Kırılma ve Çatlak İlerleme Analiz Sistemi (FCPAS) – Aşama 3

Abstract

ÖZET Bu projenin ilk aşamasında (Kırılma ve Çatlak İlerleme Analiz Sistemi (FCPAS) – Aşama 1, 2008-2011), temel geometrilere sahip parçalarda mod-I çatlak ilerleme analiz kabiliyetleri geliştirilmiş ve kullanıcı ara yüzü oluşturulmuştur. Aşama 2 projesinde (2013- 2016), mod-I çatlak ilerleme analiz kabiliyetleri pratik saha problemlerine uygulanarak ilave sağlamalar yapılmış, karışık mod yük altında iki ve üç boyutlu çatlak ilerleme problemleri için deneysel ve analiz yöntemleri ile iyileştirilmiş kırılma kriterleri oluşturulmuştur. Yukarıda tanımlanan çalışmalar ile karmaşık geometri ve yük altında kırılma ve çatlak ilerleme analizlerinin yapılabilmesi için gerekli yöntem ve yazılım altyapısı oluşturulmuştur. Bu projede, geliştirilmiş olan karışık mod analiz yetenekleri, yeni endüstriyel ve literatür problemlerine uygulanmış ve olasılık temelli iki ve üç boyutlu çatlak ilerleme deney ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar, aşağıda dört temel kategoride tanımlanmaktadır; 1) FCPAS karışık mod yük altında analiz kabiliyetlerinin enerji, ulaştırma, havacılık ve savunma alanlarında karşılaşılan kırılma ve çatlak ilerleme problemlerine uygulanması ve doğrulamalarının yapılması. Bu kapsamda, değişik uygulamalar yapılmış, tahmin edilen düzlemsel olmayan üç boyutlu çatlak ilerleme yüzeyleri referans veriler ile doğrulanmıştır. 2) Olasılık Temelli İki-Boyutlu Kırılma Mekaniği Analiz ve Deneysel Çalışmaları: Alüminyum 7075 ve standart Compact Tension (CT) numunesi kullanılarak malzeme özelliklerindeki değişkenlikler belirlenmiş, analizler yapılarak sabit ve değişken genlikli yükleme şartları için mevcut yorulma çatlak ilerleme modelleri değerlendirilmiş ve iyileştirilmiş bir model önerilmiştir. Elde edilen veriler aşağıdaki üç boyutlu çatlak ilerleme analizlerinde kullanılmıştır. 3) Olasılık Temelli Üç-Boyutlu Kırılma Mekaniği Analiz ve Deneysel Çalışmaları: Alüminyum 7075 malzemesinden yapılmış standart olmayan ve üç boyutlu mod-I yüzey çatlağı içeren numuneler kullanılarak yukarıdaki iş paketinden elde edilen veriler ile sabit ve değişken genlikli yükleme şartları altında yorulma çatlak ilerleme analizleri gerçekleştirilmiş ve deneysel sonuçlar ile sağlamaları yapılmıştır. Bağımsız bir çatlak ilerleme analiz yazılımı geliştirilmiştir. 4) FCPAS grafiksel kullanıcı ara yüzünün (GUI) güncellenmesi. Yukarıda tanımlanan gelişmeler çerçevesinde kullanıcı ara yüzünde güncellemeler yapılmıştır. Proje kapsamında yapılan çalışmalar ile FCPAS’in mod-I ve karışık mod yük şartları altındaki kırılma ve çatlak ilerleme problemlerine uygulanabilir bir program olduğunun ispatı yapılmış, olasılık temelli çatlak ilerleme analiz kabiliyetleri geliştirilerek sağlamaları yapılmıştır. Böylece, projenin 4. aşaması olarak planlanan, yüksek sıcaklık ve değişken şartlar altında gerçekleşen kırılma problemleri çalışmalarının zemini hazırlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Olasılık temelli yorulma çatlak ilerlemesi, kırılma mekaniği, sonlu elemanlar yöntemi.

ABSTRACT In the first phase of this project (Fracture and Crack Propagation Analysis System (FCPAS) – Phase 1, 2008-2011), capabilities were developed for crack propagation analysis of parts with basic geometries and a graphical user interface was developed. In the Phase 2 project (2013-2016), the mode-I crack propagation analysis capabilities were applied to other practical problems and improved fracture criteria were developed for mixed mode problems using experimental and analysis techniques. By the works described above the capapabilities had been developed for analyses of fracture and crack progapation problems involving complex geometry and loading. In this project, the aforementioned analysis techniques are applied to new problems from literature and industry and probabilistics-based experiments and analyses are performed. These studies are defined in four basic categories as given below; 1) Applications and verifications of FCPAS’s capabilities for mixed mode fracture and crack propagation analyses in the areas of energy, transportation, aviation and/or defense. In this context, different applications are performed, the predicted three-dimensional non-planar crack propagation surfaces and lives are verified by their corresponding reference data. 2) Two-Dimensional Probabilistic Fracture Analyses and Experiments: Variations in material properties are determined using Aluminum 7075 and standard Compact Tension (CT) specimen, the existing models are evaluated by performing fatigue crack propagation analyses under constant and variable amplitude loads and an improved mode is proposed. The obtained results are used in the analyses of three-dimensional crack propagation analyses defined below. 3) Three-Dimensional Probabilistic Fracture Analyses and Experiments: Using nonstandard specimens made of Aluminum 7075 and possessing three-dimensional mode-I surface crack, the data obtained above is employed, fatigue crack propagation analyses are carried out and the results are verified using experimental measurements. An independent crack propagation analysis program is developed. 4) Update of FCPAS’s graphical user interface (GUI). Based on the developments described above, updates are made on the graphical user interface. In the context of this project, it was verified that FCPAS could be applied to mode-I and mixed mode fracture and crack propagation problems. Capabilities were developed and verified for probabilistic crack propagation analyses. Thus, the bases were prepared for a 4thphase project, in which three-dimensional fracture problems involving high temperatures and other variable conditions could be studied. Keywords: Probabilistic fatigue crack propagation, fracture mechanics, finite element method.