bu konuya ilişkin önemli sayıda araştırma bulunmaktadır ve günümüzde de çalışmalar bu alanda sürdürülmektedir. Bu çalışma kapsamında, Al2024-T3 ve Ti-6Al-4V (Ti64) alaşımlarından oluşan 250mmx100mm boyutlarında ve 3mm kalınlığında metal plakaların 100mmx100mm yapıştırma bölgesine sahip olacak şekilde yapıştırıcı ile birleştirildiği bir yapının 10mm kafa çapına ve 35mm uzunluğa sahip cisimin 10, 20, 30, 40, 100 ve 215 hızlarda 90° ve 45° gibi farklı açılarda çarpması gibi senaryolar incelenmiştir. Böylece oluşturulan yapıştırma bağlantıya sahip yapının farklı açı ve enerji seviyelerine sahip değişken hızlı darbe yüklerine karşı sergilediği davranışlar Ls-Dyna yazılımı ile sayısal olarak incelenmiştir. Metallerin yazılım programı içerisinde modellenebilmesi için bir çok farklı malzeme modeli mevcuttur. Yapılan literatür taramasında var olan matematiksel modeller incelenmiş ve Johnson and Cook malzeme ve hasar modellerinin kullanılmasına karar verilmiştir. Ls-Dyna/Explicit yazılımında ise Johnson and Cook matematiksel modeli temelli 10adet malzeme modeli mevcuttur. Yapılan incelemelerde MAT_107 MODIFIED_JOHNSON_COOK malzeme modellerinin kullanımı bazı gerekçeler doğrultusunda uygun görülmüştür. Modellerde istenilen malzeme özellikleri literatürdeki kaynaklardan alıntılanmıştır. Kurulan malzeme modellerin doğruluğunu teyit etmek için ise literatürde bulunan ve sayısal ve deneysel çalışmaları karşılaştıran makalelerin sayısal analiz bölümleri tekrardan oluşturulmuş ve yine makaledeki deneysel çalışma ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen uyum sayesinde, söz konusu malzeme özellikleri kullanılarak bu tez için oluşturulan darbe senaryoları altında yapıştırma bağlantıların performansı analiz edilmiştir. Yapılan analizlerde, yapıştırma bağlantıların darbe sırasında enerjiyi dağıtma ve absorbe etme kabiliyeti, bağlantı yüzeylerinde oluşan kuvvet ve gerilmeler gözlenmiş ve geleneksel mekanik bağlantılara kıyaslanmıştır. Yapıda oluşan hasar modelleri belirlenmiş ve açıklanmıştır. Özellikler yapının yüksek deformasyon oranına verdiği tepki gözlenmiş ve deformasyon oranı sınıflandırması yapılmıştır. Geleneksel bağlantılarda (cıvata, kaynak, perçin vb.) darbe etkisi altında çatlak başlatma eğilimi yüksek olup, bağlantı noktalarında kırılma veya kopma gibi ani ve hayati hasarlara elverişlidirler. Buna karşın, yapıştırma bağlantılarda enerji dağılımı daha geniş alana yayıldığı için daha tok (tough) bir davranış sergilenmekte. Ayrıca tam kırılma yaşanmadan önce hasar belirtisi göstererek yapının güvenliği konusunda önceden uyarı verebilmektedir. Bu gibi sonuçlar da yapıştırma bağlantıların savunma teknoloji sistemlerinde yüksek darbeye maruz kalacak yapılar için daha uygun hale gelmesini sağlamaktadır. Bu çalışma, literatürde var olan kaynaklar kullanılarak doğrulanan parametreler doğrultusunda Ls-Dyna/Explicit ortamında elde edilen sonuçlara göre yapıştırma bağlantıların kullanımı savunma sanayisinde kritik öneme sahip olduğunu göstermiştir. Yapıştırma bağlantı teknolojileri yüksek deformasyon oranlarına sebep olabilecek darbe yüklerine karşı geliştirilecek yapıların performanslarına bir ön görü geliştirmekte; aynı zamanda savunma sanayi için tasarım yapan mühendisler için sayısal doğruluğu yüksek bir analiz çerçevesi sunmaktadır. Gelecek çalışmalarda, farklı metal türlerinin davranışı, sıcaklık etkileri, hibrit bağlantı çözümleri ve çok eksenli yükleme senaryoları gibi konuların ele alınması önerilmektedir.

