Yapıştırıcı ile birleştirilmiş kompozit ve metal malzemelerin mekanik davranışının ağsız yöntem ile incelenmesi
Analysis via mesh-free method of the mechanical behavior of the adhesi̇vely bonded joints with composite and metal adherents
Yazar: GOUDARZ GHANIZADEH HESAR
Danışman: PROF. DR. MURAT DEMİR AYDIN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç:Yapıştırma bağlantıları için geliştirilen analitik çözümler onların mekanik davranışlarının anlaşılmasına yönelik önemli bir bakış açısı sağlamasına karşın, üç boyutlu analizlerin gerekli olduğu yerlere doğrudan uygulanamazlar. Bu durum, sonlu eleman yöntemi gibi sayısal yöntemlerin kullanımı zorunlu hale getirmiştir. Diğer taraftan sonlu eleman yöntemi ile doğru gerilme tahminleri yapılabilmesine karşın, kompleks problemlerde ağ oluşturma oldukça zordur. Bu zorluğu ortadan kaldıran ve sonlu eleman yöntemine göre çözüm süresini kısaltan, alternatif sayısal tekniklerden biride ağsız yöntemlerdir. Literatür incelendiğinde ağsız yöntemler yardımıyla yapıştırma bağlantılarının mekanik davranışının incelendiği çok az çalışma vardır. Bu tezde ağsız yöntemle, farklı yapıştırılan malzemeler kullanarak ve farklı yüklere maruz yapıştırıcı ile birleştirilmiş tek tesirli bindirme bağlantılarının mekanik davranışı araştırılmıştır.
Yöntem: Çalışmanın amacına yönelik olarak yapılan analizlerin tamamında, yapıştırıcılar ve yapıştırılan malzemeler elastik davranış sergileyen malzemeler olarak modellenmiştir. Ağsız yöntem ile kurulan çözüm algoritmasında, hareketli en küçük kareler (HEKK) şekil fonksiyonlarına dayalı, eleman bağımsız Galerkin yöntemi (EBG) kullanılmıştır. Sonlu eleman yöntemiyle kurulan modellerin analizleri ANSYS 16 paket programı ile yapılırken, analitik ve ağsız yöntem ile yapılan tüm hesaplamalar MATLAB R2016b programında yazılan kodlar kullanılarak yapılmıştır. 
Bulgular: Farklı tipte ve farklı yüklere maruz tek tesirli bindirme bağlantılarında ağsız yöntem ile yapılan analiz sonuçları; maksimum soyulma, kayma gerilmeleri ile hasar indeksinin yapıştırıcı-yapıştırılan malzeme ara yüzeyinde ve bindirmenin serbest uçlarındaki bölgede oluştuğu göstermektedir. Bu durumda, sonlu eleman sonuçları ile oluşan uyum dikkate alındığında ağsız yöntemin yapıştırma bağlantılarının gerilme analizlerinde ve hasarının tahmininde etkili bir yöntem olarak kullanıla bileceği söylenebilir.
Sonuç: Sayısal analiz yöntemleri ile yapılan gerilme analizleri, özellikle üçüncü boyut etkilerini açıkça ortaya koymakta ve özellikle kompozit yapılarda istiflenme açısının bu gerilme dağılımlar üzerindeki etkilerini göstermektedir. Bu etkilerin hiçbiri iki boyutlu analiz yaklaşımları veya klasik analitik çözüm yöntemleri ile belirlenemez.

Anahtar kelimeler: Yapıştırma bağlantılarının mekanik davranışı, Ağsız Yöntem, Eleman Bağımsız Galerkin (EBG) Yöntemi, Sonlu eleman yöntemi

Abstract:
Purpose:Although developed analytical solutions for adhesively bonded joints provide an important insight into understanding their mechanical behavior, they cannot be directly applied where three-dimensional analysis is required. This situation has made it necessary to use numerical methods such as finite element method. On the other hand, although accurate stress estimates can be made with the finite element method, meshing is very difficult in complex problems. meshfree methods are one of the alternative numerical techniques that eliminate this difficulty and shorten the solution time compared to the finite element method. When the literature is reviewed, there are very few studies investigating the mechanical behavior of adhesively bonded joints with the help of meshfree methods. In this thesis, the mechanical behavior of adhesively single lap joints bonded is exposed to different loads and by using different adherend materials using the meshfree method was investigated.
Method:In all of the analyzes made for the purpose of the study, adhesives and adherend materials have been modeled as materials that exhibit elastic behavior. Element free Galerkin method (EBG) based on moving least squares (HEKK) shape functions is used in the solution algorithm established with the meshfree method. While the analysis of the models established with the finite element method was done with the ANSYS 16 package program, all the calculations made with the analytical and meshfree method were made using the codes written in the MATLAB R2016b program.
Findings:The results of the analysis made with the meshfree method in single lap joints exposed to different types and different loads; shows that the maximum peel, shear stress and damage index occur at the adhesive-adherend material interface and in the region of the free ends of the lap. In this case, it can be said that meshfree method can be used as an effective method in stress analysis and estimation of damage of adhesively bonded joints, considering the consistency formed with the finite element results.
Results:Stress analysis performed by numerical analysis methods clearly reveal especially the third-dimension effects and show the effects of stacking sequence on these stress distributions, especially in composite structures. None of these effects can be determined by two-dimensional analysis or classical analytical solution methods.

Keywords:Mechanical behavior of adhesively bonded joints, Meshfree Method, Element Free Galerkin Method (EFG), Finite Element Method