Düşük hızlı darbe yükleri altında AL/SİC partikül takviyeli metal matrisli kompozit malzemelerin mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of mechanical beahviours of AL/SİC partical reinforced metal matrix composite materials under low-velocity impact loads
Yazar: MUSA KABURCUK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. RECEP EKİCİ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Al 6061/SiC partikül takviyeli metal matrisli kompozitlerin (PTMMK)
düşük hızlı darbe yükleri altında meaknik davranışları deneysel ve sayısal çalışmalarla
incelenmiştir. Darbe hızının, partikül hacim oranının ve partikül boyutunun Al
6061/SiC PTMMK' lerin temas kuvveti, plastik yutulma enerjisi, kalıcı gerilme-plastik
şekil değiştirme dağılımları ve merkezi enine yer değiştirmeleri üzerine etkileri detaylı
olarak incelenmiştir. Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) modelleri, Python programlama
dilinde yazılan bir algoritma ile oluşturulmuştur. Bu modellerde, gerçek bir partikül
takviyeli kompozit yapı elde etmek için SiC seramik partiküller, Al 6061 matris
içerisine rasgele dağıtılmıştır. SEM analizleri, ABAQUS® sonlu elemanlar yazılımında
gerçekleştirilmiştir. Düşük hız darbe deneyleri, toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Al
6061/SiC PTMMK numuneler üzerinde gerçekleştirilmiş ve sonuçlar SEM analizleri ile
karşılaştırılmıştır. Darbe hızı, partikül hacim oranı ve boyutunun önemli bir etkiye sahip
olduğu bulunmuştur. Temas kuvvetleri ve süreleri, darbe hızının artmasıyla önemli
ölçüde artmıştır. Düşük darbe hızları için en büyük temas kuvvetleri minimum hatalarla
belirlenirken, darbe süreleri biraz daha uzun bir şekilde elde edilmiştir. Partikül hacim
oranı artarken kompozit yapının rijitliği artmıştır. Sonuç olarak, temas kuvveti artmış ve
darbe süreleri kısalmıştır. Bununla birlikte, partikül boyutunun büyümesi, temas
kuvvetlerini azaltmış ve darbe sürelerini arttırmıştır. Partikül takviyeli kompozitler,
partikül hacim oranı düşerken ve partikül boyuıtu artarken daha fazla kinetik enerji
sönümleyebilmektedirler. Darbe hızının ve partikül hacim oranının artması, kalıcı
gerilme seviyelerini ve plastik şekil değiştirmeleri arttırmaktadır. Artan partikül boyutu,
düzgün olmayan kalıcı gerilme dağılımlarına neden olurken, plastik deformasyonların
da artmasına neden olmaktadır.

Abstract:
In this study, the mechanical behavior of Al 6061/SiC particle reinforced metal matrix
composites (PRMMCs) under low-velocity impact loads was investigated experimentally and theoretically. The effects of impact velocity, particle volume fraction and particle size on the contact force, plastic dissipation histories, residual stress-plastic strain distributions and central transverse deflections of Al 6061/SiC PRMMCs were analyzed in detail. The finite element (FEM) models were generated by a code written in Python programming language. In these models, the SiC ceramic particles were dispersed randomly through Al 6061 matrix in order to obtain a similar structure to a real particle reinforced composite structure as possible. FEM analyses were carried out using ABAQUS® software. Low-velocity impact experiments were carried out using Al 6061/SiC PRMMC specimens which were manufactured by powder metalurgy method and the experimental results were also compared with FEM analyses. The impact velocity, particle volume fraction and particle size exhibited significant effects. The contact forces and durations increased significantly with increasing impact velocity. The predicted and measured peak contact forces were in
good agreement for lower impact velocities whereas the predicted impact durations were slightly longer. The composite structures become stiffer when the particle volume fraction is increased. Consequently, the contact force was increased whereas the impact durations were shortened. However, a larger particle size resulted in lower contact forces, but longer impact durations. Particle reinforced composites can dissipate more impact energy in case the particle volume fraction decreases and the particle size increases. Increasing impact velocity and particle volume fraction increased residual stress and plastic strain levels. Increasing the particle size resulted in the residual stress distributions to become non-uniform but increases in the plastic deformations.