Çentikli ve homojen malzemelerin çevrimsel deformasyonlarının modellenmesi ve sonlu elemanlar analizleri

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Pekleşme modelleri, kinematik pekleşme, izotropik pekleşme, çevrimsel plastisite, dairesel çentikli numune Bu çalışmada, dairesel çentikli bir numunede orantısal ve orantısal olmayan yüklemeler altında çentik kökündeki gerinimler incelenmiştir. ASTM standartlarına göre boyutlandırıldıktan sonra, bir sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak modellenen çekme testi numunesinin, sırasıyla çekme testi, çevrimsel çekme – basma testi, burulma testi ve çevrimsel burulma testi analizleri gerçekleştirilmiştir. Test numunesinin malzemesi 16MnCr5 çeliği olarak belirlenmiştir. Analizlerde malzemenin plastik davranışını tanımlamak için, Mises izotropik pekleşme modeli ve Chaboche kinematik pekleşme modeli olmak üzere iki farklı pekleşme modeli kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre kinematik pekleşme modeli kullanılarak gerçekleştirilen çevrimsel testlerin analizlerinde Bauschinger etkisini modellenebilmiştir ancak izotropik pekleşme modeli kullanılarak gerçekleştirilen çevrimsel testlerin analizlerinde gerinim bozunum davranışı ve Bauschinger etkisi modellenememiştir. Bunun yanında iki pekleşme modeli de yalın yüklemeler altında birbirleriyle uyumlu sonuçlar vermiştir. Bir sonraki adımda, dairesel çentikli silindirik bir numune, aynı sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Numunenin malzemesi SAE 1070 çeliği olarak belirlenmiş olup ilk olarak sadece eksenel yük uygulanarak çentik kökündeki eksenel gerilme yığılma faktörü ve sadece burulma yükü uygulanarak çentik kökündeki çevresel gerilme yığılma faktörü elde edilmiştir. Sonrasında, bulunan gerilme yığılma faktörlerinin önceki zamanlarda yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Son olarak aynı numunede Chaboche kinematik pekleşme modeli kullanılarak orantısal ve orantısal olmayan yüklemeler altında çentik kökündeki gerinim davranışları incelenmiştir. Sonuçlar, önceden gerçekleştirilen deneysel çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Araştırmada elde edilen bulgulara göre, Chaboche kinematik pekleşme modeli kullanılarak gerçekleştirilen analizlerde, çevrimsel yüklemeler altında malzemenin davranışının oldukça iyi bir şekilde tahmin edilebildiği görülmüştür.

MODELING OF CYCLIC MATERIAL DEFORMATIONS OF THE HOMOGENEOUS AND NOTCHED MATERIALS AND THE FINITE ELEMENT ANALYSIS SUMMARY Keywords: Hardening types, kinematic hardening, isotropic hardening, cyclic plasticity, circumferentially notched bar In this study, notch root strains of a circumferentially notched bar have been investigated under proportional and nonproportional loadings. After determining the dimensions of the tension test specimen according to ASTM standarts, modeling of the test specimen has been realized using a finite element software. Respectively the tension, the cyclic tension – compression, the torsion and the cyclic torsion tests of the specimen have been simulated by FEM. Material has been deterimed as 16MnCr5 steel and to determine materials plastic behavior, two different hardening types which are Mises isotropic hardening and Chaboche kinematic hardening rules have been used. The results obtained according to the hardening types have been compared. According to the results, under cyclic loading kinematic hardening type could capture the Bauschinger effect unlike isotropic hardening. Under monotonic loadings, the results obtained from different hardening types have been accord with each other. The circumferentially notched bar of Barkey has been modeled using the same finite element software. The material of the notched bar has been determined as SAE 1070 steel. First, under axial loading and torsial loading sepereately, axial stress concentration factor and the torsial stress concentration factor have been determined. Axial and torsial stress concentration factors obtained have been accord with the results obtained form the experiments which realized before. Finally under proportional and nonproportional loading the notch root strains have been investigated and assessed. According to the findings obtained in this research, it was concluded that under cyclic loadings materials plastic behaviour can be