AA 6061 T-6 alaşımının darbeli aşınma davranışının sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Analysis of impact wear behavior of AA 6061 T-6 alloy by finite element methods
Yazar: MUHAMMED RAŞİT KARAKOCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET EMRAH ERDOĞDU
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Aşınma = Wear ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Mühendislik malzemelerinin kullanım hizmetleri için servis ömürleri son derece önemlidir. Pratikte kullanılan malzemeler üzerine etki eden istenmeyen kuvvetler servis ömürlerini kısaltmakta hatta mekanizmaların çalışmalarını tamamen durdurabilmektedir. Günümüzde aşınmalardan kaynaklanan hasarların ciddi boyutta olduğu bilinmektedir. Makine parçalarının verimlerindeki düşüşü, ömürlerini ve dayanımlarını arttırmak için çalışmalar yapılmaktadır. Bu kapsamda laboratuvar test cihazları üretilip, üzerinde çeşitli deneyler sonrası malzemelerin eksiklerinin giderilmesi için çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada sürtünme kuvvetiyle gerçekleşen abrasif aşınmanın etkilerini ölçebilmek için daha önce üretilen test cihazlarına ek olarak aynı sistem içerisinde malzeme üzerine etki eden darbe etkisini ölçebilen bir test cihazı tasarlanmıştır. Bu test cihazı sisteminde darbe etkisini oluşturabilmesi için numune yatağının altına vibrasyon motoru yerleştirilmiş ve ana gövde yayların üzerine yerleştirilmiştir. Sabit aşındırıcı uç altında, hareketli tabla üzerinde kayma aşınması gerçekleşirken aynı anda vibrasyon motorunun etkisiyle ve yayların salınımlı hareketi sayesinde numune üzerine darbe etkisi oluşturabilecek bir test cihazı tasarlanmıştır. Literatür çalışmalarında yer alan mevcut test cihazlarının 2 boyutta çalıştığı görülürken, tasarlanan bu sistemde test aşamaları 3 boyutta gerçekleşebilmektedir. Vibrasyon motorunun, cihaz ağırlıkları hesap edildikten sonra sisteme 20 N'luk bir kuvvet uyguladığı bulunmuştur. Sistem, 3 boyutlu modellemelerin yapılabildiği SolidWorks programı üzerinde tasarlanmıştır. 

Tasarlanan sistemde, AA 6061 T-6 alaşımlı malzemenin üzerine etki eden aşınma davranışlarını test etmek için sonlu elemanlar yöntemiyle ANSYS programında "Explicit Dynamics" modülü ile simülasyon analizleri yapılmıştır. Yapılan analiz sınır şartları 0,25, 0,5 ve 1 m/s hızları ve 10, 20 N'luk kuvvetleri altında gerçekleşmiştir. Yapılan simülasyon analizleri ile aşınma derinlikleri, maksimum kayma elastikiyet gerinmeleri ve maksimum kayma gerilmeleri bulunup, değerlendirilip, yorumlanmıştır.

Abstract:
Service life of engineering materials is extremely important for use services. Undesirable forces acting on the materials used in practice shorten their service life and even stop the operation of the mechanisms completely. Today, it is known that the damage caused by abrasion is serious. Efforts are being made to decrease the efficiency, service life and durability of machine parts. In this context, laboratory test devices are produced, and studies are carried out to eliminate the deficiencies of the materials after various experiments on them. In this study, to measure the effects of abrasive wear caused by friction force, in addition to the test devices produced before, a test device that can measure the impact effect on the material in the same system was designed. To create the impact effect in this test device system, a vibration motor was placed under the sample bed and the main body was placed on the springs. A test device has been designed that can create an impact effect on the sample under the fixed abrasive tip, while sliding wear occurs on the moving table, simultaneously with the effect of the vibration motor and the oscillating movement of the springs. While it is seen that the existing test devices in the literature studies work in 2 dimensions, the test stages can be realized in 3 dimensions in this designed system. It was found that the vibration motor applied a force of 20 N to the system after the device weights were calculated. The system is designed on the SolidWorks program, where 3D models can be made.

In the designed system, simulation analyzes were carried out with the "Explicit Dynamics" module in the ANSYS program with the finite element method to test the wear behavior on the AA 6061 T-6 alloy material. The analysis boundary conditions were realized under 0,25, 0,5 and 1 m/s velocities and 10, 20 N forces. Wear depths, maximum shear elastic strains and maximum shear stresses were found evaluated, interpreted by simulation analysis.