Search

Gerçek mühendislik yapı ve makine parçalarında üretim hataları, yapısal kusurlar, öngörülemeyen çevresel etkiler, çok eksenli gerilme durumları ve aşırı yüklemeler yapıda mikro çatlakların oluşmasına sebep olmakta ve mikro çatlaklar zamanla ilerleyerek makro çatlaklara dönüşmektedir. Çatlak kritik boyuta ulaştığı zaman kararsız bir şekilde ani ilerleyerek kırılma gerçekleşmektedir. Çatlaklı bir yapının farklı yük ve sınır şartları altında nasıl davranacağının bilinmesi, olası facia ve kazaların önüne geçilmesi için önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, AP1000 reaktör basınçlı kabında nozul – silindir bölgesinde farklı boyutlardaki üç boyutlu yarı eliptik köşe çatlaklarının farklı eğim ve dönme açılarında karışık mod kırılma analizleri gerçekleştirilerek çatlak ucu boyunca gerilme şiddet faktörleri, KI, KII ve KIII elde edilmiştir. Elde edilen gerilme şiddet faktörü değerlerini kullanarak empirik denklemler geliştirilmiştir. Geliştirilen empirik denklemler literatürdeki çalışmalara uygulanarak geliştirilen denklemlerin ve nümerik analiz sonuçlarının doğrulaması gerçekleştirilmiştir. In real engineering structures and machine parts, manufacturing defects, structural defects, unpredictable environmental effects, multi-axial stress conditions, and overloads cause micro cracks formation in the structure, and micro cracks propagate over time and turn into macro cracks. When the crack reaches a critical size, it suddenly becomes unstable and fracture occurs. Knowing how a cracked structure will behave under different load and boundary conditions is essential to prevent possible disasters and accidents. In this thesis, mixed mode fracture analyses for three-dimensional semi-elliptical corner cracks with different sizes and different inclination and deflection angles in the nozzle-cylinder region of the AP1000 reactor pressure vessel were performed, and stress intensity factors, KI, KII and KIII, along the crack front were obtained. Empirical equations were developed using the obtained stress intensity factor values. The developed empirical equations were applied to the studies in the literature, and the verification of the developed equations and numerical analysis results was carried out.

Dünyada ve ülkemizde yapıların imalatında çeşitli kaynak yöntemleri hızlı ve ucuz olmaları nedeniyle oldukça yaygın olarak tercih edilmektedirler. Kaynak işleminin doğası gereği kaynaklı bileşenin kırılma ve yorulma davranışı değişir. Bu nedenle kaynak işlemi sonucunda ortaya çıkan mukavemet uyumsuzluğu koşulları yapıların yapısal bütünlüğü açısından elzemdir. Bu çalışmada, kırılma mekaniği tarihçesi ve gelişimi, kaynaklı bileşenlerde kırılma mekaniği ve standartları tanıtılmıştır, ayrıca mukavemet uyumsuzluğu ve potansiyel etkileri incelenmiştir. 3B geometrilerde çatlak ilerlemesini simüle eden yeni geliştirilen SMART yöntemi tanıtılmış ve 3 farklı senaryo ile uygulanmıştır. Birinci uygulamada, tek malzeme yaklaşımı kullanılarak üst eşleşme koşullarında 3B ve 2B sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir ve sonuç olarak çatlak direnç eğrileri elde edilmiştir. İkinci uygulamada, tek-iki-üç malzeme yaklaşımları kullanılarak, alt ve üst eşleşme koşullarında analizler gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak malzemenin çatlak ilerlemesine karşı gösterdiği direnç eğrileri elde edilmiştir. Son uygulamada ise çevrimsel yük altında yorulma çatlağı ilerlemesi incelenmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada yeni geliştirilen bir sonlu elemanlar çatlak simülasyonunun mukavemet uyumsuzluğuna sahip 3B geometriler üzerinde uygulanabilirliği incelenmiştir. Gerçekleştirilen analiz sonuçlarında deneysel veriler ile kıyaslandığında, belirli sınırlar dahilinde uyumlu sonuçlar elde edilmiştir Various welding methods are widely used in the construction of structures in the world and our country because they are fast and cheap. Due to the nature of the welding process, the fracture and fatigue behavior of the welded component changes. Therefore, the strength mismatch conditions resulting from the welding process are essential for the structural integrity of the weldments. In this study, the history and development of fracture mechanics, and standards in the welded components are introduced, as well as strength mismatch and potential effects are investigated. The newly developed SMAT method simulating crack propagation in 3D geometries was introduced and applied with 3 different scenarios. In the first application, 3D and 2D finite element analyses were carried out under overmatching conditions using single material approaches and as a result, crack resistance curves were obtained. In the second application, using single-two-three material approaches, analyses were performed in the under and overmatching conditions. As a result, the resistance curves of the material against crack propagation were obtained. In the last application, the progress of the fatigue crack under cyclical load was examined. Consequently, in this study, the applicability of a current finite element module on 3D geometries with strength mismatch was investigated. The results of the analyses and experimental data were compared with various graphs and it was seen that these results showed consistent results within certain limitations.

