Çok katmanlı ve fonksiyonel kademelendirilmiş kompozit plakalarda ısıl artık gerilmelerin analizi
Thermal residual stress analysis of multi-layered and functionally graded composite plates
Yazar: RECEP GÜNEŞ
Danışman: PROF.DR. MUSTAFA  KEMAL APALAK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ill ÇOK KATMANLI VE FONKSİYONEL KADEMELENDİRİLMİŞ KOMPOZİT PLAKALARDA ISIL ARTIK GERİLMELERİN ANALİZİ ÖZET Çok katmanlı ve fonksiyonel kademelendirilmiş plakalar genellikle seramik-metal esaslıdırlar ve yüksek sıcaklık uygulamalarında ısıl bariyer olarak kullanılırlar. Çok katmanlı plakalarda kalınlık boyunca malzeme kompozisyonundaki değişim katmandan katmana kademeli olurken, fonksiyonel kademelendirilmiş plakalarda malzeme kompozisyonu kalınlık boyunca sürekli olarak değişir. Malzeme kompozisyonundaki bu sürekli değişim fonksiyonel kademelendirilmiş plakaların katmanları arasında daha düşük artık gerilmelerin oluşmasını sağlar. Bu tez çalışmasında, öncelikle farklı sıcaklık alanlarına maruz çok katmanlı plakalardaki ısıl artık gerilme analizleri Klasik Plaka Teorisi kullanılarak yapıldı. Plakanın gerilme ve şekil değiştirme davranışı üzerinde kompozisyonel gradyant ve katman sayılarının etkisi de araştırıldı. Daha sonra üç boyutlu katmanlı sonlu eleman tipiyle modellenmiş olan, farklı malzeme bileşenlerine sahip fonksiyonel kademelendirilmiş plakaların uniform, lineer ve parabolik sıcaklık yükleri altındaki ısıl artık gerilme analizlerine dayanarak, en küçük ısıl artık gerilme dağılımını sağlayan optimum malzeme kompozisyonu belirlendi. Fonksiyonel kademelendirilmiş malzemelerin bir uygulaması olarak; Yapısal ve ısıl yüklere maruz, yapıştırıcıyla birleştirilmiş, fonksiyonel kademelendirilmiş, tek bindirme ve tüp bağlantıların gerilme davranışları incelendi. Yapılan analizlerde, yapıştırıcı bağlantısını oluşturan plakaların malzeme kompozisyonu ve katman sayılarının, bağlantının gerilme durumu üzerindeki etkileri belirlendi. Bununla birlikte, plakalar ve yapıştırıcı tabakası arasında oluşan gerilme süreksizliklerinin en küçük olduğu bağlantı kompozisyonu tespit edildi. Anahtar Kelimeler: Fonksiyonel kademelendirilmiş malzemeler; ısıl artık gerilmeler; fonksiyonel kademelendirilmiş bindirme bağlantılar; katmanlı sonlu eleman.

Abstract:
IV THERMAL RESIDUAL STRESS ANALYSIS OF MULTI-LAYERED AND FUNCTIONALLY GRADED COMPOSITE PLATES ABSTRACT Multi-layered and functionally graded plates are usually composed of ceramic and metal phases and are designed for high-temperature applications as a thermal barrier. Multi-layered plate has a stepwise variation of material composition through the layers whereas the functionally graded material has a continuous material composition through the plate thickness. This continuous material composition allows us to achive a lower and smooth thermal residual stress distribution through the thicknees of the functionally graded plates. In this study, the thermal residual stress analysis of the multi-layered plates subjected to various thermal fields was carried out based on the Classical Plate Theory. The effects of the compositional gradient and the number of layers on the stress and deformation states of the plate were also investigated. Then, the thermal residual stress analysis of the functionally graded plates modelled using the 3D layered finite elements was carried out under uniform, linear and parabolic temperature distributions and optimum material composition, which results in minimum residual stress distribution in the plates, was determined. As the case studies, the stress states of the adhesively bonded functionally graded single lap and tubular joints were investigated for structural and thermal loads. In the analysis, the effects of compositional gradient and number of layers of the adherends on the stress states of the adhesive joints were investigated. In addition, material composition direction providing a minimal stress discontinuities along the adherend-adhesive interfaces was determined. Keywords: Functionally graded materials; thermal residual stresses; functionally graded lap and tubular joints; layered finite element.