Özet (Çeviri)

Studies carried out in the defense industry (aviation studies, land vehicle developments, development of marine and submarine vehicles, etc.) have revealed that there are requirements such as reducing the weight of structural systems, increasing impact resistance and the ability to use different materials together, it has been observed that traditional mechanical connection methods such as rivets, bolts, welds, etc. do not provide the necessary flexibility and possibilities in this regard and prevent the designs made with some limitations. For example, when two dissimilar metals are to be used together, welding is not feasible, while solutions such as bolts and rivets cause discontinuity in the structure of the materials, making the structure favorable for crack initiation, and the use of conventional connections requires special connection design (e.g. leaving space for the use of hand tools according to the type of connection selected, etc.). In addition to such limitations, traditional methods used in industry often cause localized stress concentrations, crack initiation points and maintenance difficulties; they show limited energy absorption capacity, especially under dynamic loads. In this study, a series of impact scenarios were simulated to investigate the behavior of adhesively bonded metallic structures under varying impact velocities and angles. A hemispherical-headed projectile, 35 mm in length and with a head diameter of 10 mm, was modeled to impact the bonded structure at 90° and 45° angles with velocities of 10, 20, 30, 40, 100, and 215 m/s, respectively. The target structure consisted of Al2024-T3 and Ti-6Al-4V (Ti64) alloy plates, each measuring 250 mm × 100 mm × 3 mm, bonded together with an adhesive layer forming a 100 mm × 100 mm bonding area. Through these simulations, the dynamic response of the adhesively bonded structure under different impact energies and angles was numerically investigated using LS-DYNA. There are many different material models available for modeling metals in the software program. In the literature review, existing mathematical models were examined and it was decided to use the Johnson and Cook material and damage models. In the Ls-Dyna/Explicit software, there are 10 material models based on the Johnson and Cook mathematical model. MAT_015 JOHNSON_COOK and MAT_107 The use of the MODIFIED_JOHNSON_COOK material model was considered suitable because it effectively represents the strain rate and temperature-dependent behavior of metals under impact loading. The material properties required in the models were quoted from the literature. To validate the material models, the numerical analyses presented in previous studies were reproduced and the obtained results were compared with the corresponding experimental data. Thanks to the agreement obtained, the performance of the bonded joints was analyzed under the impact scenarios created for this thesis using the material properties in question. The findings of this study indicate that adhesively bonded joints play a crucial role in defense applications. According to the results obtained in the Ls-Dyna/Explicit environment in line with the parameters verified by using existing sources in the literature. Bonded joint technologies provide an insight into the performance of structures to be developed against impact loads that can cause high deformation rates; Simultaneously, it delivers a computationally efficient and accurate basis for engineers engaged in the structural design of defense systems. Future studies are recommended to address topics such as the behavior of different metal types, temperature effects, hybrid connection solutions and multiaxial loading scenarios.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    579921

    Farklı çekirdek konfigürasyonuna sahip sandviç yapıların tasarımı, üretimi ve mekanik özelliklerinin araştırılması

    Design, production and investigation of mechanical properties of sandwich structures having different core configurations

    ERMAN ZURNACI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN GÖKKAYA

  2. Tez No

    112668

    Yapıştırıcı ile birleştirilmiş bindirme bağlantısının lazer nokta kaynağı esnasında meydana gelen sıcaklık dağılımı ve ısıl gerilmelerin incelenmesi

    Investigation of heat transfer and thermal stress distribution during laser spot welding of adhesively bonded lap joint

    FARUK ŞEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Makine MühendisliğiNiğde Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. M. KEMAL APALAK

    Y.DOÇ.DR. KEMAL ALDAŞ

  3. Tez No

    719881

    Ardaşık yükleme altındaki seramik-metal arayüzünün yapışma davranışı

    Studies on adhesivly bonded layers under cyclic loading

    HASAN ZANDOLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET YETMEZ

  4. Tez No

    495160

    Yapıştırma boşluk uzunluğunun basit bindirmeli bağlantı gerilme dağılımı ve hasar yüküne etkisinin nümerik ve deneysel incelenmesi

    Numerical and experimental investigation of the effect of bond recess length on the stress distribution and failure load of single lap joint

    NURHAN ÇEVİK ELEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Mühendislik BilimleriKarabük Üniversitesi

    Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ÖZKAN ÖZ

  5. Tez No

    815579

    Hibrit yapıştırma bağlantısı viskoelastik davranışının teorik ve nümerik olarak incelenmesi

    Theoretical and numerical investigation of viscoelastic behavior of hybrid adhesive joints

    MUSTAFA ÇAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİL ÖZER

Geri Dön