Günümüzde dişli kutuları ve aktarma organları hayatın ve endüstrinin her alanına girmiştir. Dişli kutularının ana elemanları olan dişlilerde diş kırılmaları bu sistemlerin çalışmasını doğrudan etkileyebilir veya düzensiz ve verimsiz çalışmasına neden olabilir. Bu tip dişlilerdeki olası diş kırılma problemlerini tespit edebilmek ve yüksek fiziksel test maliyetlerinden kazanç sağlanabilmek adına günümüzde nümerik ve sonlu analiz yöntemlerine başvurulmaya başlanmıştır.Bu tez kapsamında farklı geometrilere sahip dişlilerde diş dibinde oluşturulan başlangıç çatlaklarının ilerleme yönleri sonlu elemanlar yöntemi ve numerik yöntemler kullanılarak doğrusal kırılma mekaniği teorisi çerçevesinde incelenmiştir. Diş basınç açısı ve diş dibi çatlak pozisyonları değiştirilerek gerilme şiddet faktörleri değişimleri ayrı ayrı incelenmiş ve bu değişkenlerin çıktıları birbiri ile karşılaştırılımıştır.Dişli diblerindeki çatlakların ilerleme analizleri sırasında gerilme şiddet faktörü hesaplanması için ANSYS analiz programı ve çatlak ilerleme açısının belirlenmesi sırasında Paris-Erdoğan çatlak yönü belirleme teorisi denklemleri kullanılmıştır.Tez kapsamında elde edilen sonuçların, diş dibi çatlak ilerlemesinin önceden tahmin edilmesi ya da engellenmesi ve dişli basınç açısının ve/veya diş dibi çatlak pozisyonun gerilme şiddet faktörüne etkisinin değerlendirilmesinde kullanılması amaçlanmıştır.Analizlerde başlangıç çentiği θ açısı 90o, 45o,0o olarak belirlendi ve 20o-20o ve 20o-30o derece dişli basınç açılı diş profilleri kullanıldı. Bu girdiler doğrultusunda yapılan hesaplamalarda başlangıç çentik açısı arttıkça gerilme şiddet faktörünün arttığı ve 20o-30o derece basınç açılı dişli profillerinin diş dibinde daha düşük değerli gerilme şiddet faktörü oluştuğu tespit edildi. Bu bilgiler doğrultusunda dişli boyutlarını değiştirmeden diş profilini asimetrik seçerek dişlilerin daha yüksek gerilmeler altında kullanılabileceği tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Kırılma Mekaniği, Dişli çarklar, Dişli kırılması, Gerilme şiddet faktörü, çatlak, FEM, Ansys Nowadays, gear box, power transmission units are widely used in every division of our life and industry. Failure of gear, as one of the main part of gear boxes, may directly affect the operation of these systems or may cause irregular and inefficient operation. In order to be able to detect possible gear breakage failures and avoid high cost physical test runs, numerical and finite element methods (FEM) have begun to be used today.With the scope of this thesis, crack propagation in the tooth foot of spur gears with various geometries by using finite element methot (FEM) and numerical methot within framework of linear fracture mechanics theory was examined. Variations in stress intensity factors were examined separately by changing the tooth pressure angle and the position of the initial cracks in the tooth foot and results were compared with each other.During crack propagation analysis in the tooth foot of spur gears, ANSYS analysis program were used to calculate the stress intensity factor and during prediction of angle of crack direction Paris-Erdoğan crack direction determination equation theory were used.The results obtained within the scope of the thesis are aimed at predicting/preventing crack propagation and is intended to be used in assessing the effect of pressure angle and/or initial crack position on stress intensity factors.In the analyzes, the initial angle of crack was determined as 90o, 45o,0o and 20o-20o , 20o-30o gear pressure angle were used. Calculations, regarding to inputs, shows that as the initial crack angle increases, the stress intensity factor increases as well and it was found that the gear profiles with 20o-30o pressure angle had a lower stress intensity factor comparing to gear profiles with 20o-20o pressure angle. As conclusion, it has been observed that gear teeth can be used under higher stresses by choosing asymmetrical tooth profile without changing gear dimensions in the direction of this informationKey Words: Fracture mechanics, Gear box, Gear Crack, Stress intensity factor, Fracture, FEM, Ansys 80

