Farklı termal genleşme katsayısına sahip iki malzemenin yapıştırıcı ile bağlanmasında termal gerilmelerin optimizasyonu
Optimization of thermal stress in adhesive jointing of two materials with different thermal expansion coefficients
Yazar: MUHAMMED METİN TÜTÜNCÜ
Danışman: PROF. DR. MEHMET EROĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde sektörlerin birçoğunda yapıştırma bağlantıları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sektörlerin başında uzay ve havacılık gelirken bunlara ek olarak denizcilik, otomotiv ve inşaat sektörlerinde de hatrı sayılır bir kullanım alanı vardır. Malzeme teknolojisindeki gelişmeler ile birlikte farklı tipten malzemelerin birleştirilmesi gerekliliğini ortaya çıkmıştır. Yapıştırıcı ile montajı gerçekleştirilen yapılardan olan kompozit-metal, polimer-metal veya metal-metal bağlantıları için yapıştırıcılar önemli bir konuma gelmiştir. Yapıştırıcı dayanımı hakkındaki araştırmaların önünün açılması bu gelişmelerin beraberinde olmuştur. Bu çalışmada termal genleşme katsayısı metallere oranla oldukça düşük olan seramik malzeme ve titanyum malzemenin yapısal epoksi yapıştırıcı kullanılarak oluşturulmuş yapıştırma bağlantıları termal yükler altında incelenmiştir. Bağlantı tipinin termal gerilmeye etkisi incelenmek için farklı bağlantı tipilerinde gerilmeler incelenmiştir. Geometri optimizasyonu ve yapıştırıcının elastiklik modülünün dayanıma etkisini incelemek içinse parametrik bir model kurulup; yapıştırıcı kalınlığı, bağlantıdaki yuvarlatmalar ve parçalardaki uzunluklar optimizasyon programları yardımıyla değiştirilerek, yapıştırma bağlantılarında en az gerilmeyi oluşturacak şartlar incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde; yapıştırıcının elastiklik modülü değerindeki değişimin doğrusal olması sebebiyle parametrik optimizasyona girdi olarak alınmasına gerek olmadığı görülmüştür. Optimizasyon sonuçları incelendiğinde ise; tasarımın uzunluk, yuvarlatma ve kalınlık ölçülerinin optimizasyon sonucunda yapıda oluşan gerilmeleri azalttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Adhesive joints are widely used in many of the sectors today. While space and aviation are at the forefront of these sectors, in addition to these, there is a considerable area of use in the maritime, automotive and construction sectors. With the developments in material technology, the necessity of combining different types of materials has emerged. Adhesives have become important for composite-metal, polymer-metal or metal-metal connections, which are structures that are assembled with adhesive. These developments paved the way for research on adhesive strength. In this study, the bonding joints formed by using structural epoxy adhesive of ceramic material, which have a very low thermal expansion coefficient compared to metals, and titanium material were examined under thermal loads. In order to examine the effect of connection type on thermal stress, stresses in different connection types were examined. In order to analyze the effect of geometry optimization and the modulus of elasticity of the adhesive on the strength, a parametric model was established; Adhesive thickness, rounding in the joint and the lengths of the parts were changed with the help of optimization programs, and the conditions that would create the least stress in the adhesive joints were examined. When the results are examined; Since the change in the modulus of elasticity of the adhesive is linear, it is not necessary to take it as an input to the parametric optimization. When the optimization results are examined; It has been observed that the length, rounding and thickness dimensions of the design reduce the stresses in the structure as a result of optimization.