Makina parçalarında gerilme yığılması olan bölgeler muhtemel yorulma çatlağı baĢlangıç noktalarıdır. Yorulma analizlerini yüksek doğrulukla gerçekleĢtirebilmek için bir gerilme yığılması kaynağı olan nokta kaynaklarının sonlu elemanlar modellerinin doğrulanması gerekir. Bu amaçla bir numune üzerine strain-gage‟ler bağlanmıĢ ve gerilme analizi neticesinde dinamik yüke maruz kalan numune üzerinde oluĢan gerilmeler elde edilmiĢtir. Sonlu elemanlar analiz sonuçları incelendiğinde +/-160 Nm dinamik burulma momenti altında yorulmaya zorlanan numunenin beĢinci nokta kaynak bölgesinde yaklaĢık 100 MPa mertebesinde maksimum asal gerilme değerleri elde edilmiĢtir. Deneysel çalıĢmada yapılan ölçümlerde maksimum asal gerilme değeri 100–105 MPa mertebesinde bulunmuĢtu. Bu noktada elde edilen sonuçlar deneysel çalıĢma ile karĢılaĢtırıldığında sonuçlar arasında uyum olduğu görülür. Kurduğumuz sonlu elemanlar modeli doğrulanmıĢtır. Sac kalınlığı arttıkça nokta kaynak civarında oluĢan gerilmelerin beklendiği üzere önemli ölçüde düĢtüğü görülmüĢtür.
1 mm kalınlığa sahip yirmi numune, 1.5 mm ve 2 mm kalınlığa sahip 10‟ar numune üzerinde Ġstanbul Teknik Üniversitesi Mukavemet Laboratuarı‟nda yorulma testleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Test sonuçları incelendiğinde numunelerin yorulma ömürlerinin bir dağılım gösterdiği görülmektedir. Bu dağılımın büyük olması, nokta kaynak iĢleminin bazı numuneler için yeterli hassasiyetle yapılmamıĢ olmasından ya da test sırasında bazı numunelerin aĢırı sıkılmasından kaynaklanmıĢ olabilir. Kaynak iĢleminin belli kalite sınırları içinde yapılmıĢ olmasına ve test düzeneğinin iyi kurulmasına dikkat edilerek bu dağılım en aza indirilebilir. ġekil 10.1‟de 1mm kalınlığa sahip numuneler için sanal ve gerçek test sonuçları aynı diyagramda verilmiĢtir. Elimizdeki mevcut veriler ile gerçekleĢtirdiğimiz sanal test sonuçları ile gerçek test sonuçları karĢılaĢtırıldığında %100‟e varan hataların olduğu görülmektedir. Bu tarz bir yaklaĢımla farklı tasarım alternatifleri yorulma ömürleri açısından birbirleriyle kıyaslanabilirler ancak gerçek ömür değerlerine ulaĢılamaz.
Sanal Test ve Gerçek Test Sonuçları 0,000 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 0 5 10 15 20 25 Nunume Numarası Ö m ü r Test 160 Nm Test 180 Nm Test 200 Nm Test 207 Nm Femfat 160 Nm Femfat 180 Nm Femfat 200 Nm Femfat 207 Nm
Ort. Gerilmeli Femfat 160 Nm Ort. Gerilmeli Femfat 180 Nm Ort. Gerilmeli Femfat 200 Nm Ort. Gerilmeli Femfat 207 Nm ġekil 10.1: 1 mm Kalınlığa Sahip 20 Numune Ġçin Gerçek Test Ve Sanal Test Sonuçları
Bu çalıĢmada sayısallaĢtırılamayan yorulma ömrünü önemli ölçüde etkileyebilecek iki faktör daha vardır; bunlar kaynak iĢlemi sırasındaki çökme etkisi ve homojen olmayan soğuma sonrasında oluĢan artık gerilmelerdir. Bu iki etki yorulma ömrü üzerinde büyük öneme sahiptir. LINDGREN‟in çalıĢması dikkate alınarak kaynak bölgelerinde 75 MPa mertebesinde artık gerilmenin olduğu varsayılmıĢ ve bu varsayımla gerçekleĢtirilen sanal test sonuçlarının gerçek ömür dağılımının büyük ölçüde içinde kaldığı görülmüĢtür. Ortalama gerilmeli durumda gerçekleĢtirilen sanal test sonuçları da Ģekil 10.1‟de görülmektedir. Tablo 10.1, tablo 10.2 ve tablo 10.3‟de sanal ve gerçek testlerin kıyaslanması tablolar halinde verilmiĢtir.
