Sonlu elemanlar metodu ile NR/SBR tipi elostomer easlı malzemelerin davranış modellerinin belirlenmesi

Abstract

Kauçuk malzemeler, endüstride her geçen gün kullanım alanları çoğalan mühendislik malzemeleridir. Sonlu elemanlar yöntemi gibi bilgisayar destekli tasarıma yönelik sayısal yöntemler günümüzde mühendislik uygulamalarının vazgeçilmez araçlarındandır. Bu yöntemlerin yapının davranışını modellemedeki başarıları, diğer etkenler yanında, modele girilen verilerin gerçeği ne ölçüde doğru bir şekilde yansıttıklarına bağlıdır. Bu sebeple kauçuk türü malzemelerin mekanik davranışı deneysel olarak belirlenerek matematiksel modeli kurulmalı ve bu matematiksel model içerisindeki veriler doğru olarak belirlenmelidir. Kauçuk türü malzemelerin mekanik davranışlarının modellenmesinde, katkı maddeleri ve üretim yöntemlerine bağlı olarak fiziksel özelliklerindeki çeşitlilik yanında, inelastik özellikler sergilemeleri, kauçuk türü malzemelerin mekanik davranışını modellemek yada doğruluğunu test etmek için birden fazla çeşitli deneyler yapılması, kauçuğun bazı mekanik özelliklerinin zamanla değişmesi yani viskoelastik bir malzeme olması gerçekçi modelin kurulmasında sorun kaynağıdır.Bu çalışmadaki en önemli amaç, az sayıda deneysel veri ile (daha az enerji, maliyet ve zaman) gerçekçi bir modelin kurulmasıdır. Ayrıca sonuçlanmış doktora çalışmasında ayakkabı tabanlarında kullanılmış bu malzemelerin, farklı alanlarda kullanılabilmesi için malzeme karakteristiğinin belirlenmesidir. Çalışmada, içinde dolgu malzemesi olarak değişik miktarlarda (250g.-500g.-750g.-1000g.) cam küre, mika tozu, wollastonit kullanılan NR/SBR malzemelerinin, sonlu eleman yönteminin söz konusu olan özellikleri dikkate alınarak bu yöntemle çözüm yapan Abaqus 6.7.1 yazılım programının kullanılmasıyla, malzeme davranış modelleri belirlenmiştir.Deneysel çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, NR/SBR malzemesinden kesilen papyon şeklindeki çekme numunelerinin çekme deneyleri yapılmıştır. Deney sonucunda elde edilen veriler ile sonlu elemanlar programında malzemenin tanımlanması için gerekli olan değerler hesaplanmıştır. Abaqus programında çekme numuneleri birebir modellenerek, çekme deneyinden elde edilen veriler doğrultusunda tanımlanan malzeme modele atanmış, Abaqus'ün malzeme değerlendirme kısmında malzeme özellikleri test edilerek uygun malzeme modeli olarak Marlow seçilmiştir. Model seçiminden sonra numune analiz edilmiş, elde edilen test ve analiz verileri grafiklere dönüştürülüp sonuçlar kısmında karşılaştırılmıştır. Sonuçta, Cam küre (CK) dolgulu malzemelerde analiz sonucunda hata paylarının yaklaşık % 0,25 ? 0,5, Mika tozu (MT) için yaklaşık % 0,01 ? 0,5, Wollastonit (W) için ise yaklaşık %0,2 ? 0,44 arasında olduğu tespit edilmiştir.

Rubbers are important engineering materials being used in industries for a long time. Their usage is increasing more and more in everyday. Similarly, Numerical methods such as Finite Element Method is inevitable tool being used in Computer Aided Design and Manufacturing.The main aim of this research is to establish a realistic FE model with uniaxial data and determine the characteristic of special elastomer materials used in a PhD. Dissertation and to show that these materials can be used in different application areas.In this research, material behavior of NR/SBR materials with different filler materials (in the amount of 250g, 500g, 750g) such as glass sphere, mica powder , wollastonite was determined by using Abaqus 6.7.1.The experimental work was performed in two stages. In the first stage, test parts were made of NR/SBR materials were produced and all uniaxial tension tests were conducted properly. Data from experimental results were transferred to Abaqus CAE. All mathematical models were tested in Abaqus to determine the appropriate one. As a result, Morlow form was found to be the ideal mathematical material model with related coefficients.Finally, experimental and FE results were compared and it is found that there are %0,25-0,5 error for the elastomer material with glass sphere fillers, %0,01-0,5 error with mica powder fillers, 0,2-0,44 for wollastonit fillers.