Düzlem içi ısıl yüke maruz tek yönlü işlevsel kademelendirilmiş plaka ve disk bağlantıların ısıl gerilme analizi
Thermal stress analysis of one-directional functionally graded plate and disc joints subjected to an in-plane heat flux
Yazar: MUNİSE DİDEM BAĞCI
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KEMAL APALAK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Mekanik ve ısıl yüklemelerin birlikte etkimesi sonucunda homojen bir makine elemanı tüm yükleme şartlarını emniyetle taşımayabilir. Malzeme tokluğu, ısı iletkenliği, ısıl genleşme katsayısı, malzeme rijitliği gibi özellikler homojen bir malzemede tüm yükleme şartlarında istenen davranışı gerçekleştirmeyebilir. Malzemenin ısıya direnci yüksek iken malzeme tokluğu düşük olabilir veya yüksek malzeme tokluğuna sahip malzemenin ısıya karşı direnci iyi olmayabilir, malzeme rijitliği zayıflayabilir. Termomekanik özellikleri geliştirilmiş İşlevsel Kademelendirilmiş Malzemelerin mekanik ve ısıl yüklemeler altında homojen malzemelerin ulaşamadığı özellik ve fonksiyonları sağlamaları son zamanlarda yüksek sıcaklık uygulamalarında, uzay araçlarında, optik ve biomedikal uygulamalarda, elektronik sanayisinde, aşınmaya dayanıklı yatak, dişli, kam ve benzeri makine elemanlarının kaplamalarında yoğun olarak kullanılmasını mümkün kılmıştır. Bu maksatla bir tarafında metal, diğer tarafında seramik ve geçiş bölgesi metalden seramiğe doğru işlevsel kademelendirilmiş malzeme üretimi önem kazanmıştır.Bu tez çalışmasında, öncelikle düzlem içi farklı ısı akılarına maruz seramik (S), metal (M) plakada ve içi boş diskte yerdeğiştirme, şekil değiştirme ve gerilme davranışı üzerinde kompozisyonel gradyant etkisi araştırıldı.Analizlerde iki boyutlu katmanlı plaka ve disk için ısı transferi ve gerilme denklemleri sonlu farklar metodu kullanılarak çözüldü.. Ayrıca ısıl yüklere maruz, yapıştırıcı ile birleştirilmiş, işlevsel kademelendirilmiş SM-SM, SM-MS, MS-MS ve MS-SM malzeme bileşimine sahip kenarlarından sabitlenmiş plaka ve disklerde ısıl gerilme davranışları incelendi. Ayrıca yapıştırıcı ile birleştirilen malzeme yüzeyleri arasında oluşan gerilme süreksizliklerinin en düşük olduğu bağlantı kompozisyonu tespit edildi.Anahtar Kelimeler: Isıl artık gerilmeler; sonlu farklar metodu; işlevsel kademelendirilmiş malzemeler; işlevsel kademelendirilmiş plaka; işlevsel kademelendirilmiş disk; işlevsel kademelendirilmiş yapıştırıcı.

Abstract:
A homogenous machine component may not withstand securely all loading conditions as a result of co-affecting of mechanical and thermal loadings. Such properties as the toughness, thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, rigidity modulus may not carry out a desired behavior from a homogeneous material for all loading conditions. The heat resistance of the material maybe, but the toughness of the material may be low, or the heat resistance of a material having a high toughness may not be good and the rigidity of the material may weaken. That functionally graded materials (FGM) whose thermo-mechanical properties are improved provide the properties and functions unachiavable by the homogeneous materials under mechanical and thermal loads recently makes their common usage possible in high thermal applications, spacecrafts, optical and biomedical applications, electronic industry, and coatings of such machine materials that are resistant to abrasion as bearings, gearwheels, and cams. The manufacturing of the material which has metal-rich phase at one side, and ceramics-rich phase at the other having a functionally grading from metal to ceramics in the transition region has gained much importance. In this study, first of all, the effect of ceramic volume fraction on the displacement, strain and stress distributions in ceramic (C)-metal(M) plate and hollow discs subjected to different in-plane heat fluxes was investigated. In the analyses, two-dimensional heat transfer and stress equations for the layered plates and hollow discs solved by applying the finite difference method. Moreover, the thermal stress behavior of the adhesively bonded plates and hollow discs, clamped through their edges and subjected to thermal loads and with a material composition of functionally graded CM-CM, CM-MC, MC-MC and MC-CM were examined. Furthermore, a joint composition in which minimum stress discontinuity occurred in the adhesively bonded plates and discs is searched.Keywords:Multi layered and functionally graded plates; functionally graded materials; functionally graded discs; finite difference method; thermal stress analysis; thermal residual stress.