FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMİŞ MALZEMEDEN YAPILMIŞ KENAR ÇATLAKLI BİR TABAKADA ISIL ŞOK KIRILMASININ SONLU ELEMANLAR METODU İLE İNCELENMESİ
FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMİŞ MALZEMEDEN YAPILMIŞ KENAR ÇATLAKLI BİR TABAKADA ISIL ŞOK KIRILMASININ SONLU ELEMANLAR METODU İLE İNCELENMESİ
Yazar: Yıldırım, Bora
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 19 No. 3, 2013
Anahtar kelimeler: Fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme, çatlak, gerilim şiddet çarpanı, sonlu elemanlar metodu, zenginleştirilmiş sonlu elemanlar, süreksiz rejimde ısıl analiz.

Bu çalışmada fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış, kenar çatlağı içeren bir tabakanın ısıl şok kırılması sonlu elemanlar metodu ile incelenmiştir. Çelikleri işlemede kullanılan kesme takımları kesme sırasında oluşan yüksek sıcaklıklara dayanıklılığı nedeni ile Si3N4’den yapılmaktadır ve Si3N4’ün çelikle kimyasal reaksiyona girmemesi için Al2O3 ile kaplanmaktadır. Bu çalışmada, böyle bir kaplamayı taklit edebilmek amacı ile incelenen tabakada fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme olarak Al2O3/Si3N4 karışımları ele alınmıştır. Tabakanın alt yüzeyi ve yan yüzeyleri yalıtılmış, kenar çatlağının başlangıç noktası olan üst yüzeyine konveksiyon sınır koşulu uygulanmıştır. Homojen olmayan tabakaya herhangi bir mekanik kısıtlama uygulanmamıştır ve tabakanın düzlem gerinim durumu altında olduğu farz edilmiştir. Tabaka çalışma sıcaklığından oda sıcaklığına soğurken oluşan süreksiz rejimde mod I gerilim şiddet çarpanları farklı çatlak boyları ve malzeme karışımları için hesaplanmıştır. Si3N4 miktarı fazla olan fonksiyonel derecelendirilmiş karışımdan yapılan tabakadaki kenar çatlaklarından daha düşük gerilim şiddet çarpanları elde edilmiştir. Gerilim şiddeti çarpanlarının belirli bir zamanda maksimum değere ulaşıp sonra düştüğü ve artan çatlak boyu ile azaldığı gözlenmiştir. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeleri modellemek için özel bir sonlu elemanlar metodu ve çatlak ucundaki gerilim şiddet çarpanını hesaplamak için zenginleştirilmiş sonlu elemanlar kullanılmıştır.

Bu çalışmada fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış, kenar çatlağı içeren bir tabakanın ısıl şok kırılması sonlu elemanlar metodu ile incelenmiştir. Çelikleri işlemede kullanılan kesme takımları kesme sırasında oluşan yüksek sıcaklıklara dayanıklılığı nedeni ile Si3N4’den yapılmaktadır ve Si3N4’ün çelikle kimyasal reaksiyona girmemesi için Al2O3 ile kaplanmaktadır. Bu çalışmada, böyle bir kaplamayı taklit edebilmek amacı ile incelenen tabakada fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme olarak Al2O3/Si3N4 karışımları ele alınmıştır. Tabakanın alt yüzeyi ve yan yüzeyleri yalıtılmış, kenar çatlağının başlangıç noktası olan üst yüzeyine konveksiyon sınır koşulu uygulanmıştır. Homojen olmayan tabakaya herhangi bir mekanik kısıtlama uygulanmamıştır ve tabakanın düzlem gerinim durumu altında olduğu farz edilmiştir. Tabaka çalışma sıcaklığından oda sıcaklığına soğurken oluşan süreksiz rejimde mod I gerilim şiddet çarpanları farklı çatlak boyları ve malzeme karışımları için hesaplanmıştır. Si3N4 miktarı fazla olan fonksiyonel derecelendirilmiş karışımdan yapılan tabakadaki kenar çatlaklarından daha düşük gerilim şiddet çarpanları elde edilmiştir. Gerilim şiddeti çarpanlarının belirli bir zamanda maksimum değere ulaşıp sonra düştüğü ve artan çatlak boyu ile azaldığı gözlenmiştir. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeleri modellemek için özel bir sonlu elemanlar metodu ve çatlak ucundaki gerilim şiddet çarpanını hesaplamak için zenginleştirilmiş sonlu elemanlar kullanılmıştır.