Isı üretimi olan sürtünmeli temasların sıcaklık bağımlı özellikler kullanılarak analizi
Analysis of frictional contacts with heat generation considering temperature dependent properties
Yazar: MEHMET NURULLAH BALCI
Danışman: PROF. DR. BORA YILDIRIM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Sürtünme ısısı = Friction heat ; Temas gerilmesi = Contact stress ; Temas problemi = Contact problem

Özet:
Tezin amacı; sürtünmeye bağlı ısı üretimi olan temasların sıcaklık bağımlı özellikler kullanılarak analiz edilmesi ve bunun sonucunda da temas yüzeyi gerilme ve sıcaklık dağılımının hesaplanmasıdır. Sürtünmeli temaslar makine mühendisliğinin birçok uygulamasında karşılaşılan bir durumdur. Temas problemleri genellikle çözümü kolay olmayan ve içerdiği parametrelere göre de zorluk derecesi artan problemlerdir. Örneğin sürtünmesiz temaslar çözümü en basit temas problemleri iken, sürtünme kaynaklı ısı üretimi olan temas problemlerinin çözümü bu kadar kolay değildir. Bu tez kapsamında sürtünme kaynaklı ısının malzemenin termal ve mekanik özelliklerini de değiştireceği düşünülerek, sabit özellik kullanımıyla elde edilen sonuçlar ile karşılaştırması ve hata analizleri yapılmıştır. Problemin çözümü için sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. Kararlı rejimde sonuçların elde edilebilmesi için sürtünme kaynaklı ısının temas bölgesinde dengeye ulaşması gerekmektedir. Bu kapsamda sonlu elemanlar ortamında iteratif bir kod oluşturulmuş, bu kod genel amaçlı bir sonlu elemanlar analizi yazılımı olan ANSYS, 1997 içerisine entegre edilerek sonuçlar elde edilmiştir.Bu tezde temas yüzeyinde sürtünme katsayısı sabit ve Coulomb tipi sürtünme modeli esas alınarak, rijit ve yalıtkan kayan zımba kabulü ile, homojen izotropik metal katman ve seramik kaplamalı metal katman modelleri için problem çözülmüştür. Ayrıca fonksiyonel derecelendirilmiş kaplama katmanı / metal alt katman için sonuçlar elde edilmiş, literatürde elde edilen diğer sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri kullanımı ile elde edilen sonuçlar ile sabit özellik kullanımı ile elde edilen sonuçlar arasındaki hata analizi ile bu tür problemlerde sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri kullanımının önemi vurgulanmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to analyze the frictional contacts with heat generation considering temperature dependent thermoelastic material properties. Frictional contacts take place in almost all the applications of the mechanical engineering. Generally, the solutions of contact problems are not so easy and while the contact problem involves more parameters, it becomes more difficult problem to solve. For instance, the frictionless contact problem is the easiest one wheras the contact problem with frictional heat generation is the more difficult one to solve. In this scope, it is considered that the heat generation in the contact region enters the material and changes the thermoelastic material properties. Contact problem is solved by using temperature dependent and constant matarial properties and these solutions are compared and error analysis is done between these solutions. In frictional contacts with heat generation, generated heat in the contact zone must be in equilibrium. In order to solve the problem, finite element analysis is used and an iterative code is created and integtated in ANSYS which is a general purpose finite element analysis software.In this study, the friction coefficient in the contact zone is assumed constant and Coulomb type friction model is taken as a basis. Moreover, punch is assumed rigid, flat and insulated. Results are obtained for homogenous isotropic metal layer and ceramic coated metal substrate. In addition metal substrate with coated , functionally graded material model is also solved to compare the results with other results in the literature. Error analysis is done by using the results of the constant material properties and the temperature dependent material properties. It shows and emphasizes that the usage of temperature dependent properties in this type problems are crucial.