Bir ve iki boyutta işlevsel derecelendirilmiş silindirlerin ısılmekanik incelenmesi
Thermomechanical investigation of one and two-dimensional functionally graded cylinders
Yazar: MEHMET EKER
Danışman: DOÇ. DR. KERİMCAN ÇELEBİ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ YARIMPABUÇ
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, silindir geometriye sahip işlevsel derecelendirilmiş elemanların çeşitli koşullar altında ısılmekanik davranışı sayısal olarak incelenmiştir. Sabit/değişken iç sıcaklık ve basınç, zamana bağlı sıcaklık, farklı büyüklüklerde iç ısı üretimi ve taşınım gibi koşullar altında incelenen silindirlerin sıcaklık, yer değiştirme ve ısıl gerilme dağılımları elde edilmiştir. Seramik-metal karışımı ile elde edilen işlevsel derecelendirme, bir boyutlu incelemeler için Mori-Tanaka yöntemi, iki boyutlu incelemeler için hacim oranlarına dayalı doğrusal karışım kuralı ile gerçekleştirilmiştir. Dört farklı inceleme içeren çalışmada tüm sayısal hesaplamalar pseudospektral Chebyshev yöntemi ile yapılmıştır. Bu yöntem, türevleme matrisi tabanlı olup, diferansiyel denklemi doğrusal denklem sistemine dönüştüren bir yaklaşımdır. İlk incelemede, radyal derecelendirilmiş içi boş silindirlerin elastik davranışları ele alınmıştır. İkinci incelemede, radyal dereceli içi dolu ve boş silindirlerin durağan hal ısılmekanik davranışları tespit edilmiştir. Üçüncü incelemede, ısı iletimi ve yer değiştirme denklemlerinde yer alan etkişelim (coupled) ve atalet (inertia) terimlerinin zamana bağlı ısıl yüklemeler altında etkisi, klasik etkileşimli kuram ve Lord-Shulman kuramları ile irdelenmiştir. Çalışmanın son bölümünde, iki boyutta derecelendirilmiş kalın cidarlı silindirin iç basınç altında elastik davranışı incelenmiştir.

Abstract:
In this study, the thermomechanical behavior of functionally graded elements with cylinder geometry was numerically investigated under various conditions. Temperature, displacement, and thermal stress distributions of the cylinders examined under conditions such as constant/variable internal temperature and pressure, time-dependent temperature, different values of internal heat generation and convection were obtained. Functionally grading obtained by ceramic-metal mixture was carried out with the Mori-Tanaka method for one-dimensional investigations and linear rule of mixture based on volume fractions for two-dimensional examinations. There are four different investigations carried out in the study, and all numerical calculations were made with the pseudospectral Chebyshev method. The method is based on the differential matrix approach and converts the differential equation into a system of linear equations by this approach. In the first investigation, the elastic behavior of radially graded hollow cylinders is considered. In the second investigation, the steady-state thermomechanical behavior of radially graded solid and hollow cylinders was determined. In the third investigation, the effect of coupled and inertia terms in the heat conduction and displacement equations is examined with the aid of classical coupled theory and Lord-Shulman theory under time-dependent thermal loads. The final review is devoted to the elastic behavior of pressurized thick-walled cylinder graded in two dimensions.