Eklemelı imalat ile üretılen polımerık kafes yapıların mekanık ve kırılma davranışlarının incelenmesı

Bu tez, deneylere ve sayısal analizlere dayalı olarak eklemeli imalatı (Eİ) ile üretilen kafes malzemelerin mekanik ve kırılma özelliklerini araştırmayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, katı ve kafes numuneler için malzeme ekstrüzyon Eİ tekniği ile üretilen PLA malzemesi için malzeme ve kırılma özellikleri karakterize edilmiştir. Eİ işlemi sırasında sarkma sorunları nedeniyle oluşan destek gereksinimleri ve düşük kırılma özellikleri dahil olmak üzere mevcut kafes hücrelerinin sorunlarını ortadan kaldırmak için bir kafes hücresi önerilmiştir. Hafiflik ve yüksek mukavemet sağlayan bir destek elemanı ağından oluşan kafes malzemeler, Eİ teknikleri bunları üretebildiğinden, şu anda nihai ürünlerin üretiminde dikkat çekmektedir. Ancak, üretim tekniğinin katman bazlı yapısı nedeniyle, eklemeli olarak üretilen kafes malzemeler, malzeme ve kırılma özelliklerinde değişiklikler içerir. Dolayısıyla, sayısal araştırmalardan elde edilen malzemelerin mekanik performansı, üretilen malzemelerin performansından farklıdır. Biyomedikal, otomotiv ve havacılıkta ilgi gören, çevre dostu PLA malzemesinin üretimini sağlayan ergiyik filament fabrikasyonu (EFF) adı verilen malzeme ekstrüzyon Eİ tekniğinde, hasarı kapsamlı bir şekilde tahmin etmek için malzemelerin kırılma davranışını tahmin etmek esastır. Ancak, mevcut çalışmalar esas olarak tamamen katı malzemelerin mekanik ve kırılma özelliklerini araştırmıştır. Kafes malzemelerin kırılma davranışıyla ilgili çalışmalar, Eİ tarafından getirilen değişikliklerin kafes malzemelerin kırılma davranışının tahmini üzerindeki etkisini araştırmamaktadır. Bu kritik boşluğu doldurmak için, EFF tekniği ile üretilen PLA kafes malzemelerinin mod I, II ve III kırılma davranışı deneylere dayalı olarak karakterize edilmiş ve genişletilmiş sonlu elemanlar yöntemi'ne (GSEM) dayalı sayısal kırılma simülasyonlarında kullanılmak ve malzeme-özellik ilişkilerini elde etmek için eşdeğer özellikler belirlenmiştir. Bu amaçla, kırılma davranışı iki seviyede incelenmiştir: (1) Katı malzeme seviyesi ve (2) kafes malzemesi (makro) seviyesi. Katı malzeme seviyesinde, EFF ile üretilen katı numunelerin kırılma davranışı, farklı yapı yönelimleri için kırılma testleri (mod I, II, III) ile belirlenmiştir. Malzeme ve kırılma parametreleri, yapı yönelimlerine dayalı değişimleri de dahil olmak üzere, GSEM'e dayalı kırılma simülasyonlarında kullanılmak üzere belirlenmiştir. Kafes malzemesi seviyesinde, mod I, II ve III kırılma test numuneleri farklı yapı yönelimlerinde üretilmiş ve ardından test edilmiştir. GSEM tabanlı sayısal modeller, tekrarlanan testler ve farklı yapı yönelimleri nedeniyle oluşan değişimleri içerecek şekilde deneysel sonuçlara göre kalibre edilmiş eşdeğer özellikler kullanılarak katı elemanlarla kafes hücreyi temsil edecek şekilde geliştirilmiştir. Yüzey ve basit merkezli kübik (YBMK) adı verilen bir kafes hücre tipi, çıkıntı sorunları olmadan ve yüksek kırılma özellikleriyle EFF ile üretim için önerilmiştir. YBMK kafesin ve hacim merkezli kübik (HMK) adı verilen mevcut bir kafes hücre tipinin kırılma özellikleri ve onların değişimleri belirlenmiştir. Önerilen YBMK kafes hücre tipinin destek gereksinimi olmadan üretilebileceği ve mevcut HMK kafesten daha yüksek kırılma özelliklerine sahip olduğu gösterilmiştir. Kullanılan PLA'nın malzeme ve kırılma özelliklerinin çıkarılmasından sonra, GSEM tekniği kullanılarak yürütülen mod I/II/III sayısal analizlerinde kullanılacak malzeme özelliklerini çıkarmak için bir kalibrasyon süreci uygulanmıştır. Sayısal analizlerde yapı yöneliminin etkilerini göz önünde bulundurmak için, enine izotropik bir malzeme modeli kullanıldı. Sonraki adımda, eşdeğer katı malzeme modelini çıkarmak için başka bir kalibrasyon prosedürü kullanılmıştır ve bu model, GSEM tekniği kullanılarak YBMK kafes numunelerinin kırılma davranışını modellemek için kullanılmıştır.