Eksenel gerilmeye maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık mod kırılma analizleri

Tasarım ve analizlerde geleneksel yaklaşım, malzemelerin mukavemeti konseptini kullanarak hesaplamalar yapmaktır. Bu yaklaşımda uygulanan yüklemeye bağlı olarak parçada oluşan gerilmeler hesaplanır. Malzemede oluşan gerilmenin, hasar kriterine bağlı olarak akma veya çekme dayanımını aşmasıyla hasar meydana gelir. Fakat malzemelerde çatlak gibi kusurların varlığı özellikle çatlak etrafındaki gerilmeleri arttırır ve bu malzemeler geleneksel yöntemler kullanılarak tahmin edilen ömürden daha önce hasara uğramaktadır. Bunun sonucunda ağır can ve mal kaybına sebebiyet verilebilir. Kırılma mekaniği bir çatlak veya kusuru olan bir parçanın mevcut şartlarda hasara uğrayıp uğramayacağını teşhis edip maruz kaldığı yükleme durumuna göre ömrünü tahmin etmektedir. Kırılma mekaniği yaklaşımında parçanın maruz kaldığı gerilmenin, çatlak boyutunun ve parça geometrisinin bir fonksiyonu olarak gerilme şiddet faktörü hesaplanmaktadır. Gerilme şiddet faktörü (GŞF), bir malzeme özelliği olan kırılma tokluğunu (Kc) aştığında ani kırılma meydana gelmektedir. Bu sebeple GŞF'lerinin önceden bilinmesi gerekli bir durumdur. Bu tez çalışmasında eksenel çekme gerilmesine maruz içi boş silindirlerde dönmüş eliptik yüzey çatlaklarının; çatlak derinliği/çatlak genişliği (a/c), çatlak derinliği/silindir et kalınlığı (a/t), silindir iç yarıçapı/silindir dış yarıçapı (Ri/Ro), çatlak dönme açısı (α) parametrelerine göre FCPAS programı kullanılarak karışık mod kırılma analizleri gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamındaki analizlere başlamadan önce literatürdeki çalışmalarla kıyaslamalar yapılıp paralel sonuçlar elde edilmiştir. Çatlak ucu bölgesinde eleman boyutu ve çatlak önü bölüntüleme sayısı için yakınsama çalışmaları yapılmıştır. Karışık mod kırılma analizleri sonucunda her model için KI, KII, KIII GŞF'leri dağılımları elde edilmiştir. Çatlak önü boyunca elde edilen GŞF dağılımları normalize edilerek dönme açısının değişimine bağlı olarak her bir senaryo için grafiklerde gösterilmiştir. α dönme açısının artmasıyla KI değerinin azaldığı, KII ve KIII değerlerinin ise arttıkları gözlemlenmiştir. Dönme açısı parametresi dışında a/c arrtıkça KI ve KII'nin azaldığı, çatlak ucu dip noktasında sıfır değerini alan KIII'ün serbest yüzey noktalarına gidildikçe arttığı gözlemlenmiştir. a/t ve Ri/Ro artışı ise KI'i arttırmış, KII ve KIII'e neredeyse hiç etki etmemiştir. Paylaşılan grafiklerle GŞF'lerinin ilgili parametrelere göre grafikten kolayca okunması amaçlanmıştır. Ayrıca problem için ele alınan parametre değerleri arasında kalan tüm olası modellerin çatlak ucu dip ve serbest yüzey noktalarında GŞF'lerini hesaplayabilecek empirik denklemler, çoklu regresyon analizi ile geliştirilmiştir. Denklem sağlamaları için ara değer modelleri oluşturulup bu modellerden elde edilen GŞF'leri, empirik denklem sonuçlarıyla karşılaştırılılıp sonuçlar grafiklerde paylaşılmıştır.