Tek eksenli bası yükü etkisi altında gözenekli metallerin mekanik davranışlarının sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Analyzing of mechanical behaviors of porous metals using finite element method under the single axis pressure load
Yazar: HAMİT GÜLSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN SELİM TÜRKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde metal köpükler (gözenekli metaller) enerji emme cihazlarında, hafif yapılarda, ısı ve ses iletimi gibi alanlarda kullanılmaktadır. Gözenekli metallerin benzersiz özellikleri göz önüne alındığında, söz konusu konu üzerinde çok sayıda sayısal, deneysel ve teorik araştırmalar yapılmıştır. Yapılan bu araştırmaları örneklemek gerekirse: Basit bir viskoelastik modelin mekanik davranışını yöneten denklemlerin geliştirilmesi, bal peteği köpükleri gibi altıgen köpüklerin elastik davranışını anlamak için iki boyutlu bir modelin tanıtılması, tek bir hücrenin üç boyutlu bir modelinin tanıtılması ve pozisyona bağlı parametrelerin köpüğün özellikleri üzerindeki etkisi, hücre bağlantıları analizi vb. Gözenekli metallerin mekanik özellikleri mikroskobik davranışa bağlıdır ve bu da makroskopik gerilmelerin, hücre duvarlarındaki kuvvetlere ve hücre bozukluğuna bağlı olduğu anlamına gelmektedir. Gözenekli metallerin davranışı büyük şekil değişikliklerinde doğrusal olmayan (nonlineer) geometride olup, çekme ve basma yükleri altında davranışları farklıdır. Gözenekli metallerin gerilme-gerinim grafiği tek eksenli basma ve çekmede üç bölge olan, elastik-doğrusal bölge, kalıcı bölge ve sıkıştırılmış bölgeden ibarettir. Çekme ve basma testlerinin sonuçları elastik bölgede birbirine çok benzer olur ve Hooke kanunu'na uymaktadır. Basınç altında şekil değişikliği arttıkça hücre duvarları birbirine temas eder. Sabit yüklemede duvarlar birbirine temas etmediği sürece kalıcı bölge olarak öngörülür. Hücre duvarlarının temasının ardından gerilme artışıyla birlikte şekil değişikliği meydana gelmez ve bu da sıkıştırma bölgesi olarak adlandırılır. Bu tez çalışmasında, gözenekli metallerin dinamik ve statik davranışları incelenmiş ve davranışlarını simüle etmek için iki boyutlu bir sonlu eleman kodu kullanılmış, son olarak da Matlab'da hazırlanan kod sonuçları Abaqus sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Gözenekli metallerin karmaşık yapısını ve ilişkisini kolaylaştırmak amacıyla bu metallerin yapısının tamamen izotropik olduğu varsayılmıştır.

Abstract:
Nowadays, metal foams (porous metals) are used in energy absorption devices, lightweight structures, heat and acoustic transfer management and etc.  Considering the unique features of the porous metals, a lot of  numerical, experimental and theoretical researches have been conducted in this area among which the following researches can be mentioned: The development of equations governing the mechanical behavior of a simple viscoelastic model, the introduction of a two-dimensional model for understanding the  elastic behavior of  hexagonal foams like honeycomb foams, the introduction of a three-dimensional model of a single cell and the impact of the positional parameters on the characteristics of the foam, the analysis of cell material junctions and etc. The mechanical properties of porous metals depend on the microscopic behavior. It means that the macroscopic stresses depend directly on the forces in the cell walls and its failure mechanism. The behavior of porous metals is completely non-linear in large deformations and is different under tension and pressure. The stress-strain curve of porous metals in the uniaxial pressure and tensile includes three linear-elastic, steady state, and the density regions. In the elastic-linear region, the response of tension and pressure looks so similar and is subject to the Hooke's Law. In the pressure, when the deformation increases, cell walls come together. In the constant loading, until the walls do not come together, we consider stable area. After contacting the cell walls, there will be no Deformation with the increase of tension that it is named as density area. In this thesis, static and dynamic behavior of metallic foams were investigated and a two-dimensional finite element code was used to simulate their behavior, eventually, the results of code prepared in Matlab were compared with the results of Abaqus. In order to facilitate the complex structure and relationship of porous metals, the structure of these metals is assumed to be completely isotropic.