Anizotropik plastik akma yüzeyine dayalı sayısal hasar modelinin geliştirilmesi ve deneysel doğrulaması

Otomotiv, havacılık ve uzay sanayileri gibi büyük endüstriler büyük oranda sac metalden üretilen ürünlerinin seri üretimine bağlıdırlar. Dolayısıyla sac şekillendirme proseslerinde meydana gelen bir hasarın doğrudan maliyete, malzeme kaybına ve üretimde hız düşüşüne sebebiyet verdiği bilinmektedir. Bu sebeple, bu hasarların önceden tahmin edilebilmesi, bu hasarların önlenebilmesi hususunda büyük bir rol üstlenmektedir. Gerçekleştirilen bu tahminlere göre sac taslak üzerinde şekilsel optimizasyonlar, kalıp ölçülerinde geliştirmeler, pot çemberi kuvveti üzerinde optimizasyonlar vb. yapılabilmektedir. Günümüzde ortaya çıkan bir diğer gereksinim ise, özellikle otomotiv endüstrisinde yakıt emisyonunun düşürülmesi ve buna bağlı olarak hava kirliliğinin azaltılmasıdır. Bu durum büyük oranda otomotiv sanayisinde kullanılan parçaların hafifletilmesine bağlıdır. Bu durum, yüksek mukavemete sahip ve şekillendirilebilirliği yüksek parçaların kullanılması gerekliliğinin yanında, otomobil parçalarının önceden kullanılan konvansiyonel malzemelere göre de hafif olması gerekliliği doğurmaktadır. Bu açıdan da yeni nesil çelikler ve alüminyum alaşımları öne çıkmaktadır. Bu tez kapsamında bir malzeme modeli geliştirilmiştir ve geliştirilen bu model kullanıcı tanımlı bir malzeme alt programı vasıtasıyla implisit bir algoritmaya sahip olan Marc sonlu elemanlar yazılımına entegre edilmiştir. Mevcut malzeme modeli gelişmiş bir plastisite modelinden ve farklı sünek kırılma kriterlerinden oluşmaktadır. Geliştirilen bu modelin hasar tahmin performansı, birbirinden farklı malzemelerin Nakajima testleri, delik genişletme testleri, kare ve silindirik kap çekme işlemleri gibi şekillendirme testlerinde ve uygulamalarında incelenmiştir. Çelik malzemeler için ağırlıklı olarak yeni nesil çelikler kullanılmış olup, bunların yanında AISI304 paslanmaz çeliği de incelenmiştir. Alüminyum alaşımları için ise AA6016-O ve AA6016-T4 malzemelerinin şekillendirme işlemleri incelenmiştir. Çalışma kapsamında kullanılan bütün sac malzemelerinin akma yüzeyinin sınırlarının belirlenmesi için dördüncü dereceden homojen polinom tipi bir akma fonksiyonu kullanılmıştır. İlk aşamada gelişmiş bir kriter olan homojen polinom tip akma fonksiyonunun, yırtılma başlangıç tahmin kabiliyeti üzerindeki etkisini değerlendirmek amacıyla genelleştirilmiş plastik iş sünek kırılma kriteri kullanılmıştır. Çalışmanın ileri aşamasında ise mevcut akma fonksiyonu, gerilme üçeksenliliğini dikkate alan VGM kriteri ve hem gerilme üçeksenliliğini hem de Lode parametresini dikkate alan DF2012 kriteri kullanılarak yırtılma başlangıç tahmin performansı üzerindeki gelişme incelenmiştir. Plastik iş kriteri kullanılarak yürütülen çalışmalarda, kritik hasar parametreleri standart tek eksenli çekme testlerinden elde edilmiştir. Bu kriter kullanılarak yürütülen çalışmalarda tahmin performansının, boyun verme durumunun gözlemlenmesiyle artışa geçen gerilme üçeksenliliğinden olumsuz etkilendiği görülmüştür. Ancak kayda değer bir kararsızlık sergilemeyen malzemelerde polinom tipi akma fonksiyonunun plastik iş kriteri ile kullanımının başarılı sonuçlar verdiği de görülmüştür. VGM ve DF2012 kriterleri kullanılarak elde edilen sonuçlar doğrultusunda, gerilme üçeksenliliğini ve Lode parametresinin etkisini dikkate alan sünek kırılma kriterlerinin şekillendirme proseslerindeki tahmin kabiliyetini arttırdığı görülmüştür. Bunun yanında, akma fonksiyonunun yırtılma başlangıcının açısal lokasyonunun tahmininde daha baskın olduğu ve homojen polinom tipi akma fonksiyonunun bu açıdan başarılı olduğu görülmüştür.