LEE- Yapı Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19496

Gözat

Yazar "Bulut, Osman" ile LEE- Yapı Mühendisliği-Doktora'a göz atma
  • Öge
    Heterojen malzemelerin termal gerilme analizi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-01-03) Kuru, Tuğba ; Bulut, Osman ; 501182017 ; Yapı Mühendisligi
    Bir çok mühendislik alanında çeşitli avantajlar ve ilerlemeler sunması nedeniyle heterojen malzemelerin bir sınıfı olan fonksiyonel derecelenmiş malzemeler (FDM) 'in uygulama alanları ve teknikleri büyük önem taşımaktadır. Literatürde mevcut sayısal ve analitik çalışmaları doğrulamak ve bu alanda katkıda bulunmak için fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin termal gerilme analizleri deneysel yöntemlerle gerçekleştirilmelidir. Uzun vadeli yapısal tasarım için fonksiyonel derecelenmiş malzemelerde oluşabilecek kusur veya oyuklar civarında gerilme konsantrasyonları ile termal gerilme dağılımları araştırılmıştır. Bu çalışmada, sabit sıcaklık değişimi etkisindeki kompozit plakta termal gerilmelerin analizi yapılmıştır. Bunun için teknik literatürde bulunan bilgiler tartışılarak gereken analizler ile yeni çıkarımlar yapılmıştır. Çalışma kapsamında günümüzde pek çok alanda kullanılan tabakalı kompozit ve fonksiyonel derecelendirilmiş plaklar ele alınmıştır. İlk olarak, yalnızca termal genleşme katsayıları farklı olan malzemelerden imal edilmiş kompozit plaklar ele alınmış ve termal gerilme dağılımını anlamak için deneysel ve sayısal modeller geliştirilmiştir. Deney modelleri literatürde karşılaşılan farklı oyuk tipi ve geometrilerini içeren iki katmanlı plak modelleri ve üç katmanlı plak modelini içermektedir. Deney yönteminde termal genleşmenin mekanik modellenmesi yöntemi ile üç boyutlu fotoelastisite kullanılmıştır. Deneysel ve sayısal analizi doğrulamak için literatürde homojen plak için önerilen temel termoelastisite yöntemleri, ele alınan problemlere uygulanarak analitik çözüm türetilmiştir. Türetilen analitik ifadeler ele alınan modellere uygulandığında deneyden elde edilen sonuçlarla uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca deneylerden oyuk ucu yarıçapı ile gerilme yığılması değişimine ait sonuçlar elde edilmiştir. Oyuk ucundaki gerilme yığılmasının, iki katmanlı bir kompozit plağa ara katman eklendiğinde azaldığı gösterilmiştir. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM) ile yapılan kaplama uygulamalarına ait termal gerilme analizi için deney modeli geliştirilmiştir. Bunun için termal genleşme katsayısı iki farklı fonksiyona göre değişen FDM ile kaplanmış plak modelleri oluşturulmuştur. Bu durumlara ait optimum derecelendirme fonksiyonuna ait bazı çıkarımlar yapılmıştır. İkinci olarak kalınlığı doğrultusunda ısıl genleşme katsayısı ve elastisite modülünün sürekli bir fonksiyonla değiştiği heterojen plakta termal gerilme analizi yapılmıştır. Bu tür problemler için literatürde önerilen analitik çözümdeki bazı eksiklikler belirlenmiştir. Literatürde şeritlerde termal gerilme analizi için önerilmiş "Şekil Değiştirmelerin Bastırılması Yöntemi (Strain Suppression Method)" ele alınan plak problemi için uygulanmış ve deneylerle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Bu tür problemler için farklı malzemelerden imal edilmiş plak modelleri kullanılmıştır. Sayısal model kullanılarak kompozit plakta katman sayısı, katman kalınlığı, derecelendirme fonksiyonu, kompozitteki malzemelerin elastisite modüllerinin oranı parametreleri çalışılmıştır. Ayrıca kompozit ile kaplanmış plakta kompozit özellikleri de parametre olarak seçilmiştir. Deney modelleri katmanlarındaki malzeme özellikleri adım değişimi, modellerdeki malzeme katsayılarının sürekli veya çok katmanlı (>2) adım değişimi için bir referans noktası olarak kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda elastisite modülünün değişiminin çeşitli tabakalı kompozit ve FDM için gerilme dağılımlarına ve gerilme konsantrasyonunun değişimine etkileri gösterilmiştir. Dört katmanlı deneysel model, katmanlı bir kaplamanın sonucu olarak termal gerilme dağılımlarındaki farkları göstermiştir. Elastisite modülünün değişimi açısından malzeme derecelendirmesini optimize etmek için ampirik bir formül türetilmiştir. Bu formül, kompozit plakalardaki malzemelerin veya kompozit malzeme ile kaplanmış plakalardaki kaplamaların derecelendirmelerinin, doğrulanmış analitik ve sayısal modellerle optimize edilebilmesini sağlamaktadır.