St-37 tüp profillerinin üç nokta eğme altındaki davranışlarının deneysel ve nümerik olarak değerlendirilmesi
Behavior of St-37 tube profiles under three-point bending; experimentally and numerically
Yazar: AYSEMA ÜNLÜ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE ESENER
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Yapı çeliği = Structural steel ; İnce cidarlı yapılar = Thin-walled structures

Özet:
İnce cidarlı elemanlar yüksek mukavemet sergiledikleri ve enerji absorbe edebilme kapasiteleri yüksek olduğundan dolayı taşıyıcı yapılarda ve çarpışma kritik parçalarda yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Yaygın olarak kullanıldıkları başta otomotiv sektörü olmak üzere makine sanayinde bu elemanlardan beklenen dayanım ve enerji absorbe edebilme karakteristiğinden dolayı metalik malzemelerden imal edilmektedirler. Metalik malzemeler içerisinden ise bu beklentilere en yakın sonucu veren çelik sınıfı tercih edilmektedir. İnce cidarlı elemanlar kullanıldıkları taşıyıcı yapı ve çarpışma kritik parçalarda genellikle eğilme yüklemesine maruz kalmaktadır. Bu sebeple bu tez çalışmasında, ince cidarlı St37 malzemesinin üç nokta eğme yüklemesi altında davranışı farklı proses parametreleriyle deneysel ve nümerik olarak incelenmiş ve birbirleri ile kıyaslanmıştır. Bu doğrultuda üç farklı kesit profili ve üç farklı destek aralığı mesafesi proses parametreleri olarak kullanılmıştır. Ayrıca tüm prosesler Hill-48 ve Barlat-89 plastisite modelleri kullanılarak sonlu elemanlar yöntemiyle analiz edilmiş ve plastisite modellerinin ince cidarlı yapıların eğilme davranışını tahmin performansları ortaya konmuştur.
Tez çalışmasında yapılan deneysel çalışmalar ve nümerik analizler sonucunda kuvvet-uzama grafikleri, moment-açı grafikleri, absorbe edilen enerji değerleri ve eş değer gerilme dağılımları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, parametrelerin değişimi ile farklılıklar sergilemiştir. Deneysel sonuçlar incelendiğinde, her üç kesit profili için de destek aralığı mesafesinin artması kuvvet değerlerinde düşüşe neden olurken, moment değerlerinin artmasına yol açmıştır. Ayrıca her üç kesit profili içinde absorbe edilen enerji değerleri 100 mm destek aralığında maksimum sonucu vermiştir. Nümerik analiz sonuçları incelendiğinde ise boru kesitli profilin deneysel kuvvet değerleri ve absorbe ettikleri enerji değerlerini Barlat-89 ve Hill-48 gerilme tabanlı modeli yakınsamıştır. Kare ve dikdörtgen kesit numunelerde ise hiçbir plastisite modeli deneysel sonuçları yakınsamamıştır.

Abstract:
Thin-walled elements are widely used in load-bearing structures and crash-critical parts, as they exhibit high strength and have a high energy absorption capacity. They are manufactured from metallic materials due to the strength and energy absorption characteristics expected from these elements in the machinery industry, especially in the automotive sector, where they are widely used. Among the metallic materials, the steel class that gives the closest result to these expectations is preferred. Thin-walled elements are often subjected to bending loading in the structural and collision critical parts in which they are used. For this reason, in this thesis, the behavior of thin-walled St37 material under three-point bending loading was investigated experimentally and numerically with different process parameters and compared with each other. Accordingly, three different cross-section profiles and three different support spacing distances were used as process parameters. In addition, all processes were analyzed using the finite element method using Hill-48 and Barlat-89 plasticity models, and the predictive performance of plasticity models for the bending behavior of thin-walled structures was revealed.
Force-stroke graphs, moment-angle graphs, energy values and equivalent stress distributions were obtained as a result of experimental studies and numerical analyzes carried out in the thesis study. The results obtained showed differences with the variation of the parameters. When the experimental results are examined, the increase in the support spacing distance for all three section profiles causes a decrease in the force values and an increase in the moment values. In addition, the energy values absorbed in all three cross-section profiles gave the maximum result in the span distance of 100 mm. When the numerical analysis results are examined, the experimental force values of the pipe section profile and the energy absorbed by the Barlat-89 and Hill-48 stress-based model converge. On the other hand, no plasticity model converged to the experimental results in square and rectangular section samples.