Bu çalıĢma neticesinde nokta kaynaklı konstrüksiyonların, güvenilir verilerin kullanılması ve çalıĢma boyunca anlatılan bütün etkenlerin sayısallaĢtırılıp sanal ortama aktarılması halinde yorulma ömürlerinin sanal ortamda bulunabileceği görülmüĢtür. DoğrulanmıĢ modeller ile sanal ortamda kısa sürede çok sayıda tasarımın denenebilecek olması yapılacak gerçek yorulma testlerini en aza indirecektir. Özellikle otomotiv ve uçak sanayi için hayati öneme sahip bu konu maliyetleri düĢürüp rekabet gücünü arttıracaktır.
Sanal ve Gerçek Test Sonuçları
Numune Numarası
Tablo 10.1: 1 mm Kalınlığa Sahip Numuneler Ġçin Sanal Ve Gerçek Test Sonuçları
Ortalama Gerilmesiz Sanal Test
Ortalama Gerilmeli
Sanal Test Gerçek Test Test Burulma
Momenti (Nm) Ömür (çevrim) Ömür (çevrim) Ömür (çevrim)
+/- 160 217,250 126,952 104,000-155,000
+/- 180 120,034 79,809 38,500-83,300
+/- 200 70,622 51,573 37,347
+/- 207 59,347 43,497 43,521
Tablo 10.2: 1.5mm Kalınlığa Sahip Numuneler Ġçin Sanal Ve Gerçek Test Sonuçları
Ortalama Gerilmesiz Sanal Test
Ortalama Gerilmeli
Sanal Test Gerçek Test Test Burulma
Momenti (Nm) Ömür (çevrim) Ömür (çevrim) Ömür (çevrim)
+/- 221 106,678 54,735 42,500-44,000
+/- 225 97,847 50,480 34,125-52,000
+/- 228 91,743 47,574 25,895-40,181
+/- 230 87,950 45,746 36,639-45,444
Tablo 10.3: 2 mm Kalınlığa Sahip Numuneler Ġçin Sanal Ve Gerçek Test Sonuçları
Ortalama Gerilmesiz Sanal Test
Ortalama Gerilmeli
Sanal Test Gerçek Test Test Burulma
Momenti (Nm) Ömür (çevrim) Ömür (çevrim) Ömür (çevrim)
-280/+320 92,421 53,163 30,000
-320/+320 75,529 43,011 28,000
-300/+330 74,184 42,790 24,000
KAYNAKLAR
[1] Dikicioğlu, A. ve Vural,M., 1999. Kaynak Tekniği Bölümü Ders Notları. [2] Eryürek, B.,1995. Elektrik Direnç Kaynağı Ders Notları.
[3] Anık, S. ve Vural, M., 1993. Kaynak Yöntemleri ve Donanımları.
[4] Anık, S., 1991. Kaynak Tekniği El Kitabı, Yöntemler ve Donanımlar, Ġstanbul. [5] Lindgreen, L., Finite Element Modeling and Simulation of Welding, Journal of Thermal Stresses, n.24, p.141 – 192.
[6] Metals Handbook, ASM, 1983. Ninth Edition, Volume 6, Welding Brazing and Soldering, Resistance Spot Welding, U.S.A., 469-493.
[7] Welding Handbook, 1973. Sixth Edition, Section 5, Applications of Welding, Chapter 90, American Welding Society.
[8] Demirkol, M., 1991. Mekanik Metalurji Ders Notları.
