Dergiler / Politeknik Dergisi / 2018 / Cilt: 21 - Sayı: 2
Fonksiyonel Olarak Kademelendirilmiş Modüllü Yapıştırıcı Bağlantıların Isıl Gerilme Analizi
- Dergi
- Politeknik Dergisi
- Sayfa
- 445–456
- DOI
- —
Özet
Bu çalışma, farklı kompozisyonel gradyant üs değerleri için düzlem içi ısı akısı altında yapıştırıcı katmanının fonksiyonel olarak kademelendirildiği, bir boyutlu-fonksiyonel kademelendirilmiş içi boş dairesel plakaların (FKDP) termal artık gerilme analizini incelemektedir. İçi boşaltılmış dairesel plakaların malzeme özellikleri, güç yasası dağılımına göre değişmektedir. Kutupsal koordinatlardaki Isı transferi ve Elastisite denklemlerinden oluşan tek boyutlu termo-elastik model sonlu-farklar yöntemi ile ayrıştırılarak oluşturulan denklem setleri tekil değer ayrışımı yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Yapıştırıcı katmanının elastisite modülü 2000 MPa ve 6500 MPa’ a ve 6500 MPa’ dan 2000 MPa’ a değişmektedir ve bu katmanın kademelendirilmesi üç farklı kompozisyonel gradyant üs değeri için yapılmıştır. Yapıştırıcı bölgesi ve her iki dairesel levha radyal yönde düzlem boyunca kademelendirilmiş ve her iki dairesel levhanın kompozisyonel gradyant üs değeri m=1.0 olarak göz önüne alınmış ve yapıştırıcı katmanındaki kademelendirilmenin sonuçlarının tespiti için bu değer sabit tutulmuştur. Bu çalışma ile yapıştırıcı ile birleştirilmiş plakalarda eşdeğer gerilme dağılımlarının önemli ölçüde etkilendiği gösterilmiştir. Isıl sınır şartına bağlı olarak yapıştırıcı katmanın düşük elastisite modülünden yüksek elastisite modülüne doğru kademelendirilmesi (2000→6500 MPa) durumunda diğer duruma göre eşdeğer gerilme seviyelerinin %25 azaldığı vurgulanmıştır. Kompozisyonel gradyant üst değerinin n=0.1’ den n=1.0 doğru artması ile maksimum seviyelerdeki eşdeğer gerilme tesir alanının daraldığı ifade edilmiştir. Çalışmanın sonuçlarına göre fonksiyonel kademelendirilmiş dairesel plaka bağlantılarında optimum özelliklere ve performansa sahip yapıştırıcı katmanının kompozisyonel gradyant üst değeri n=1.0 olarak belirlenmiştir. Ayrıca yapıştırıcı katmanındaki ve bağlantı ara yüzeyindeki ısıl gerilmenin minimuma indirgenebilmesi için yapıştırıcı katmanının kademelendirilmesinin gerekliliği vurgulanmıştır.
Abstract
This study examines the thermal residual stress analysis of one-dimensional functionally graded clamped hollow circular plates (FGCP) that are functionally graded on the adhesive layer under in-plane heat flux for different compositional gradient exponents. The material properties of the hollow circular plates were assumed in-plane according to a power-law distribution. The volume fraction of the constituent varies in the plane, not in the plate thickness direction. The transient heat condition and Navier’s equations in polar coordinates describing the one-dimensional thermo-elastic model were discretized using finite-difference method, and the set of linear equations were solved using the pseudo singular-value method. The elasticity modulus in adhesive layers varied from 2000 MPa to 6500 MPa and from 6500 MPa to 2000 MPa, and the grading of this layer was performed for three different compositional grading exponents. The adhesive region and both circular plates are grading along the plane in the radial direction and the compositional gradient exponent of both circular plates is taken as m = 1.0 and this value is held constant for the determination of the results of the grading in the adhesive layer. This study has shown that equivalent stress distributions are significantly influenced by adhesively bonded plates. It has been emphasized that depending on the thermal boundary condition, when the adhesive layer is graded from a low modulus of elasticity to a high modulus of elasticity (2000 → 6500 MPa), the equivalent stress level of the adhesive layer is reduced by 25% compared to the other case. It has been stated that the field of influence of the equivalent stress in the maximum levels shrinks by increasing the increase of the compositional gradient exponent n = 0.1 to n = 1.0. According to the results of the study, the compositional grading upper limit of the adhesive layer with optimum properties and performance in functional graded circular plate joints was set to n = 1.0. It also emphasizes the necessity of grading the adhesive layer so that the thermal stress in the adhesive layer and the interface of the connection can be reduced to a minimum.