Belirsizliklerin yorulma ömrüne etkileri
The effects of uncertainties to the fatigue life
Yazar: MEHMET FATİH AYDINER
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE ERDÖLEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Aralık sayılar = Interval numbers ; Belirsizlik = Uncertainty ; Belirsizlik analizleri = Uncertainty analysis ; Yorulma = Fatigue ; Yorulma analizi = Fatigue analysis ; Yorulma davranışı = Fatigue behavior ; Yorulma çatlağı = Fatigue crack ; Yorulma ömrü = Fatigue life

Özet:
Çevrimsel yük altındaki yapılarda zamanla mikro çatlaklar makro çatlaklara dönüşmekte ve malzemenin sabit yükler altındaki mukavemet değerinden daha düşük seviyede ani ve yıkıcı yorulma kırılmaları meydana gelmektedir. Yorulma mekanizmasını etkileyen çok sayıda faktör, model varsayımları, uygulama hataları gibi belirsizlik nedenlerinden dolayı yürütülen teorik hesaplar, pratikte gerçek sonuçlardan sapabilmektedir. Bu nedenle gerçek sonucun içerisinde yer alacağı sonuç aralığının tespit edilmesi, doğru ve güvenilir hesap sonuçlarının elde edilmesi açısından önemlidir. Yorulma çatlak büyüme hızı ve yorulma ömrü değerlerinin hassas ve güvenilir olarak elde edilmesi, yapının servis ömrü boyunca işlevini emniyetli bir şekilde sürdürebilmesinin önünü açacaktır.
Literatürde birçok Lineer Elastik Kırılma Mekaniği tabanlı Yorulma Çatlak Büyüme Modeli bulunmaktadır. Bu çalışmada, yorulma çatlak büyüme modellerine ve bu modellerden elde edilen yorulma ömrü bağıntılarına interval analizi aracılığıyla parametrik belirsizlik uygulaması yapılarak, elde edilen interval aralıklarının karşılaştırılması yoluyla hem belirsizlik kaynağı bakımından hem de kullanılan model bakımından belirsizliğin çatlak büyüme hızı ve yorulma ömrüne etkilerinin değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Bu çerçevede Malzeme, yük ve geometri olmak üzere üç belirsizlik kaynağının, yorulma çatlak büyüme hızı ve yorulma ömrü sonuç aralıklarına olan etkilerinin çatlak büyüme modellerince değişimlerini karşılaştırmak amacıyla sonuç tabloları elde edilmiş ve diyagramları çizdirilmiştir. %10 Belirsizlik yüzdesi için interval aralıkları hesaplanmış ve elde edilen değerler yorumlanmıştır.
Çalışmada, Matlab arayüzü kullanılarak, IntLab interval analizi araç kutusu yardımıyla oluşturulan özgün kod ile örnek problem üzerinde nümerik çözüm gerçekleştirilmiştir.
İncelenen çatlak büyüme modellerinin hangi belirsizlik kaynağıyla tolerans payına sahip olabildiğinin ortaya çıkarılması, probleme dair uygun modelin seçiminde önem taşımaktadır. Probleme özgü daha hassas sonuçların elde edilebilmesi için modele ilişkin sonuç kümesinin aralık açılımının düşük tutulabilmesi, gereksiz ve hatalı sonuçların elde edilmesini en aşağıya çekecektir. Bu nedenle yorulma ömrünün daha hassas tahmin edilebilmesi için hangi yorulma ömrü modelinin hangi belirsizliğe daha duyarlı olduğunun bilinmesi önem arz etmekte olup, bu vesileyle daha hassas ve optimum sonuçlara varılabilmenin önü açılacaktır.

Abstract:
The cyclic loadings that creates crack initiation and crack growth process eventually results in Fatigue Fracture, which is catastrophic. Theoretical calculations may digress from practical results because there are uncertainties such as many factors affecting fatigue mechanism, model assumptions, construction errors. Hence, use of interval that includes the practical reality is important to obtain accurate and reliable results. Obtaining interval sets of fatigue crack growth rate and residual fatigue life as precisely and reliably would give a lead to maintain the safe life of a structural element.
In this work, interval analysis has been used to deal with parameter uncertainties in FCG models. The results has been compared in terms of both source of uncertainty and the models themselves in order to evaluate the effects of uncertainties to the FCGR and fatigue life. The results has been obtained by increasing the uncertainty percentage from zero to %10 are listed as tables and plotted. Also, the interval width has been calculated to make comparing process more accurate.
Numerical calculations has been applied to the constant amplitude loading case sample problem, which material and load parameters taken from literature. In this regard, a unique code has been written using IntLab toolbox in Matlab.
Determining which source of uncertainty that model have tolarance is important for determining appropriate model for related problem. In order to lower the range of interval results and not to obtain erroneously wide results, usage of a model which have less tolerence to related uncertainty source could be decided to get more precise results.
Therefore, it is important to know which FCG model has what kind of influence by uncertainty sources in order to be able to obtain more accurate fatigue life results. Thus, the way to get more responsive and optimum results for related problem will be open.