[9] Onaran, K., 2000. Malzeme Bilimi, Bilim Teknik Yayınevi, Ġstanbul, 255-259. [10] MSC. Fatigue User’s Guide, Chapter 13, Fatigue Theory.
[11] Zahavi, E., 1996. Fatigue Design: Life Expectancy of Machine Parts.
[12] Bishop, NWM., Sherratt, F., 2000. Finite Element Based Fatigue Calculations. [13] SURESH, S., 1998, Fatigue of Materials, Cambridge Press, 2. ed., cap. 4. [14] ANSYS 8.1, 2004, Theory Manual, ANSYS Inc.
[15] Radaj, D., 1990. Local Fatigue Strength Characteristic Values for Spot Welded Joints, Engineering Fracture Mechanics, cilt 37, s. 245-250.
[16] Zhang, Y. and Taylor, D., 2001. Optimization of Spot Welded Structures, Finite Elements in Analysis and Design, cilt 37, s. 1013-1022.
[17] Bae, D. H., Niisawa, J. and Koiso, A., 1989. On Stres Distribution and Fatigue Strength of a Single Elliptical Spot Welded Lap Joint Under Tension Shear Load,
[18] Deng, X. and Chen, W., 2000. Performance of Shell Elements in Modeling Spot Welded Joints.
[19] Rupp, A., Störzel, K. and Grubisic, V., 1995. Computer Aided Dimensioning of Spot Welded Automotive Structures, SAE Report 950711.
[20] Nakahara, Y., Takahashi, M., Kawamoto, A., Fujimoto, M. and Tomioka, N., 2000. Method of Fatigue Life Estimation for Spot-welded Structures, SAE Paper 2000-01-0779.
[21] Zhang, S., 2001. Recent Developments in Analysis and Testing of Spot Welds, SAE Technical Paper, 2001-01-0432
[22] Sheppard, S. N. and Pan, N., 2001. A Look at Fatigue in Resistance Spot Welds -Notch or Crack ?, SAE Paper 2001-01-0433.
[23] Newman, J. A. and Dowling, N. E., 1998. A Crack Growth Approach to Life Prediction of Spot welded Lap Joints, Fracture of Engineering Materials and Structures, cilt 21, s. 1123-1132.
[24] Kang, H. and Barkey, M. E., 1999. Fatigue Life Estimation of Spot Welded Joints Using an Interpolation/Extrapolation Technique, International Journal of Fatigue, cilt 21, s. 769-777.
[25] Sohn, I., Bae, D. and Jung, W., 2002. Expert System for Fatigue Design of Spot-welded Joint, JSME International Journal, cilt 45, s. 481-486.
[26] Salvini, P., Scardecchia, E. and Demofonti, G., 1997. A Procedure for Fatigue Life Prediction of Spot Welded Joints, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, cilt 20, s. 1117-1128.
[27] Zhang, G. and Richter, B., 2000. A New Approach to the Numerical Fatigue-life Prediction of Spotwelded Structures, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, cilt 23, s. 499- 508.
[28] Mori, N., Amago, T., Ono, M., Sasanabe, M. and Hiraide, T., 1986. Fatigue Life Prediction Methods for Spot Welds in T-Shaped Members Under Bending, SAE technical paper no. 860604.
ÖZGEÇMĠġ
Erkan TALAY, 1979 yılında Kocaeli‟nde doğdu. Ġlköğretimini Ġzmit Ġnkılâp Ġlkokulu‟nda, ortaöğrenimini Ġstanbul Sancaktepe Ġlköğretim Okulu‟nda tamamladı. Ġstanbul Bağcılar lisesinden mezun olduktan sonra 1997 yılında Ġstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi, Makina Mühendisliği bölümünde yüksek öğrenim hayatına baĢladı. 2002-2004 yılları arasında FĠGES A.ġ. firmasında proje mühendisi olarak görev yaptı. Halen, 2002 senesinde Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Makina Dinamiği TitreĢim ve Akustik bölümünde baĢladığı yüksek lisans öğrenimine ve TOFAġ Ar-Ge Araç Performans Kısım Yöneticiliğindeki proje mühendisliği görevine devam etmektedir.