Eklemeli imalat ile üretilen latis malzemelerin yapı-özellik ilişkilerinin kırılma mekaniğine bağlı olarak incelenmesi

Bu tezin amacı, malzeme ekstrüzyon tekniği kullanılarak polilaktik asit (PLA) malzemeden üretilen latis malzemelerin kırılma davranışını verimli bir şekilde modellemek için deneysel ve sayısal analizlere dayalı olarak geliştirilen çok seviyeli bir yöntemle yapı-özellik ilişkilerini belirlemektir. Tezin orijinal değerini oluşturan bu yöntem, mevcut kübik latis hücre eksikliklerinin giderilmesi amacıyla önerilen yeni bir kübik latis hücrenin kırılma analizinde kullanılacaktır. Çubuklardan oluşan latis malzemeleri yüksek mukavemet ve hafiflik sağlaması ve eklemeli imalat ile üretilebilmesi nedeniyle artık nihai ürünlerin imalatında da ilgi görmeye başlamıştır. Ancak malzemenin katman katman istiflenmesinden dolayı eklemeli imalat ile üretilen latis malzemelerinde belirsizlikler ve kusurlar bulunmaktadır. Özellikle otomotiv, biyomedikal ve havacılıkta çevre dostu olması nedeniyle ön plana çıkan PLA malzemesinin imalatına olanak sağlayan malzeme ekstrüzyon yönteminde, uygulama için ne tür hasar veya kusurların oluşabileceğinin tahmin edilmesi son derece önemlidir. Mühendislik malzemelerinde, çatlaklı bir cisimde üç kırılma (veya yükleme) modu deneyimlenebilir. Bunlar, Mod I açılma modu, mod II çatlak düzlemindeki kesme modu mod III yırtılma modu olarak adlandırılır. Polimerlerin kırılma davranışına ilişkin çalışmalarda malzeme ekstrüzyonuyla üretilen malzemeler genellikle üç saf kırılma modunun tamamının araştırılmasını göz ardı etmektedir. Literatürdeki bu kritik boşluğu doldurmak amacıyla, bu tezde, her üç mod için kırılma özelliklerini elde etmek amacıyla katı kırılma numunelerinin yanı sıra llatis numuneleri kullanılarak da deneyler gerçekleştirilmiştir. Katı ve latis numunelerin kırılma davranışını verimli bir şekilde modellemek için ise, eklemeli imalat işlemine bağlı oluşan geometrik değişiklikleri dikkate alarak deneylerden elde edilen kırılma özelliklerinin dahil edildiği genişletilmiş sonlu elemanlar metodu (GSEM) (ing. Extended finite element method – XFEM) kullanılmıştır. Tezin özgün katkıları şu şekilde sınıflandırılabilir: (1) Latis hücrelerinin kırılma davranışının GSEM ile incelenmesi. (2) Latis hücrelerindeki çubuklarda oluşan ve malzeme ekstrüzyon yönteminin neden olduğu geometrik belirsizlikler dikkate alınarak GSEM analizleri ile etkili kırılma özelliklerinin elde edilmesi. (3) Desteksiz olarak üretilebilen ve kırılma mukavemeti yüksek olan kübik latis hücre önerilmesi ve bu hücre içinGSEM kırılma analizi ile belirsizlikler altında yapı-özellik ilişkilerinin belirlenmesi.