Havaalanı yer destek aracının aks mili hasar analizi
Failure analysis of an axle shaft in an airport ground support vehicle
Yazar: ALİ ARMAĞAN DİLER
Danışman: DOÇ. DR. SELİM GÜRGEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH SERT
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Burulma = Torsion ; Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler = Functionally graded materials ; Gerilme yığılmaları = Stress concentration ; Hasar analizi = Damage analysis ; Yorulma = Fatigue ; Yorulma analizi = Fatigue analysis ; Yorulma çatlağı = Fatigue crack

Özet:
Bu çalışmada, havaalanı yer destek aracı aks milinin hasar analizi yapılmıştır. Sadece burulmayla yüklenen aks milinde ortaya çıkan hasarın mekanizması, sebepleri belirlenmiştir. Tekrar aynı hasarla karşılaşmamak için alınması gereken önlemler tavsiye edilmiştir. Hasar analizinde makro gözlem, nümerik analiz, metalografik analiz, kimyasal kompozisyon analizi, sertlik ölçümü ve çekme testi metotları kullanılmıştır. Nümerik analizlerde, gerçeğe yakın sonuçlar elde etmek için aks mili fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM) olarak modellenmiştir. Analiz sonuçları göstermektedir ki aks milindeki kırık bir burulma yorulması hasarıdır ve yorulma ömrü tipi düşük ömürlü yorulmadır. Aks milinin talaşlı imalatı sonrasında oluşan yüksek yüzey pürüzlülüğü hasar sebeplerinden biridir. Gerilme yığılmalarının oluşmasına sebep olan yüksek yüzey pürüzlülüğü, yüzeyde burulma yorulması dayanımını düşürmüştür ve çatlak başlangıcına sebep olmuştur. Diğer hasar sebebiyse yetersiz mekanik özelliklerde malzeme seçimidir. İndüksiyonla yüzey sertleştirme sayesinde aks milinin burulma dayanımı arttırılsa da 9 mm'den 14 mm'ye kadar olan derinliklerde akma mukavemetlerinin yeterli olmadığı bulunmuştur. Aks milinin talaşlı imalatında yüzey kalitesini arttırmak, yüzey pürüzlülüğünü ve gerilme yığılmalarını azaltmak için yüzey finiş işleminde son pasonun düşük derinlikle alınması ve hatta taşlama önlem olarak tavsiye edilmiştir. Ayrıca aks mili malzemesi olarak EN 34Cr4 alaşım çeliği yerine akma mukavemeti daha yüksek olan başka bir malzeme, örneğin EN 37Cr4, kullanılması tavsiye edilmiştir.

Abstract:
In this study, failure analysis of an axle shaft in an airport ground support vehicle was carried out. Mechanism and causes of failure that occurred in the axle shaft, which was loaded only by torsion, were determined. Preventions have been proposed in order not to encounter same failure again. Macroscopic observation, numerical analysis, metallographic analysis, chemical composition analysis, hardness measurement and tensile test methods were used in failure analysis. In numerical analyses, axle shaft was modelled as a functionally graded material (FGM) to obtain results close to actual. The analysis results show that the axle shaft fracture is a torsional fatigue failure and type of fatigue life is low cycle fatigue. High surface roughness that occurs after machining of axle shaft is one of the causes of failure. High surface roughness that caused formation of stress concentrations decreased torsional fatigue strength of surface and caused crack initiation. Another reason for failure is selection of material with insufficient mechanical properties. Although torsional strength of axle shaft is increased by induction surface hardening, it has been found that yield strengths are not sufficient at depths from 9 mm to 14 mm. Making finish cut with low depth and even grinding in surface finishing process have been proposed as a prevention to increase surface quality, reduce surface roughness and stress concentrations in machining of axle shaft. In addition, using another material with higher yield strength (EN 37Cr4) have been proposed instead of EN 34Cr4 alloy steel as the axle shaft material.