Üç boyutlu karışık mod kırılma kriterlerinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi ve geliştirilmesi
Numerical and experimental investigation and development of three dimensional mixed-mode fracture criteria
Yazar: OĞUZHAN DEMİR
Danışman: PROF. DR. ALİ OSMAN AYHAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Makine parçaları ve mühendislik yapıları malzemeye, geometriye, çevresel koşullara,
yük ve sınır şartlarına bağlı olarak, pek çok alanda, çatlak veya kırılma problemleri
ile karşılaşmaktadır. Bazı kritik yapılarda ise, bu problemler çok büyük bir sorun
haline gelebilmektedir. Yapıda bulunan bu çatlaklar, belirli bir boyuta kadar yapının
içerisinde kalabilmekte veya bazen faciaya yol açan bir ani kırılma ile ciddi maddi
kayıplara, hatta bazı hallerde can kayıplarına da neden olabilmektedirler. Yapının
veya makine parçalarının, yapıda var olan çatlaklar ile fonksiyonunu devam
ettirmesinin güvenli olup olmadığı ve eğer güvenli ise, hasarlı yapının geri kalan
ömrünün tespiti için kırılma parametrelerinin hassas ve doğru bir şekilde
hesaplanması gerekmektedir.
Gerçekleştirilen tez çalışmasında, iki ve üç boyutlu karışık modlu yüklere maruz
çatlak içeren yapı elemanlarının, çatlak ilerleme yüzeyleri ve ömürlerinin doğru ve
güvenilir bir şekilde tahmin edilebilmesi için, deneysel analiz, yöntem ve kırılma
kriterleri geliştirilmiştir. Bu kapsamda, literatürde benzerleri bulunan numuneler ve
yeni tasarlanan numune ve test sistemleri ile iki ve üç boyutlu karışık modlu çatlak
ilerleme analiz ve deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yeni önerilen numune ve test
sistemlerinin doğrulama çalışmaları gerçekleştirilerek, tüm testler için elde edilen
veriler mevcut kriterler ile karşılaştırılarak, kırılma/kopma yükü, çatlak ilerleme
ömrü ve çatlak ilerleme yüzey profilini doğru bir şekilde tahmin edebilen, yeni iki ve
üç boyutlu kırılma ve çatlak ilerleme kriterleri geliştirilmiştir. Son olarak, hadde
yönünün kırılma tokluğu ve çatlak ilerleme davranışına olan etkisi araştırılmış ve
farklı hadde yönleri için özellikle düşük yükleme açılarında yaklaşık 5 kata varan
ömür farklılıkları elde edilerek, hadde yönünün çatlak ilerleme davranışında önemli
bir etkisinin olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Machine parts and engineering structures encounter with cracks or fracture problems
in many areas depending on material, geometry, environmental conditions, loading
and boundary conditions. In some critical structures, these problems may become a
huge problem. These cracks can remain in the structure until a certain size or
sometimes with a sudden fracture may cause serious financial losses that led to
disaster and even in some cases may cause a loss of life. The structure or machine
parts must be determined whether it is safe to resume the function with existing
cracks and, if safe, fracture parameters must be calculate accurately for assessment of
remaining life of a damaged structure.
In this study, to predict crack propagation surfaces and life of structures containing
cracks under two and three-dimensional mixed-mode loading accurately and reliably,
experimental analyses, experimental method and fracture criteria are developed. In
this context, two and three-dimensional mixed-mode crack propagation analyses and
experiments are performed with specimens and test systems that some of them are
exist in the literature and the others are designed for this study. Validation studies are
performed for new proposed specimen and test systems. The data obtained from all
analyses and experiments are compared with existing criteria and new two and threedimensional
fracture and crack propagation criteria which are predict
fracture/braking load, crack propagation life/surface accurately are developed.
Finally, the effect of rolling direction on fracture toughness and crack propagation
behavior is investigated and especially under low loading conditions, high
differences are obtained for different rolling directions up to about five times. The
results show that the rolling direction has a significant effect on crack growth
behavior.