Çevrimsel ve orantısal yüklemeler altında lineer olmayan bir pekleşme modelinin performansının incelenmesi
Evaluation of the performance of a nonlinear hardening model under cyclic and proportional loadings
Yazar: MELİH ÇAYLAK
Danışman: PROF. DR. MEHMET FIRAT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bauschinger etkisi = Bauschinger effect ; Gerinim parametreleri = Strain parameters ; Plastisite modeli = Plasticity model ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Bu tez çalışmasında, birleşik izotropik – kinematik bir pekleşme kuralı uygulanarak, farklı çevrimsel yüklemeler altındaki malzeme davranışlarının tahmini gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda von Mises izotropik akma fonksiyonu ve bağdaşık akma kuralı kullanılmıştır. Birleşik pekleşme kuralının kinematik bileşeni Armstrong – Frederic modeli kullanılarak tanımlanmıştır. Plastisite parametreleri Hypela2 kullanıcı tanımlı malzeme alt programı kullanılarak sonlu elemanlar yazılımına tanımlanmıştır.
Çalışmanın ilk aşamasında, tek eleman testlerinin analizleri gerçekleştirilerek malzeme modelinin doğrulaması yapılmıştır. Bu hususta çevrimsel bir çekme – basma uygulaması ve çevrimsel bir basit kayma uygulaması seçilmiştir. Kinematik ve izotropik pekleşme parametreleri, malzemenin monotonik ve çevrimsel gerilme – gerinim davranışlarından elde edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen sayısal çözümlerin sonuçları deneysel verilerle ve literatürden elde edilen sayısal tahminlerle karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son aşamasında ise önerilen plastisite modeli delikli bir plakanın birleşik yükleme altındaki davranışının tahmininde kullanılmıştır. Son uygulamada OHFC bakırı test malzemesi olarak ele alınmıştır. Sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen sonuçlar literatürden elde edilen sayısal tahminlerle karşılaştırılmıştır.
Araştırmada elde edilen bulgulara göre önerilen plastisite modelinin düşük gerinimli çevrimsel yükleme şartları altında başarılı sonuçlar verdiği kaydedilmiştir. Modelin ayrıca kalibrasyonunun da basitliği dikkate alındığında, tez kapsamında düşük çevrimli çevrimsel uygulamalar için pratik bir yaklaşım sunulmuştur.

Anahtar kelimeler: Birleşik pekleşme kuralı, plastisite modeli, çevrimsel gerilme – gerinim, Bauschinger etkisi, sonlu elemanlar yöntemi

Abstract:
In the present dissertation, a combined hardening model was employed in order to predict the material behavior of a plate with a hole under cyclic loadings. Von Mises yield criterion in conjunction with associated flow rule was utilized in the numerical approach. The kinematic part of the combined hardening rule was model using Armstrong – Frederic model. To incorporate the plasticity models into the finite element software, a user defined material subroutine so-called Hypela2 was used.
In the first stage, single element test simulations were carried out to validate to plasticity moıdel used in this work. To this end, cyclic tension – compression and simple reversal shear applications were considered. Kinematic and isotropic hardening parameters were obtained from the monotonic and reversal stress – strain responses of the materials. Numerical results obtained from the finite element analyses were compared with the experimental outcomes and numerical predictions from literature studies. In the second stage, plasticity model with combined hardening model was used so as to determine the material response of a plate with a hole under combined loadings. Within this concept, OHFC copper was considered as a test material. Finite element results were compared with the numerical predictions procured from literature studies.
According to the findings obtained in this research, it was concluded that the plasticity model used in this work provide accurate results especially for small strain.cyclic loading. Moreover, this model is user friendly and has an easy identification procedure.

Keywords: Combined hardening, plasticity model, cyclic stress – strain behavior, Bauschinger effect, finite element method