Isıl ve higroskopik yükleme altındaki ortotropik fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerde hesaplamalı yöntemlerle kırılma analizi

Bu çalışmada ortotropik Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemelerde (FDM) ve Polimerik Derecelendirilmiş Malzemelerde (PDM) bulunan eğik kenar çatlaklarına ait gerilme şiddeti çarpanları, J?integrali bileşenleri ve enerji bırakma oranının hesaplanması için iki farklı hesaplamalı yöntem sunulmaktadır. İlk yöntem Jk?integraline, ikinci yöntem ise J1?integralinin çatlak ucu yerdeğiştirme alanıyla birlikte kullanımına dayanmaktadır. Bu metotların doğrulukları üçüncü bir yöntemle, Yerdeğiştirme Bağıntısı Tekniği kullanılarak ölçülmektedir. Kararlı ısıl ve higroskopik yüklemeler altındaki malzemede bulunan çatlağın eğik olması sebebiyle çatlakta karışık?mod yükleme etkileri meydana gelmektedir. Analitik formülasyon, ortotropik düzlem elastisite problemine ait yapısal denklemler kullanılarak yapılmıştır. Malzemenin termomekanik özellikleri olan elastisite ve kayma modülleri, Poisson oranları, ısı iletim ve ısıl genleşme katsayıları; uzaysal koordinatlara bağlı fonksiyonlar olarak kabul edilmiştir. Çatlak ucunda malzeme özelliklerinin hesaplanması için bu fonksiyonlar koordinat dönüştürme işlemleri yapılarak yerel koordinatlar cinsinden ifade edilmiştir. Sayısal hesaplamaların gerçekleştirilmesi amacıyla, Jk?integrali literatürde heterojen malzemelere ait kırılma analizlerinde sıklıkla kullanılan Eşdeğer Alan İntegrali'ne dönüştürülmüştür. Gauss?Legendre yöntemi kullanılarak J?integrali bileşenleri sonlu elemanların toplamları biçimine getirilmiştir. Bu şekilde geliştirilen prosedürler, kırılma parametrelerinin elde edilebilmesi için genel amaçlı bir sonlu elemanlar programı olan ANSYS yazılımına entegre edilmiştir. Malzemede meydana gelen sıcaklık ve nem dağılımları da bu yazılım ile hesaplanmakta ve yapısal analizde kullanılmaktadır. Sayısal incelemeler için kararlı ısıl yüklemeye maruz ortotropik bir Nikel?Alümina FDM ile, kararlı higrotermal yüklerin etkisinde bulunan ortotropik epoksi?poliüretan PDM göz önüne alınmıştır. Parametrik analizlerde çatlak eğiklik açısı, boyutsuz çatlak konumu ve boyutsuz çatlak uzunluğu etkenlerinin J1? ve J2?integralleri ve gerilme şiddeti çarpanları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda, bu iki hesaplamalı yöntemin birbiriyle ve literatürle uyumlu ve farklı malzeme tipleri için fiziksel olarak anlamlı sayısal sonuç vermekte yeterli oldukları görülmüştür.