Bu çalışmada, cam-elyaf takviyeli [0o] yönlü kompozit malzeme ile tamir edilmiş merkezi çatlaklı 2024-T3 alüminyum levhanın değişik ortam koşullarında (sıcaklık ve nem) kırılma mekaniği parametrelerinin ve çalışma ömrünün değişimi araştırılmıştır. Problem düzlem gerilme ve Mod I şartlarında ele alınmıştır. İlk aşamada, kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri, kırılma mekaniği parametreleri ve deney sistematiği tespit edilmiştir. İkinci aşamada, Taguchi sistemine bağlı olarak deneyler yapılmış, nümerik analizleri tamamlanmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Ayrıca Genetik Algoritmalar tekniği kullanılarak yamalı duruda Gerilme Şiddeti Faktörü'nü (KI) bulmak için alüminyum kalınlığına, yama tabaka sayısına ve sıcaklığa bağlı bir formül üretilmiştir. In this study, the fracture mechanic parameters and fatigue life of the repaired cracks in 2024-T3 aluminum with bonded patches made of unidirectional composite plates having [0o] orientation has been investigated for different environmental conditions (temperature and moisture). The problem is handled in plane stress and Mode I condition. In the first step, mechanical properties of used materials, fracture parameters and experimental systematic have been determined. In the second step, the experiments have been conducted according to Taguchi system, numeric analyses have also been calculated and results are commented. Furthermore, a correlation has been obtained for Stress Intensity Factor (KI) as a function of plate thickness, number of composite plate layers and temperature for patched case by using Genetic Algorithm (GA) approach. 114

Bu çalışmada, merkezine farklı başlangıç çatlak boylarında ve farklı açılarda kalınlık boyunca çatlak açılmış epoksi matris ve iki yönlü E cam elyafı kumaştan üretilmiş termoset plastik kompozitin eksenel yük altında kırılma davranışı araştırılmıştır. Farklı başlangıç çatlak boylarında ve yönlerde açılmış merkez çatlakları üzerinde durulmuştur. Deneyler sırasında çatlak ilerlemesi, çatlak açılma miktarı, şekil değiştirme enerjisi boşalma miktarı, gerilme şiddet faktörleri ve kırılma tokluğu incelenmiştir. Sonuçlarda çatlak ilerlemesi, çatlak açılma miktarı ve farklı yönlerdeki çatlak açılarına bağlı olarak gerilme şiddet faktörleri ve şekil değiştirme enerjisi boşalma miktarının grafikleri çizilmiştir., In this study, fracture behaviour of epoxy matrix which have middle through thickness that was widened on discrepant initial thickness lengths and differential angels through thickness and termoset plastic composites which was procuded by bidirectional E fiberglas material, were investigated. Middle through thickness that it was widened discrete initial lengths and different directions, were emphasized. Crack propagation, crack exposition amount,shape altertion energy discharge amount, stress intensity factors and fracture toughness were researched during this study. In results, graphics which were contained crack propagation, crack exposition amount, stress intensity factors that was predicated on crack angels on discrepant directions and shape altertion energy discharge amount were drew.