Rijit dairesel bir pançla bastırılan elastik tabaka ve yarım düzlemin sürtünmeli değme problemi
Frictional contact problem for an elastic layer and a half plane indented by a rigid cylindrical punch
Yazar: İSA ÇÖMEZ
Danışman: PROF. DR. RAGIP ERDÖL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mekaniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sürtünme = Friction

Özet:
Bu çalışmada rijit dairesel bir panç ile bastırılan elastik bir tabaka ve yarım düzlemin birbirine tam yapışık ve ayrılmalı değme problemleri değme yüzeylerindeki sürtünme etkileri dikkate alınarak elastisite teorisine göre çözülmüştür. Düşey ve yatay tekil yükleri ileten rijit panç, h yüksekliğindeki homojen ve izotrop tabakanın üst yüzeyinden etki ettirilmiştir. Çözümlerde ağırlık etkileri ihmal edilmiştir.Birinci bölümde değme problemleri üzerine günümüze kadar yapılmış olan bazı çalışmalardan bahsedilmiş, literatür özeti verilmiştir. Problemin çözümünde kullanılacak gerilme ve yer değiştirme ifadeleri, elastisitenin temel denklemleri ile integral dönüşüm tekniklerinden yararlanılarak çıkarılmıştır.İkinci bölümde ilk olarak tabaka ve yarım düzlemin birbirine tam yapışık olduğu sürekli değme problemi ele alınarak sınır şartları belirlenmiştir. Gerilme ve yer değiştirme ifadeleri sınır şartlarına uygulanarak pançın altındaki değme gerilmesinin bilinmeyen olduğu ikinci tür bir tekil integral denklem elde edilmiştir. Tekil integral denklemin sayısal çözümü Gauss-Jacobi integrasyon formülasyonu ve Jacobi Polinomları yöntemi ile ayrı ayrı yapılmıştır. Daha sonra tabakanın yarım düzleme yapışık olmadan oturduğu ayrılmalı değme problemi ele alınmıştır. Sınır şartları uygulanarak pançın altındaki değme gerilmesinin yanı sıra tabaka ile yarım düzlem arasındaki değme gerilmesinin de bilinmeyen olduğu, iki tane integral denklemden oluşan bir integral denklem sistemi elde edilmiştir. İntegral denklem sisteminin sayısal çözümünü gerçekleştirmek üzere Gauss- Jacobi integrasyon formülasyonu kullanılmıştır.Üçüncü bölümde panç yarıçapını, tekil yük değerini, malzeme özelliklerini ifade eden boyutsuz büyüklüklerin ve sürtünme katsayısının değişik değerleri için değme bölgelerinde oluşan değme uzunlukları ve değme gerilmesi dağılımları şekil ve tablolar halinde verilmiştir. Bulguların doğruluğu ve geçerliliği literatürde var olan çalışmalarla karşılaştırılarak gösterilmiştir. Aynı zamanda y ekseni boyunca tabaka ve yarım düzlemde oluşacak olan ? x, ? y normal gerilmeleri ile ? xy kayma gerilmesi dağılımları da incelenmiştir. Dördüncü son bölümde çalışmada ortaya çıkan sonuçlar sunulmuştur.

Abstract:
In this study, the frictional contact problem for an elastic layer and a half plane indented by a rigid cylindrical stamp is considered according to the theory of elasticity. The rigid stamp subjected to concentrated vertical and tangential forces is applied to the top surface of isotropic and homogeneous layer with the height of h.In the first chapter, some studies on the contact problems investigated until now are mentioned and the summary of literature is given. General equations of stresses and displacements which are required for the solution of the problem are obtained by using the theory of elasticity and the integral transform techniques.In the second chapter, firstly, the contact problem of the layer bonded to the half plane is examined and its boundary conditions are determined. Applying the expressions of stresses and displacements to the boundary conditions, a singular integral equation is obtained, where the contact pressure under the stamp is unknown. The solution of the integral equation is obtained using both with the Gauss-Jacobi integration formula and the Jacobi polynomials. Secondly, the receding contact problem of the layer lying on the half plane is considered. With the boundary conditions of the problem an integral equation system which consists of two integral equations is obtained, where the contact pressure between the layer and the half plane is also unknown, besides the contact pressure under the stamp. To carry out the solution of the system of integral equation Gauss-Jacobi integration formula is performed.In the third chapter, the numerical results for the contact widths and the contact pressures which are obtained for different values of various dimensionless quantities such as material properties, concentrated loads and radius of stamp are given in graphical forms and tables, each of the bonded contact and the receding contact problems. The accuracy and the validity of the results has been verified with existing solutions. Furthermore, ? x, ? y and ? xy stress components for the layer and the half plane are determined along the y axis. The conclusions obtained from the study are mentioned in the last chapter.