İndiksiyon ısıl yükleme ile bir çatlak etrafında oluşan gerilmelerin modellenmesi

Abstract

Bu tezde indüksiyonla ısıtma yöntemi ile kaplamların ara yüzeylerinde oluşan termal gerilmelerin bulunması hedeflenmiştir. Termal gerilmelere maruz kaplamaların ömür tahmini ile ilgili etkili modellerin geliştirilmesi ile kaplamaların endüstride güvenilir bir şekilde kullanımı mümkün olmaktadır. Bunun için deneysel yorulma çalışmalarında çevrimsel termal yükleme yapılabilmesi için kontrol edilebilir ısıtmaya ihtiyaç vardır.İndüksiyonla ısıtmada, indüksiyon bobinine uygulanan alternatif voltaj, bobindeki akım ile aynı frekansta, değişken voltaj üreten alternatif bir manyetik alan oluşturur. Bu zamana bağlı elektro-manyetik alan bobindeki elektrik akısının ters yönünde bir akı oluşturan ?eddy? akımını meydana getirir. Bu ?eddy? akım ?Joule? etkisi ile ısı üretir. Bu ısı üretme işlemi hassas bir şekilde sonlu elemanlar yöntemi ile yapılabilmektedir.Bu çalışmada ara yüzünde çatlak bulunan bir parçasının indüksiyonla ısıtma sonucunda çatlak boyunca oluşan termal fark ve çatlak boyunca oluşan gerilme değişimi ANSYS sonlu elemanlar paket programı kullanılarak yapılmıştır. Analiz iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak elektromanyetik-termal analiz bir çözüm döngüsü kurularak birleşik (couple) olarak yapılmış ve birleşik analiz sonucunda elde edilen sıcaklık verileri mekanik analize girdi olarak ikinci aşamada kullanılmıştır. Mekanik analiz sonucunda çatlak boyunca oluşan gerilmeler hesaplanmıştır.

In this research, the aim is to determine thermal stresses along a crack formed in an interface between a substrate and its coating using induction heating process. It is well known that developing accurate life prediction methods for coatings makes safe usage of coatings possible in industrial applications. Therefore, controllable thermal heating is needed for cyclic thermal loading in experiments.In induction heating process, an alternating voltage applied to the induction coil produces an alternating magnetic flux, which produces an alternating voltage at the same frequency with the current of the coil. The time-varying electro-magnetic field induces the eddy current, which generate a flux opposite to the direction of the coil flux. The eddy current then produces heat by the Joule effect. This heating process is accurately simulated by using finite element method.In this thesis, thermal and stress analysis along a crack between coating and substrate exposed to induction heating were done by using Ansys finite element analysis software. The analysis is performed in two steps. In the first step, couple electromagnetic-thermal analysis was done using Ansys solution loop written in APDL language. The resulting temperature history was used in uncouple structural analysis. Finally, stress distribution along the crack was determined.