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005, Geometrik olarak benzer fakat boyutları farklı normal beton, bunun harç ve sertleşmiş çimento hamuru fazlarında numuneler üretildi. Bütün karışımlarda su-çimento oranı 0.30’da sabit tutuldu. Fazların kırılma parametreleri ile gevrekliğinin saptanması için Boyut Etkisi Kuralı kullanıldı. RILEM 50-FMC Teknik Komitesinin önerilerine uygun olarak, sığ ve derin çentik kullanarak gerçek kırılma enerjisinin belirlenmesi için deneyler yapıldı. Sertleşmiş çimento hamurunda Lineer Elastik Kırılma Mekaniğinin geçerli olduğu kabul edildi. Kritik gerilme şiddet çarpanı, çentikli kiriş numuneler kullanılarak belirlendi. Betonun ve bunun harç fazının etkin gerilme şiddet çarpanı, mevcut mezo-mekanik bağıntılardaki uygun toklaşma mekanizmaları kullanılarak hesaplandı. Üretilen betonun ve bunun harç ve sertleşmiş çimento hamuru fazlarının elastisite modüllerinin deneysel değerleri ve hesaplanan teorik değerleri karşılaştırıldı. Ayrıca, farklı çentik türüne (sığ veya derin) sahip, aynı boyut ve biçimdeki çentikli kiriş numunelerden gerçek kırılma enerjisinin belirlenmesinde tatmin edici sonuçlar alındı. Gevrek bir malzeme olan sertleşmiş çimento hamurundan yarı gevrek davranış sergileyen betona nasıl dönüştüğünün daha iyi anlaşılması için bu çalışmada toklaşma mekanizmaları ve mezo-mekanik bağıntılar kullanıldı., A normal concrete, its mortar and hardened cement paste (HCP) phase were prepared. In all mixtures, effective water-binder ratio was kept constant at 0.30. The test for determining the true fracture energy was performed according to recommendation of RILEM 50-FMC Technical Committee with the only exception of using very shallow (notch to depth ratio, a/W=0.1) and deep notches (a/W=0.5). The critical stress intensity factor of the HCP, for which linear elastic fracture mechanics (LEFM) is valid, was determined from the notched beam specimens. The effective stress intensity factor of concrete and its mortar phase were calculated using appropriate toughening mechanisms in the available meso-mechanical relationships. It can be concluded that there is a good agreement between experimental and predicted values of Modulus of Elasticity of concrete, and its mortar phase, and also its HCP phase. It is also concluded that by conducting tests on single size specimens that differ in their notch characteristics (shallow or deep) satisfactory results obtained in terms of determining the true fracture energy. The meso-mechanical relations and toughening mechanisms used in this work are very useful tools for gaining a better understanding of how a brittle hardened cement paste progressively transforms into a quasi-brittle concrete., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005, Normal beton, bunun harç ve sertleşmiş çimento hamuru fazları üretildi. Bütün karışımlarda etkin su-bağlayıcı oranı 0.30’da sabit tutuldu. RILEM 50-FMC Teknik Komitesinin önerilerine uygun olarak, fakat çok sığ (“çentik/kiriş derinliği” oranı, a/W=0.05) ve derin çentik (a/W=0.5) kullanarak gerçek kırılma enerjisinin belirlenmesi için deneyler yapıldı. Sertleşmiş çimento hamurunda Lineer Elastik Kırılma Mekaniğinin geçerli olduğu kabul edildi. Kritik gerilme şiddet çarpanı, çentikli kiriş numuneler kullanılarak belirlendi. Betonun ve bunun harç fazının etkin gerilme şiddet çarpanı, mevcut mezo-mekanik bağıntılardaki uygun toklaşma mekanizmaları kullanılarak hesaplandı. Üretilen betonun ve bunun harç ve sertleşmiş çimento hamuru fazlarının elastisite modüllerinin deneysel değerleri ve hesaplanan teorik değerleri iyi uyum sağladı. Ayrıca farklı çentik türüne (sığ veya derin) sahip, aynı boyut ve biçimdeki çentikli kiriş numunelerden gerçek kırılma enerjisinin belirlenmesinde tatmin edici sonuçlar alındı. Gevrek bir malzeme olan sertleşmiş çimento hamurundan yarı gevrek davranış sergileyen betona nasıl dönüştüğünün daha iyi anlaşılması için bu çalışmada toklaşma mekanizmaları ve mezo-mekanik bağıntılar kullanıldı., A normal concrete, its mortar and hardened cement paste (HCP) phase were prepared. In all mixtures, effective water-binder ratio was kept constant at 0.30. The test for determining the true fracture energy was performed according to the recommendation of RILEM 50-FMC Technical Committee with the only exception of using very