Bir Motor Parçasında Düzlemsel Olmayan (Karışık Mod- I/II/III) Çatlak İlerleme Analizi Analizi

Bu kısımda; Kırılma ve Çatlak İlerleme Analiz Sistemi (Fracture and Crack Propagation Analysis System, FCPAS) -Aşama 2 projesinde (Ayhan,2016) elde edilen simülasyon

48

kabiliyetlerinin TUSAŞ Motor Sanayii A.Ş. (TEI) tarafından sağlanan bir motor parçasında uygulanması sunulmaktadır. Burada verilen kısıtlı bilgilerin, geometrik boyut ve diğer sayısal bilgiler verilmeden proje raporuna dâhil edilebileceğine dair TEI Şef Mühendislik tarafından onay verilmiştir. Bu kapsamda, geometrik boyutlar, parça kullanım yeri, kırılma analiz sonuçlarının sayısal değerleri vb. detaylar verilmeden, FCPAS/FRAC3D kullanılarak yapılan analizlerin boyutsuz hale getirilen bazı sonuç ve görüntüleri aşağıda verilmektedir.

İlgili parça için TEI tarafından sağlanan modelin genel perspektif görüntüsü Şekil 3.1.35’te verilmektedir. Öncelikle ilgili sistemden motor parçasına etkiyen yük hesaplanmış ve bu yük değeri ile sınır şartları uygulanarak gerilme analizi yapılmıştır. Gerilme analizi sonuçlarına göre, yüksek gerilme bölgesi belirlenerek Şekil 3.1.36’da gösterildiği gibi iki adet dairesel köşe çatlağı yerleştirilmesine karar verilmiştir.

49

Şekil 3.1.36. Probleme ait gerilme dağılımı ve başlangıç çatlakları.

Motor parçasına etkiyen yük değeri, sınır şartları, malzeme özellikleri, başlangıç çatlak boyutu, ömür değeri ve hesaplanan GŞF gibi değerler yukarıda da belirtildiği üzere, TEI tarafından alınan onay sınırları çerçevesinde sayısal değerler olarak verilememekte olup, sadece grafiksel eğilim olarak verilebilmektedir.

Yukarıda belirtilen noktalarda parçaya çatlakların yerleştirilmesi ile simülasyon başlatılmıştır. Şekil 3.1.37’de çatlakları içeren parçaya ait sonlu elemanlar modeli görüntüleri verilmektedir.

50

Şekil 3.1.37. Motor parçası sonlu elemanlar modeli (solda), çatlak bölgesi görüntüleri (sağda). Öncelikle, başlangıç çatlakları için GŞF’ler hesaplanmış ve FCPAS Aşama-2 projesinde geliştirilen kritere göre FCPAS kullanılarak ilerleme profilleri tahmin edilmiştir. Toplam 38 adım çatlak ilerleme analizi yapılmıştır. Başlangıçta yerleştirilen çatlaklar 23. adımda birleşerek tek bir çatlak haline gelmişlerdir. İki ayrı çatlağın analiz edildiği çoğul çatlak durumu için bazı adımların KI, KII ve KIII GŞF dağılımları Şekil 3.1.38’de verilmektedir. Çatlaklar birleştikten sonraki adımlar için KI, KII ve KIII GŞF dağılımları ise Şekil 3.1.39’da verilmektedir. Çatlak, parçanın iç yüzeyine ulaştığında ise tekrar iki çatlak haline gelmektedir. Bu noktada çatlak ilerleme analizi durdurulmuştur.

51 (b)

(c)

Şekil 3.1.38. Çoğul çatlak ilerleme için çatlak ucu boyunca bazı adımların boyutsuz GŞF dağılımları sol çatlak (solda), sağ çatlak (sağda), (a) KI, (b) KII ve (c) KIII.

52 (b)

(c)

Şekil 3.1.39. Birleşmiş çatlak ilerleme profili için çatlak ucu boyunca elde edilen boyutsuz GŞF (a) KI, (b) KII ve (c) KIII dağılımları.

Her bir çatlak ilerleme profii için karışık modlu GŞF’ler kullanılarak eşdeğer GŞF’ler hesaplanmış ve ömür hesabında kullanılmak üzere çatlak yüzeyindeki GŞF’ler ile bir K-a eğrisi oluşturulmuştur (Şekil 3.1.40).

53

Şekil 3.1.40. Her bir çatlak adımı için GŞF’ler kullanılarak oluşturulan boyutsuz K-a eğrisi K-a eğrisindeki eşdeğer GŞF’ler ve çatlak uzunluğu bilgileri kullanılarak çatlak ilerleme ömrü tahmin edilmiştir. Şekil 3.1.41’de sayısal değerlerin olmadığı çatlak ilerleme ömür eğrisi verilmektedir.

Şekil 3.1.41. Boyutsuz çatlak ilerleme ömür eğrisi.

Şekil 3.1.42’de ise çatlak ilerleme analizleri sonrası elde edilen çatlak yüzeylerinin farklı açılardan gösterimi sunulmaktadır.

54 (a)

55 (c)

Şekil 3.1.42. Çatlak ilerleme yüzeylerinin farklı açılardan görünümü, (a) perspektif görünüş, (b) çatlağın yakın görünüşü, (c) tahmin edilen çatlak ilerleme profillerinin alt çatlak yüzeyi üzerinde yakın görünüşü.

