Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen mikro kafes yapıların mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of mechanical behaviours of micro lattice structures manufactured via selective laser melting method
Yazar: RECEP GÜMRÜK
Danışman: PROF. DR. SAMİ KARADENİZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Bu tez çalışmasında, lazer ergitme yöntemi ile üretilen 316L paslanmaz çelik mikro kafes malzemelerin deneysel, teorik ve sayısal olarak mekanik davranışlarının incelenmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalar statik ve dinamik test çalışmalarından oluşmaktadır. Bu testler vasıtasıyla mikro tellerin ve kafes blokların statik ve dinamik yükler altındaki mekanik özellikleri ve çökme davranışları araştırılmıştır. Mikro kafes yapıların mekanik davranışlarını belirleyen en önemli parametrelerin, izafi yoğunluk ve hücre topolojisi olduğu deneysel sonuçlardan ortaya çıkmıştır. Ayrıca hem mikro teller hem de kafes blokların şekil değiştirme hızına bağımlılığı dinamik testler vasıtasıyla belirlenmiştir. Teorik çalışmalarda, mikro kafes topolojileri için başlangıç elastisite modülü ve başlangıç çökme gerilmesini tahmin eden ampirik ifadeler klasik mekanik formüller kullanılarak elde edilmiştir. Teorik ve sayısal modellerde mikro tellerin kesişim bölgesi etkilerinin dikkate alınmasının daha gerçekçi sonuçlar elde edilmesi adına oldukça önemli olduğu görülmüştür. Sayısal çalışmalarda ise sonlu elemanlar yöntemi vasıtasıyla deneysel sonuçlarla uyumlu sayısal modeller geliştirilmiştir. Ayrıca, geçerliliği sağlanan modellerle, mikro kafes yapılarda dalga yayılımının incelenmesine, sınır tabaka etkilerinin ve yapısal kusurların kafes yapıların mekanik davranışına etkilerinin belirlenmesine yönelik bir dizi parametrik çalışma gerçekleştirilmiştir. Darbe hızı arttıkça mikro kafes yapılarda dalga yayılımının mekanik davranışı belirlediği ve buna bağlı olarak mikro atalet etkilerinin etkin olmaya başladığı gerçekleştirilen sayısal çalışmalarla belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the mechanical behaviours of 316L stainless steel micro lattice materials manufactured via selective laser melting method are aimed to investigate as experimental, numerical and theoretical. The experimental studies compose static and dynamic tests. By means of these tests, the mechanical responses and collapse behaviours of individual micro struts and lattice blocks under static and dynamic loads are investigated. It is disclosed from the experimental results that relative density and cell topology are the most significant parameter over mechanical behaviours. Also, it is found that the strain rate dependency for both individual micro struts and lattice blocks exists. In the theoretical studies, the empirical statements predicting the initial elasticity modulus and collapse stresses for micro lattice topologies are obtained using classic mechanic formulas. It is found that to take into account the geometrical effects around the micro strut junctions in the theoretical and numerical modelling gives more compatible results with experiments. In the numerical studies, the numerical models using finite element method are developed to be compatible with experimental data. Also, a series of parametric studies are fulfilled to examine the wave propagation in micro lattice structures and to determine the influence of structural disorders and boundary layers to mechanical behaviours thanks to the verified numerical model. It is determined by means of numerical studies that the wave propagation governs the mechanical behaviour of lattice structures and, in parallel to this, the micro inertia effects start to be dominant, as the impact velocity increases.