shallow (notch to dept ratio, a/W=0.05) and deep notches (a/W=0.5). The critical stress intensity factor of the HCP, for which linear elastic fracture mechanics (LEFM) is valid, was determined from the notched beam specimens. The effective stress intensity factor of concrete and its mortar phase were calculated using appropriate toughening mechanisms in the available meso-mechanical relationships. It can be concluded that there is a good agreement between experimental and predicted values of Modulus of Elasticity of concrete, and its mortar phase, and also its HCP phase. It is also concluded that by conducting tests on single size specimens that differ in their notch characteristics (shallow or deep) satisfactory results are obtained in terms of determining the true fracture energy. The meso-mechanical relations and toughening mechanisms used in this work are very useful tools for gaining a beter understanding of how a brittle hardened cement paste progressively transforms into a quasi-brittle concrete., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2004, Bu çalışmada, izotrop ortamlar için indirekt sınır eleman yöntemlerinden olan yer değiştirme süreksizliği yöntemi (DDM) kullanılmıştır. DDM’de sabit elemanlar kullanılarak, Kelvin temel çözümlerinin integrasyonu ile sınır eleman denklemleri oluşturulmuştur. DDM denklemlerinin elde edilmesinde temel çözümlerin tekil yük doğrultusundaki türevleri alınarak dipol gerilmeleri elde edilmiş ve bu dipol gerilmeler kullanılarak yer değiştirme süreksizliğinden oluşan tekil çözümler elde edilmiştir. Elde edilen bu tekil çözümlerin sonlu bir doğru üzerindeki integrasyonu alınıp süperpozisyonu yapılarak DDM’de lineer denklem takımı elde edilmiştir. Ayrıca, elastisite teorisinden izotrop ortamlar için iki boyutlu elastostatik problemlerde temel denklemler incelenmiştir. Çatlak yüzeylerinin olası hareketleri üç ayrı modda incelenmiş, çatlaktaki gerilmeler ve yer değiştirmeler elde edilmiştir. Süperpozisyon ilkesi ile gerilme şiddet faktörleri arasındaki bağıntılar verilmiş, gerilme ve yer değiştirmeler kullanılarak gerilme şiddet faktörleri elde edilmiştir. Sayısal uygulamalarda, izotrop ortamlarda yer değiştirme süreksizliği yöntemi ile sonsuz bir bölgedeki çatlak problemleri ve çekme gerilmesi etkisindeki dikdörtgen levhalardaki çeşitli geometrilere sahip çatlak problemleri çözülerek yöntemin etkinliği gösterilmeye çalışılmıştır., In this study, for the isotropic bodies, among the indirect boundary element methods, the displacement discontinuity method (DDM) is used. In DDM, by using constant elements, the boundary element equations are formulated with the integration of Kelvin fundamental solutions. In the acquirement of DDM equations, the dipole stresses are obtained by derivation of basic solutions in the direction of singular load and by using these dipole stresses, singular solutions, which are formed by the displacement discontinuity, are obtained. Then, a linear equations system is acquired by first taking the integration of those singular solutions on a finite line and then superpositioning it. In addition, in elastostatic problems with two dimensions for isotropic bodies from the elasticity theory, the basic equations are analyzed. The possible movements of crack surfaces are studied in three different modes and the stresses and displacements in the crack are acquired. The relations between the principle of superposition and the stress intensity factors are given and the stress intensity factors are obtained with the use of the stresses and displacements. Consequently, in this study, in isotropic bodies with the displacement discontinuity method, crack problems in an infinite body and crack problems with different geometries situated on rectangular plates in traction are solved and the efficiency of the method is tried to be justified., Yüksek Lisans, M.Sc.