Yukarıda verilen sonuçlardan görüleceği üzere, FCPAS/FRAC3D analiz kabiliyetleri, karmaşık sayılabilecek bir geometriye sahip bir parçada oluşabilecek çatlağın, çoğul çatlak analizleri de dâhil olmak üzere, ilerleme analizleri için başarılı bir şekilde uygulanabilmektedir.

3.2 Karışık Mod Kırılma Problemlerinin Üç-Boyutlu Analizi

3.1 nolu kısımda, karışık mod yükler altında düzlemsel olmayan üç-boyutlu çatlak ilerleme içeren, literatür ve saha ziyaretlerinden elde edilen altı adet probleme ait detaylı tanımlamalar, elde edilen sonuçlar ve literatür verileri ile karşılaştırmaları verilmişti. Proje önergesinde, 3.1 nolu kısımda gerçekleştirilen çalışmalar için yeterli sayıda ve/veya nitelikte uygulama bulunamaması ihtimaline karşı, B-planı olarak pratikte sıkça karşılaşılan levha veya silindir gibi temel geometrilerde karşılaşılabilecek statik çatlaklar için karışık mod üç-boyutlu kırılma analizlerinin kapsamlı bir şekilde parametrik olarak yapılması ve geniş bir gerilme şiddet faktörü (GŞF) kütüphanesi oluşturulması planlanmıştı. 3.1 nolu kısımda, proje önergesinde öngörülenden daha fazla sayıda uygulama başarı ile gerçekleştirilebilmiştir. Ancak, ilgili iş paketinin başarısını riske atmamak için, 3.1 nolu kısımda detaylı olarak sunulan yorulma çatlak ilerleme simülasyon çalışmalarının başlangıcından kısa bir zaman sonra, B-planı olarak planlanan ve yukarıda tarif edilen levhalarda karışık mod yüzey çatlakları için geniş kapsamlı kırılma analizleri de başlatılmış ve bir yüksek lisans tezi kapsamında başarılı bir şekilde tamamlanmıştır.

56

Bu iş paketi kapsamında, pratikte sıklıkla karşılaşılan geometrilerde karışık mod yük altında bulunan üç boyutlu çatlaklar için, problemi tanımlayan temel parametrelerin değişim aralıkları dikkate alınarak kırılma analizlerinin yapılması ve geniş bir yelpazeyi kapsayan gerilme şiddet faktörü kütüphanesi oluşturulması hedeflenmiştir. Bu bağlamda, levhalar pratikte yaygın olarak kullanılmakta olup, bazı kırılma problemleri, lokal olarak düşünüldüğünde levha problemine de indirgenebilmektedir. Dolayısıyla, bu iş paketi kapsamında üniform ve eğilme gerilme dağılımı yüklemesine maruz levhalardaki eğik (inclined - düzlem dışı eksen etrafında dönmüş) ve dönmüş (deflected-düzlem içi yatay eksen etrafında dönmüş) yüzey çatlakları için tüm parametrelerin kombinasyonları göz önünde bulundurularak kırılma analizleri yapılmış ve problemi tanımlayan ilgili parametrelerin oldukça geniş kombinasyonlarını kapsayan durumlar için karışık mod gerilme şiddet faktörleri elde edilmiştir. Bu iş paketi kapsamında dört ayrı problem parametrik olarak analiz edilmiş ve aşağıdaki alt bölümlerde sunulmaktadır.

3.2.1. Üniform Çekme Gerilmesi Altında Bulunan Levhada Eğik Yüzey Çatlağı Analizleri 3.2.2. Üniform Çekme Gerilmesi Altında Bulunan Levhada Dönmüş Yüzey Çatlağı Analizleri 3.2.3. Eğilme Gerilmesi Altında Bulunan Levhada Eğik Yüzey Çatlağı Analizleri

3.2.4. Eğilme Gerilmesi Altında Bulunan Levhada Dönmüş Yüzey Çatlağı Analizleri

Belirtilen problemler kapsamında, Ayhan (2004) tarafından üniform gerilme yükü altındaki levhalarda bulunan yüzey çatlakları sadece a/c=1 (yarım dairesel yüzey çatlağı) durumu için analiz edilmiştir. Ancak, yukarıdan anlaşılacağı üzere bu iş paketinde farklı yükleme durumlarına (üniform ve eğilme gerilmesi) ek olarak farklı eliptik oranlarındaki (a/c) eğik ve dönmüş yüzey çatlakları da dâhil edilmektedir (Şekil 3.2.1).

57

(a) (b)

Şekil 3.2.1. Levhaya yerleştirilen eliptik eğik yüzey çatlağı (solda) ve eliptik dönmüş yüzey çatlağı (sağda) ile problemi tanımlayıcı parametreler (Ayhan, 2004)

Problemlerin analizlerinde kullanılan parametrelerin değerleri ve analiz sayıları Tablo 3.2.1a ve 3.2.1b’de verilmektedir.

Tablo 3.2.1. (a) Problemleri tanımlayan parametreler, (b) Analiz sayıları (a) a/c 0,25 0,50 1.00 2.00 4.00 a/t 0.20 0,40 0,60 0,80 β 0 15 30 45 60 75 α 0 15 30 45 60 75 (b) Çekme Yükü β için 5x4x6 = 120 adet α için 5x4x6 = 120 adet

Eğilme Yükü ^{β için 5x4x6 = 120 adet}

α için 5x4x6 = 120 adet

58