Nanoindentasyon Deneyi İle Malzeme Davranışlarını İnceleme, Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Simulasyonu Ve Tersinir Davranış Tanımlama

Abstract

Bu çalışmada 316L tipi paslanmaz çelik malzeme için, ilk aşamada derinlik hassasiyetli nanoindentasyon deneyleri sonucunda elde edilen Kuvvet-Yerdeğiştirme eğrileri üzerinde analitik veri işleme yöntemleri incelenmiş, ikinci aşamada ise Bilgisayar Destekli Tasarım ile oluşturulan temsili sanal deney düzeneği üzerinde Code-Aster isimli açık kaynak kodlu Linux tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemi ile analiz programı kullanılarak tersinir davranış tanımlaması ile malzeme parametreleri belirlenmiş, gerçekleştirilen simülasyonların deney verileriyle örtüştürülmesinin farklı mekanik davranış kanunları kullanımına bağlılığı incelenmiştir. Klasik J2 plastik akış temelli davranış kanunlarından Bilineer, Multilineer ve Üssel İlişkili İzotropik plastisite kanunları kullanılmıştır. Nanoindentasyonda boyut etkisini temsil edebileceği düşünülen kristal plastisitesi temelli Tekkristal ve Kocks-Rauch dislokasyon dinamiği kanunları incelenmiştir. Simülasyonlar sonucunda Tekkristal ve Kocks-Rauch modelleri kullanılan programın kısıtları nedeniyle nanoindentasyon deneyini temsilde başarısız olmuştur. Klasik plastisite kanunlarından Bilineer modelin temsilde en iyi sonucu verdiği gözlenmiştir. Sonuç itibari ile daha karmaşık şartlarda, daha karmaşık parçaların 316L tipi çelik kullanılarak analizi ve tasarımı için gerekli elastoplastik parametreler elde edilmiştir.

In this study for a 316L type steel specimen, on the first stage analytical data processing methods are studied by using Force-Displacement curves obtained from nanoindentation experiments; on the second stage, CAD operations are used to conceive the virtual experimental system, and afterwards by using open-source Linux based finite elements analysis software called Code-Aster, the inverse identification of behaviors and material parameters are performed, it is also studied the dependence of using the different material behaviors models in simulations for correlations with the experimental data. In the result of the performed simulations, it is observed that Monocristal and Kocks-Rauch models were unable to represent the phenomenology of nanoindentation. Bilinear model of classical plasticity is found to be the best model in representing the nanoindentation behavior of the material. Consequently, We have obtained the optimized elastoplastic behavior parameters of 316L type steel for use in finite elements analysis in the possible existence of more complex conditions and of geometrically more complex mechanical parts.