FCPAS ile üç boyutlu çoğul çatlakların kırılma analizleri ve ilerleme simülasyonları

Abstract

Doğruluğu ispatlanmış ve otomatikleştirilmiş metot ve yazılımların olmadığı durumlarda, konvansiyonel metotlarla yapılacak olan üç boyutlu kırılma modellerinin oluşturulması, çözümü ve çatlak ilerleme analizleri aşırı derecede fazla zaman alabilmektedir. 113M407 nolu TÜBİTAK destekli araştırma projesi kapsamında geliştirilmiş olan FCPAS (Kırılma ve Çatlak İlerleme Analiz Sistemi - Fracture and Crack Propagation Analysis System) programı ile ANSYS kullanarak hazırlanmış olan ve genel geometri ve yük şartları altındaki üç boyutlu kırılma modellerinin tekil analizleri lineer elastik şartlar altında gerçekleştirilebilmektedir. Proje kapsamında şu ana kadar FCPAS ile plakalar ve silindirlerdeki tekil yüzey ve köşe çatlaklarının kırılma ve çatlak ilerleme analizleri yapılmış ve literatürdeki verilerle sağlaması gerçekleştirilmiştir. Bu tez çalışmasında ise birden fazla çatlak içeren yapılarda 3 boyutlu Mod I yükleme şartları altındaki çoğul çatlakların kırılma ve çatlak ilerleme analizleri yapılarak ve çevrim yükü altında mekanik ömürleri tahmin edilmiştir. Bunun için öncelikle literatür ve piyasa araştırması yapılmış, uygun olan en az üç pratik problem belirlenerek ve yukarıda belirtilen analizler gerçekleştirilmiştir. Bu süreç içerisinde FCPAS için gerekli görülen programlama ve yazılım geliştirmeleri de yapılmıştır. Böylece, FCPAS sisteminin orta-yüksek karmaşıklıktaki Mod-I çatlağı içeren yapı elemanlarına uygulanması, çoğul çatlaklı yorulma çatlak ilerleme analizinin gerçekleştirilmesi ve bu tür problemler için sağlamasının yapılması gerçekleşmiştir. Bu tez çalışmasında, çoğul çatlak içeren yapılarda analizler yapılarak karşılaştırmalar gerçekleştirilmiştir ve FCPAS programının çoğul çatlak içeren yapılara uygulanabilirliği ve bu tür problemler için verdiği sonuçların doğruluğu ispatlanmıştır. Anahtar kelimeler: Kırılma, FCPAS, Çatlak İlerleme Analizi, Gerilme Şiddet Faktörü

In the absence of methods and tools that are verified and automated, generating 3-dimensional fracture models, solving and performing crack propagation analyses by conventional methods can take too much time. By FCPAS (Fracture and Crack Propagation Analysis Software) software that was developed in scope of TÜBİTAK supported scientific research project, 3-dimensional single-crack finite element models generated within ANSYS with general geometry and load conditions can be analyzed under linear elastic conditions. In the scope of that project, fracture and crack propagation analyses of single surface and corner cracks had been performed in blocks and cylinders and verified by literature data. In scope of this thesis, by performing fracture and crack propagation analyses for models containing more than one crack under mode I loading conditions, mechanical lives and crack propagation patterns under cyclic loads have been predicted. For this purpose, a literature and field data research has been done firstly, at least three appropriate problems have been determined and the analyses mentioned above are performed. Thus, applying FCPAS software to middle-high complexity problems containing mode-I cracks, performing multiple fatigue crack propagation analyses and doing verification of these analyses have been done. In this thesis study, analyses for multiple cracks including structures have been performed and comparisons with available data have been done, which yielded very good results. Thus, applicability of FCPAS software for structures containing multiple cracks has been practiced successfully and accuracy of the results for these kinds of problems has been proven. Keywords: Fracture, FCPAS, Crack Propagation Analysis, Stress Intensity Factor