Yama Tamirli Çatlakların Gerilme Şiddet Faktörlerinin Sonlu Elemanlar Metoduyla Hesaplanması

Abstract

Bu çalışmada, öncelikle ortasında çatlak içeren simetrik sonlu dikdörtgen bir plağın Gerilme Şiddet Faktörleri hesaplanmıştır. Plağın ucuna yayılı eksenel çekme kuvveti uygulanmıştır. Kullanılan malzeme lineer elastik ve izotropik kabul edilmektedir. Çalışmanın ikinci safhasında, üzerine kare bir yama yapıştırılan kare bir plağın kırılma mekanik özellikleri incelenmiştir. Geliştirilen çatlak modeli aynı zamanda kaba, orta ve iyi yoğunluktaki farklı ağ konfigurasyonları ile çözdürülmüş ve edinilmiş çözümlerin yakınsaması incelenmiştir. Çatlak bulunan plaktaki gerilmeyi tanımlayabilmek için ticari bir yazılım olan ANSYS kullanarak sonlu elemanlar çözümleri elde edilmiştir. Gerilme şiddet faktörleri değerleri lineer elastik çözülmüs ve sonuçları analitik hesaplamalarla kıyaslanmıştır. Sonuçlar grafik ve tablolar vasıtasıyla sunulmuştur. Çıkan sonuçların daha önceki çalışmalarla ve analitik çözümlerle mükemmel uyum sağladığı görülmüştür. Bu tezin esas katkısı, farklı plak konfigurasyonları ve yama şekilleri için yama tamirli veya tamirsiz Gerilim Şiddet Faktörlerini hesaplayabilecek güvenilir bir sonlu elemanlar modeli oluşturmaktır.

In this study, first of all a symmetrical finite rectangular plate contains a transverse symmetrical crack is examined to evaluate Stress Intensity Factor. Uniformly distibuted axial tension is applied to the ends of the plate. The material of the plate is assumed to be linearly elastic and isotropic. At the second stage of the problem, the fracture behaviour of a square cracked plate with a square patch bonded on the plate surface is analysed. These crack models have also been investigated by taking coarse, medium and fine mesh configurations into account to obtain the required accuracy. Solution for these problems are obtained by means of finite element method to determine the stress field in the cracked plate by using commercial software ANSYS. Stress distributions and stress intensity factors are computed in linear elastic field and compared with analytical calculations. Results are presented in graphical and tabular forms. Tabulated results are in perfect agreement with previous studies and analytical solutions. The main contribution of this thesis is the development of a reliable finite element model for the evaluation of Stress Intensity Factors on various configuration and shape of patch repaired and unrepaired plates.