Malzeme özellikleri sıcaklığa bağımlı olan izotropik fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerde bulunan eğik çatlakların gerilme şiddet çarpanları Jk-integral yöntemi ile hesaplanması
Calculation of stress intensity factors of inclined crack embedded in isotropic functionally graded materials with temperature dependence material properties using Jk-integral method
Yazar: MORTEZA YEGANEHPOOR
Danışman: PROF. DR. BORA YILDIRIM ; DOÇ. DR. SERKAN DAĞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Makine mühendisliği = Mechanical engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, Jk-integral yöntemini kullanarak Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemelerdeki eğik çatlak ucunda parametrelerini hesaplamaktır. Çatlak, karışık modda termal yüklemeye maruz kalmaktadır. Jk-integrali en genel formu göz önüne alındığında bu integral çatlak ucunda tanımlanmış bir eğri integralidir eğri üzerinde tanımlanmış integral ile çalışmanın mümkün olmamasından, Jk-integral, düzlemsel termal elastikiyet kuramları ile alan ve çizgi integralleri içeren ve alandan bağımsız bir integral haline dönüştürülmüştür. Karışık modda termal yükleme altındaki çatlak analizleri mod-I ve mod-II gerilme şiddeti faktörlerinim hesap edilmesini gerektirmektedir. Gerilme şiddet faktörlerinin hesabına ek olarak enerji bırakma miktarı ve T-gerilimi de Jk -integral metodu ile hesap edilmektedirGenel amaçlı sonlu eleman analiz yazılımı olan ANSYS' te yapılan termal ve yapısal analizlerde derecelendirilmiş izoparametrik elemanlara sahip sonlu eleman modelleri oluşturulmuştur. Jk-integral formülasyonunda gerekli olan bütün malzeme özelliklerinin, fonksiyonel derecelendirilmiş ortamda sürekli uzaysal değişimlere sahip oldukları varsayılmıştır. Elde edilen sayısal sonuçlar Yer Değiştirme Bağıntısı Tekniği ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Jk -integralinin alandan bağımsız olma özelliği de gösterilmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar çatlak pozisyonunun, çatlak boyu, çatlağın açısı ve malzeme özelliklerinin derecelendirilme profillerinin gerilme şiddeti faktörlerine, enerji bırakma miktarına etkilerini göstermektedir.

Abstract:
The main aim of this study is to utilize a Jk-integral for the analysis of inclined cracks located in functionally graded materials (FGMs). The crack is subjected to mixed mode thermal loading. The generalized definition of the Jk-integral over a vanishingly small curve at the tip of an inclined crack is converted to a domain independent form that consists of area and line integrals defined over finite domains. A numerical procedure based on the finite element method is then developed, which allows the evaluation of the components of the Jk -integral, the modes I and II stress intensity factors, energy release rate and the T-stresses at the crack tips.In both thermal and structural analyses, finite element models that possess graded isoparametric elements are created in the general purpose finite element analysis software ANSYS. In the formulation of Jk-integral, all required engineering material properties are assumed to possess continuous spatial variations through the functionally graded medium. The numerical results are compared to the results obtained from Displacement Correlation Technique (DCT). The domain independence of Jk-integral is also demonstrated. Detailed parametric analyses are conducted by considering an inclined crack in an FGM layer that is subjected to steady-state thermal stresses. The results obtained in this study show the effects of relative location, relative crack size, material property profile and the crack inclination angle on stress intensity factors and energy release rate.