Fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme ve sandviç plakların patlama yükü altındaki titreşim analizi
Vibration analysis of functionally graded materials and sandwich plates under blast load
Yazar: ÖMER BURAK TUNCA
Danışman: DOÇ. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Titreşim analizi = Vibration analysis ; Yükleme = Loading

Özet:
Isıl bariyer kaplamaları, malzemenin çalışma sıcaklığını yükselterek sistemin verimini arttırmak amacıyla kullanılır. Genelde metal alt tabakanın üzerine homojen seramik kaplama şeklinde uygulanmaktadır. Bu tür kaplamalarda çalışma esnasında görülen en önemli problem, metal alt tabaka ile seramik kaplamanın ısıl genleşme sabitlerinin farklı olması nedeniyle ortaya çıkan büyük ısıl gerilmelerdir. Gerilmeler sonucunda sistemde çatlaklar ve metal/seramik ara yüzünde ayrılmalar görülmektedir. Söz konusu çatlakları ve ayrılmaları önlemek için fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerden yapılmış kaplamalar geliştirilmiştir. Bu tür kaplamalarda malzeme özellikleri kaplama kalınlığı boyunca fonksiyonel olarak değiştirilmekte ve bu sayede kaplama ile alt tabaka arasındaki uyumsuzluk ve ısıl gerilmeler en düşük dereceye indirilebilmektedir.Bu çalışmada Zirkonya ve Alüminyum malzemelerinden oluşan Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemeden üretilen bir sandviç plağa gelen ani patlama yükü altında, Navier çözümleri Birinci Dereceden Kayma Şekil Değiştirme Teorisi'ne göre yapılarak hareket denklemleri elde edildikten sonra sınır şartları kabulleri yapılarak doğal titreşim frekansı denklemi elde edilmiştir. Daha sonra üç farklı tipte çelik-seramik bileşimi olan fonksiyonel derecelendirilmiş malzemenin ?n? değişkenine bağlı olarak young modulü, termal genleşme katsayısı, kesme modulü, poisson oranı ve yoğunluk gibi özelliklerinin değişimini denklemler sayesinde hesaplayıp, çıkan sonuçlar grafikler yardımıyla incelenmiştir. Ayrıca elde edilen denklemler sonucunda farklı ?n? üstel değerleri değişimiyle doğal titreşim frekansı değerlerinin değişimi çizelgelerle gösterilmiştir. Bununla birlikte analitik analiz bölümünde elde edilen denklemleri ?n? üstel değerleri değişimiyle plakada oluşan genlik değerleri bilgisayar programı yardımıyla hesaplanıp grafikler yardımıyla yorumlanmıştır.

Abstract:
Thermal barrier coatings are used for increasing the operating temperature of the material hence the thermal efficiency of the system. Usually, homogeneous ceramic coatings on metal substrates are used for this purpose. The most important problem faced in the systems with these types of coatings is thermal stresses which develop during operation due to high mismatch in the thermal expansion coefficients of metal substrate and ceramic coating. As a result of thermal stresses, edge cracking and debonding, coatings made from functionally graded materials were introduced. In these types of coatings, material properties are functionally changed along the thickness of the coating, thus the mismatch between substrate and coating and thermal stresses in the system are minimized.In this study an equation of motion in terms of displacement of a sandwich plate, that is under a blast load, made of functionally graded material, which contains Aluminium and Zirconia, is calculated by using Navier?s solution of rectangular plates by First-Order Shear Deformation Plate Theory. By making some assumptions for this equation of motion, the natural frequency equation is calculated. Then the material properties such that; young modulus, thermal expansion coefficient, shear modulus, poisson ratio and density are analyzed in the graphics by the variable ?n?, that changes functionally in the material, for three different types of aluminium and ceramic combinations. And by the calculation with the computer program, we will try to find the changes of the natural vibration frequecny values with the change of the ?n? values. Then we will also calculate the amplitude values which change by the different values of ?n? values by the help of the computer program.