Radyal dudaklı keçelerde keçe dudağı geometrisinin sızdırmazlık performansına etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve deneysel incelenmesi

Radyal dudaklı keçeler endüstride, özellikle makine tasarımında sıkça ihtiyaç duyulan bir makine elemanıdır. Günden güne değişen ve gelişen makine teknolojisiyle sızdırmazlık elemanları oldukça fazla gelişme göstermiştir. Lakin doğru sızdırmazlık için sızdırmazlık elemanlarının fonksiyonlarının, çok iyi tespit edilmesi gerekir. Sızdırmazlık elemanlarının sızdırmazlık performanslarının birçok parametre tarafından etkilendiği bilinmektedir. Bunlardan ilk akla gelenler milin yüzey pürüzlülüğü, basınç, sıcaklık, viskozite gibi faktörlerdir. Bu çalışmada bu faktörlerin dışında geometri parametresinin sızdırmazlık performansını nasıl etkileyeceği araştırıldı. Bilindiği üzere keçe dudaklarının geometrisinin simetrik olması sızdırmazlığı olumsuz etkilediği ve kaçağa sebep olduğu bilinmektedir. Bu nedenle α ve β açıları için optimum aralıklar belirlenmiş ve sızdırmazlığın sağlanması için bu aralıklarda kalmaları önerilmiştir. Bununla beraber toz dudağının yani ikincil dudağın olduğu geometrilerde dudağın dışardan gelebilecek tozlara karşı koruma sağlamasının yanında, yüzeylere çarparak sürtünme yaratması olumsuz etkisi olarak bilinmektedir. Bunların dışında garter yayı ve dudak arasındaki dikey mesafenin yani dudak kalınlığının etkisi pek bilinmemekle birlikte garter yayı ve dudak merkezi arasındaki yatay mesafe yani eksantrikliğin sızdırmazlık performansını nasıl etkilediği pek bilinmemektedir. Bu iki parametrenin etkisine ilişkin sadece uygun aralık değerleri bilinmektedir ama bu aralık içerisinde bu parametrelerin değişimlerinin sızdırmazlık performansına etkileri yeteri kadar bilinmemektedir. Bunlara ek olarak, dudaklı keçeler, iyi bir sızdırmazlık sağlamak için belirli bir ön gerilmeye ve sıkılığa sahip olmalıdırlar. Bahsedilen ön yükleme ve sıkılık keçe dudağında gerilme yığılmalarına yol açar ve keçe dudağında şekil değişimlerine sebep olur. Ayrıca bu olay dudakta sürtünme momentinin oluşmasına sebep olur. Araştırmacılar yeni keçe tasarımları yaparak mekanik sistemlerdeki sürtünme kayıplarını düşürmeye çalışıyorlar. Bu nedenle bu çalışmada dudak geometrisi değiştirilip 5 yeni tasarım oluşturuldu ve bu tasarımlar için sayısal model kurulup deneysel olarak doğrulaması yapıldı. Sayısal modeli kurabilmek için keçe malzemesi olan kauçuk benzeri malzemelerin mekanik davranışlarını iyi algılamak gereklidir. Çünkü bu malzeme türü metallerden farklı olarak doğrusal olmayan davranışlar sergilediği için modellemesi oldukça zordur ama günümüze kadar yapılan çalışmalar incelendiğinde kauçuk benzeri malzemelerin sayısal modellenmesi için birçok model geliştirilmiştir. Bu çalışmada bu modeller yapılan literatür taramasında incelenmiş ve çalışmada kullanılan poliüretan için en uygun malzeme modeli Mooney Rivlin modeli seçilmiştir. Mooney Rivlin modeli kullanımı için gerekli olan deneysel olarak elde edilen katsayılar yapılan detaylı literatür çalışması sonucunda elde edilmiştir. Malzeme modelinin seçiminin ardından, sınır koşullarının belirlenmesi ve 2 boyutlu asimetrik modelin oluşturulmasıyla sonlu elemanlar analiziyle keçe dudağında oluşan sürtünme momenti değerleri hesaplandı. Sonuç olarak Sonlu elemanlar analizi ve deneysel çalışmanın birbirini doğruladığı görüldü ve dudak geometrisinde hangi parametrenin sızdırmazlık performansını olumlu etkilediğini hangisinin olumsuz etkilediği tespit edildi. Bu çalışmanın sonuncunda yapılacak optimizasyon çalışmalarıyla yeni keçe modelleri ortaya çıkacaktır.