Gözenekli Plastisite - Hasar Mekaniği Bütünleşik Teorileri İle Metallerdeki Sıcaklık Tabanlı Geçiş Kırılmasının Modellenmesi

Abstract

Metallerdeki kırılma tipleri kullanımları esnasında maruz kaldıkları yükler ve çevresel faktörlere bağlı olarak sünek, gevrek veya sünek-gevrek geçiş kırılması olarak isimlendirilebilmektedir. Sünek-gevrek geçiş kırılması modellerinde sıcaklığın birim şekil değiştirme hızı ve gerilme üç eksenliliği ile beraber etkisi büyüktür. Literatürde sünek-gevrek geçiş kırılmasını ele alan modeller Gurson-Tvergaard-Needleman [1,2] gözenekli plastisite teorisini kullanarak mikro boşluk tabanlı sünek kırılmayı tanımlamaktadır. Gevrek kırılma ise Ritchie-Knott-Rice[3] tipi deterministik ya da Beremin-tipi [4] istatistiksel kırılma modelleri ile tanımlanmaktadır. Ancak bahsi geçen gevrek kırılma modelleri, mikro çatlaklar ile betimlenen gevrek kırılmanın malzeme üzerindeki katılık azalması ve enerji dağılımı davranışını yansıtmamaktadır. Bu çalışma ile birlikte, gözenekli plastisite teorisi ve sürekli ortamlar hasar mekaniği bütünleşik olarak kullanılarak ferritik çeliklerdeki sıcaklık tabanalı sünek-gevrek geçiş kırılmasını modelleyecek yeni bir model önerilmiştir. Hipoelastik-plastisite çerçevesinde geliştirilen modelde, sünek kırılma GTN modeli ile karakterize edilirken gevrek kırılma içinse sürekli ortamlar hasar mekaniği kullanılmıştır. Gevrek kırılma için iki farklı kural önerilmiş olup, geliştirilen modeller ABAQUS sonlu elemanlar yazılımı içersine kullanıcı tanımlı malzeme modeli (VUMAT) olarak kodlanmıştır. Deneysel çalışmalarla doğruluk ise P91 tipi ferritik çeliğin küçük zımba deneylerinin üç farklı sıcaklık altında modellenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Literatürde [5] bulunan deneysel çalışmaların sonuçları baz alınarak nümerik çalışmalar yapılmış ve deneysel yük-deplasman eğrileri ile sayısal sonuçlar ve çatlak yönlenmeleri karşılaştırılmıştır.