Çentikli ve homojen malzemelerin çevrimsel deformasyonlarının modellenmesi ve sonlu elemanlar analizleri
Modeling of cyclic material deformations of the homogeneous and notched materials and the finite element analysis
Yazar: TOROS ARDA AKŞEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET FIRAT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET
Anahtar kelimeler: Pekleşme modelleri, kinematik pekleşme, izotropik pekleşme,
çevrimsel plastisite, dairesel çentikli numune
Bu çalışmada, dairesel çentikli bir numunede orantısal ve orantısal olmayan
yüklemeler altında çentik kökündeki gerinimler incelenmiştir.
ASTM standartlarına göre boyutlandırıldıktan sonra, bir sonlu elemanlar yazılımı
kullanılarak modellenen çekme testi numunesinin, sırasıyla çekme testi, çevrimsel
çekme – basma testi, burulma testi ve çevrimsel burulma testi analizleri
gerçekleştirilmiştir. Test numunesinin malzemesi 16MnCr5 çeliği olarak
belirlenmiştir. Analizlerde malzemenin plastik davranışını tanımlamak için, Mises
izotropik pekleşme modeli ve Chaboche kinematik pekleşme modeli olmak üzere iki
farklı pekleşme modeli kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre kinematik pekleşme
modeli kullanılarak gerçekleştirilen çevrimsel testlerin analizlerinde Bauschinger
etkisini modellenebilmiştir ancak izotropik pekleşme modeli kullanılarak
gerçekleştirilen çevrimsel testlerin analizlerinde gerinim bozunum davranışı ve
Bauschinger etkisi modellenememiştir. Bunun yanında iki pekleşme modeli de yalın
yüklemeler altında birbirleriyle uyumlu sonuçlar vermiştir.
Bir sonraki adımda, dairesel çentikli silindirik bir numune, aynı sonlu elemanlar
yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Numunenin malzemesi SAE 1070 çeliği olarak
belirlenmiş olup ilk olarak sadece eksenel yük uygulanarak çentik kökündeki eksenel
gerilme yığılma faktörü ve sadece burulma yükü uygulanarak çentik kökündeki
çevresel gerilme yığılma faktörü elde edilmiştir. Sonrasında, bulunan gerilme yığılma
faktörlerinin önceki zamanlarda yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen
değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Son olarak aynı numunede Chaboche
kinematik pekleşme modeli kullanılarak orantısal ve orantısal olmayan yüklemeler
altında çentik kökündeki gerinim davranışları incelenmiştir. Sonuçlar, önceden
gerçekleştirilen deneysel çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.
Araştırmada elde edilen bulgulara göre, Chaboche kinematik pekleşme modeli
kullanılarak gerçekleştirilen analizlerde, çevrimsel yüklemeler altında malzemenin
davranışının oldukça iyi bir şekilde tahmin edilebildiği görülmüştür.

Abstract:
MODELING OF CYCLIC MATERIAL DEFORMATIONS OF THE
HOMOGENEOUS AND NOTCHED MATERIALS AND THE
FINITE ELEMENT ANALYSIS
SUMMARY
Keywords: Hardening types, kinematic hardening, isotropic hardening, cyclic
plasticity, circumferentially notched bar
In this study, notch root strains of a circumferentially notched bar have been
investigated under proportional and nonproportional loadings.
After determining the dimensions of the tension test specimen according to ASTM
standarts, modeling of the test specimen has been realized using a finite element
software. Respectively the tension, the cyclic tension – compression, the torsion and
the cyclic torsion tests of the specimen have been simulated by FEM. Material has
been deterimed as 16MnCr5 steel and to determine materials plastic behavior, two
different hardening types which are Mises isotropic hardening and Chaboche
kinematic hardening rules have been used. The results obtained according to the
hardening types have been compared. According to the results, under cyclic loading
kinematic hardening type could capture the Bauschinger effect unlike isotropic
hardening. Under monotonic loadings, the results obtained from different hardening
types have been accord with each other.
The circumferentially notched bar of Barkey has been modeled using the same finite
element software. The material of the notched bar has been determined as SAE 1070
steel. First, under axial loading and torsial loading sepereately, axial stress
concentration factor and the torsial stress concentration factor have been determined.
Axial and torsial stress concentration factors obtained have been accord with the
results obtained form the experiments which realized before. Finally under
proportional and nonproportional loading the notch root strains have been investigated
and assessed.
According to the findings obtained in this research, it was concluded that under cyclic
loadings materials plastic behaviour can be