Eğilme momentine maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık mod kırılma analizleri

Tasarlanan mühendislik yapılarının ve makine parçalarının hasara uğraması sıklıkla karşılaşılan sorunlardan biridir. Karşılaşılan bu sorunlar çoğunlukla üretim yöntemine ve malzemenin iç yapısındaki kusurlara bağlı olarak ele almak mümkün olabilmektedir. Çoğunlukla malzemedeki bu kusurlar, yüzeyde veya iç yapıda meydana gelen mikro çatlaklar sonucu oluşabilmektedir. Bu mikro çatlaklar mühendislik yapılarının ve makine parçalarının üretim yöntemine bağlı olarak da meydana gelebilmektedir. Parçaların servis ömrü boyunca maruz kaldığı yükler altında, malzemenin iç yapısında veya yüzeyinde bulunan mikro çatlakların ilerlemesi sonucu kırılma hasarı meydana gelebilmektedir. Hasara uğramış yapıların incelenmesi sonucunda, nasıl hasara uğradığı çoğunlukla tespit edilebilmektedir. Bu tespite göre hasara uğramış parça bölgesel olarak; içinde veya yüzeyinde çatlak barındıran levha, içi boş silindir ve dolu silindir gibi daha küçük geometrik modellere indirgenebilmektedir. Elde edilen bu geometrik modeller için, kırılma mekaniği yöntemleri kullanılarak gerilme şiddet faktörleri hesaplanabilmektedir. Bu çalışmaların sonucunda meydana gelebilecek hasarları en aza indirgemek mümkün olabilmektedir. Malzemelerin yükleme durumuna bağlı olarak çatlakların üç farklı kırılma modu vardır. Karışık modlu gerilme şiddet faktörleri ; Mod-I (açılma modu), Mod-II (düzlem içi kayma modu), Mod-III (düzlem dışı kayma modu) olarak ifade edilmektedir. Karışık mod gerilme şiddet faktörlerinin elde edilme yöntemlerinden biri de zenginleştirilmiş sonlu elemanlar yöntemidir. Bu tez çalışması kapsamında, eğilme momentine maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık modlu gerilme şiddet faktörlerinin problem parametrelerine olan etkisi incelenmiştir. Problemi tanımlayan parametreler şunlardır; çatlak şekil oranı (a/c), çatlak derinliği/silindir et kalınlığı (a/t), silindir iç yarıçapı/silindir dış yarıçapı (Ri/Ro), çatlak dönme açısı (α)'. ANSYS APDL'de problem parametreleri ile modeller oluşturulmuştur. Bu modellere eğilme yükü ve sınır şartları uygulanarak FCPAS programında kullanılmak üzere çıktılar elde edilmiştir. FCPAS'den elde edilen sonuçlar, normalize edilerek gerilme şiddet faktörleri elde edilmiştir. Bu elde edilen gerilme şiddet faktörleri her bir parametre için karşılaştırmalı olarak grafik halinde sunulmuştur. Gerilme şiddet faktörleri ve problem parametrelerine bağlı olarak; serbest yüzey noktası ve çatlak ucu derinlik noktası için empirik denklemler geliştirilmiştir. Geliştirilen bu empirik denklemler, ara değer parametre analizlerinin sonuçları ile doğrulanarak uyum içinde olduğu sonucuna varılmıştır.