Pin on disk test düzeneği ile aşınma karakteristiklerinin modellenmesi
Modelling of wear characteristics using a pin on disk test apparatus
Yazar: MEHMET TUNÇ TUNÇEL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS İSTİF
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Eroziv aşınma = Erosive wear ; Kuru sürtünme = Dry friction ; Sürtünme aşınması = Abrasive wear ; Yüzey aşınması = Surface wear

Özet:
Tribolojinin konularından biri olan sürtünme, yüzeyleri belli bir baskı altında temas halinde olan ve göreceli hareketli makina parçalarında aşınmaya neden olur. Makinalardaki hasarın büyük bölümü aşınma kaynaklıdır. Kuru sürtünmenin kaçınılmaz olduğu durumlarda makina elemanının ömrünün uzun olması için aşınma direnci yüksek malzemeler tercih edilir. Bunun yanında aşınmaya bağlı bir hasar meydana gelmeden önce bu durumun öngörülebilmesi ile alınacak önlemler ve yapılacak bakımlar ile parça ömrünün uzatılması söz konusudur. Aşınma hasarlarının öngörülmesi için aşınma deneylerine bağlı modeller üzerinden simülasyon çalışmaları yapılarak öngörü gerçekleştirmek mümkündür. 
Literatürde özellikle otomotiv ve havacılık sektöründe, metal ve polimer esaslı malzemelerden alüminyum ve epoksi kompozit malzemelerin, son yıllarda yaygın olarak kullanıldığı görülmektedir. Bu malzemelerin ortak özelliği hafiflik, korozyon direnci yüksek ve kompozit olarak kolay üretilebilir olmasıdır. Ancak bu malzemelerin saf olarak kullanılması durumunda aşınma dirençleri düşüktür. Kendinden yağlama özelliğinden dolayı grafen, alüminyum ve polimer kompozitlerde, bu malzemelerin aşınma karakteristiklerini iyileştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Pin-on-disk testi, bu çalışma kapsamında hazırlanan alüminyum ve epoksi grafen örneklerinin aşınma davranışını ölçmek ve kuru sürtünmeli aşınma testlerini yapmak için kullanılan standart testlerden biridir. Elde edilen deney sonuçlarından malzeme çiftlerinin aşınma karakteristikleri oluşturulmuştur. Deneyler sırasında ölçülen sürtünme kuvveti ile sürtünme yolu uzunluğu başına ağırlık kaybından hesaplanan aşınma oranı, tek giriş-tek çıkışlı aşınma prosesinin giriş ve çıkış değişkenleri olarak kabul edilmiş ve her bir pin-on-disk testi için sistem tanılama yöntemiyle üç farklı model elde edilmiştir. Elde edilen modellerin simülasyonu deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış, simülasyon ve deney sonuçlarının uyumu modelleme sonuçları ile birlikte verilmiştir.
Bu çalışma toplam beş bölümden oluşmuştur. İlk bölüm olan giriş bölümünde tez konusu ve literatür özetine yer verilmiştir. İkinci bölümde aşınma testlerinde kullanılacak olan ve son yıllarda literatürde yeni olan grafen katkılı alüminyum ve epoksi matrisli kompozitler hakkında bilgi verilmiş, test numuneleri ve aşınma disklerinin hazırlanması anlatılmıştır. Bölüm 3'te kuru sürtünmeli aşınma testlerinde standart olarak kullanılan pin-on-disk testi hakkında bilgi verilerek testin yapılışı anlatılmıştır. Tanılama çalışması Bölüm 4'te anlatılmış, tanılama sonucu elde edilen modellerin simülasyonu ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılması yine aynı bölümde verilmiştir. Bölüm 5 'te çalışmadan elde edilen sonuçlar ve değerlendirme yapılmıştır.

Abstract:
Friction, one of the subjects of tribology, causes wear on relatively moving machine parts whose surfaces come into contact under a certain pressure. Most of the damage to the machines is caused by wear. In the case of where dry sliding wear is unavoidable, materials with high wear resistance are preferred to extend the life of the machine element. In addition, it is possible to predict wear loss before wear-related damage occurs and to extend the service life of the parts with the measures to be taken and the maintenance to be performed. For the prediction of wear damage, it is possible to realize the prediction by simulation studies on the models based on the wear tests.
In the literature, especially in the automotive and aerospace industry, it is seen that aluminum and epoxy composite materials, which are metal and polymer-based materials, are widely used in recent years. The common feature of these materials is their lightness, high corrosion resistance and easy to produce as composite. However, when these materials are used purely, their wear resistance is low. Due to its self-lubricating properties, graphene is widely used in aluminum and polymer composites to improve the wear characteristics of these materials. 
Pin-on-disc test is one of the standard tests used to measure the wear behaviour of aluminum and epoxy graphene samples prepared in this study and to perform dry friction wear tests. The wear characteristics of the material pairs were obtained from the experimental results. The friction force measured during the experiments and the wear rate calculated from the weight loss per sliding distance was accepted as the input and output variables of the single input-single output wear process and three different models were obtained with the system identification method for each pin-on-disc test. The simulations of the obtained models were compared with the experimental results and the fit of the simulation and experimental results were given together with the modelling results.
This study consists of five chapters. In the first chapter, the introductory part, the thesis topic and the literature summary are introduced. In the second part, information about graphene reinforced aluminium and epoxy matrix composites which will be used in wear tests and which is new in literature in recent years are given and preparation of test samples and wear discs is explained. Chapter 3 provides information on the pin-on-disc test, a standard test used in dry-friction wear tests, and describes how to perform the test. The identification study is described in Chapter 4, and the simulation of the models obtained from the identification and the comparison with the experimental results are given in the same chapter. In Section 5, the results obtained from the study and the evaluation are made.