Köşe kaynak konstrüksiyonlarının statik dayanımının incelenmesi
Investigation of static strength of fillet weld constructions
Yazar: OKAN BAKBAK
Danışman: PROF. DR. MEHMET FIRAT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada boru-flanş kaynağına düşük çevrimde orantısal ve orantısal olmayan yüklemeler altında çekme-basma, eğilme ve burulma testleri sonlu elamanlar yöntemi ile Hypela 2 kullanıcı alt programı kullanılarak uygulanmış ve kaynak bölgesindeki malzemenin mekanik gerilme ve gerinim davranışları incelenmiştir.

Çalışmada ilk olarak numune malzemesi SAE 1070 çelik olan dairesel çentikli Barkey mili sonlu elamanlar yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Numuneye orantısal ve orantısal olmayan yüklemeler altında çevrimsel birleşik eksenel çekme-basma ve radyal burulma testleri uygulanmış ve çentik bölgesinde gerinim davranışları Hypela 2 kullanıcı alt programı kullanılarak incelenmiş ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. İzotropik ve Chaboche kinematik pekleşme kurallarına göre çözüm elde edebilen Hypela 2 kullanıcı alt programı Ludwig eşitliğine göre çalıştığı için gerekli parametreler elde edilmiş ve program sonlu elemanlar yazılımına okutularak analizler gerçekleştirilmiştir. Chaboche kinematik ve izotropik malzeme modeline göre elde edilen sonuçlar incelendiğinde programın çentik bölgesindeki malzeme davranışını modelleyebildiği ve Bauschinger etkisinin Chaboche kinematik pekleşme modeli ile oluştuğu görülmüştür. Sonuçların deneysel verilerle az bir hata ile yaklaşım içinde olması Hypela 2 kullanıcı alt programının kullanılabilirliğini göstermiştir.

Bir sonraki adımda boru ve flanş malzemesi AISI 304 paslanmaz çelik, kaynak bölgesindeki malzemesi SS308L paslanmaz çelik olan boru -flanş kaynağı aynı sonlu elemanlar programında modellenmiştir. Boru-flanş kaynağına ilk olarak çekme-basma, eğilme ve burulma testleri, düşük bir çevrimde tekil yüklemeler halinde daha sonra ise orantısal ve orantısal olmayan yüklemeler altında birleşik testler halinde uygulanmıştır. Yapılan her bir test lineer elastik, elastik-plastik ve plastik analizler olarak sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Elastik-plastik analizlerde malzemenin plastik davranışını tanımlamak için kaynak bölgesinde izotropik pekleşme modeli kullanırken, plastik analizlerde ise izotropik pekleşme modeline göre çözümleme yapan Hypela 2 kullanıcı alt programı kullanılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde düşük bir çevrimsel yükleme altında kaynak bölgesindeki malzeme davranışı elastik-plastik analizler ve Hypela 2 kullanıcı alt programı ile modellenebilmiştir. Her bir test sonucunda kaynak bölgesinde oluşan maksimum gerilmelerin kesitlerinin değiştiği, elastik analizlerde bu gerilme değerlerinin daha yüksek çıktığı görülmüştür. Hypela 2 kullanıcı alt programı ile yapılan analizlerde kaynak bölgesindeki malzeme davranışının tahmin edilebildiği görülmüştür

Abstract:
In this study, tensile-compression, bending and torsion tests have been applied to the pipe-flange weld with the finite element method using the Hypela 2 user subroutine file and the mechanical stress and strain behavior of the material in the weld zone have been investigated

The material of circular notched Barkey shaft have been determined SAE 1070 steel and the specimen has been modeled using the finite element software. Cyclic combined axial tension-compression and radial torsion tests have been applied to the specimen and strain behavior in the notch region has been investigated using the Hypela 2 user subroutine file and compared with the experimental results. Since the Hypela 2 user subroutine file which can obtain the solution according to the isotropic and Chaboche kinematic hardening rules works according to the Ludwig equation, the necessary parameters has been obtained. When the results obtained according to the hardening model have been investigated, it is seen that Hypela 2 user subroutine can model the behavior of the material in the notch region and the Bauschinger effect has been formed by the Chaboche kinematic hardening model. The results are within compatibility the experimental data and this shows the availability of the Hypela 2 user subroutine. 

In the next step, the pipe-flange and weld material have been determined respectively AISI 304 stainless steel and SS308L stainless steel and pipe-flange weld has been modeled in the same finite element program. Tension-compression, bending and torsion tests have been applied to the pipe-flange weld at a low cycle. These tests have been applied as singular loads and combined loads. Each test have been made as linear elastic, elastic-plastic and plastic analyzes. In the elastic-plastic analyzes, the isotropic hardening model in the weld zone have been used to describe the plastic behavior of the material, while in the plastic analyzes, the Hypela 2 user subroutine, which analyzes the isotropic hardening model, was used. When the results have been investigated, material behavior in the weld zone under a low cyclic loading have been modeled by elastic-plastic analyzes and Hypela 2 user subroutine. The cross sections of the maximum stresses occurring at the weld zone in each test result have been changed and these stress values have been higher in the elastic analyzes. According to the analysis results of the Hypela 2 user subroutine, it was concluded that the behavior of the material in the source zone can be predicted.