Krom kaplama yapılmış poliamid malzemelerin sıcaklık yükü altındaki gerilme dağılımlarının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Günümüzde halen hızla devam etmekte olan teknolojinin de gelişimiyle birlikte pek çok farklı alanda ve mühendislik çalışmasında rekabet ön plana çıkmıştır. Söz konusu rekabet sadece ürün-hizmet sağlayıcılar arasında değil, üretilen ürünün malzemesi ve özellikleri arasında da oluşmaktadır. Buradan yola çıkarak aynı ürünün oluşturulması için her zaman daha iyi prosesler, daha iyi malzemeler kullanmak gerektiğini düşünebiliriz. Ancak daha iyi malzeme ya da daha iyi proses elde etmek için de sonsuz bir seçenek söz konusu olmadığından çoğu zaman mevcut olan malzeme üzerinde yapılan değişiklikler sayesinde daha az girdi vererek, çıktı olarak daha iyi özellikler almak mümkün olacaktır. Kaplama teknikleri buna örnek olarak gösterilebilir. Malzeme üzerine yapılacak kaplamalar ile ana malzemeden farklı özellik ya da boyutlara sahip yüzeyler elde edilir. Bu tür uygulamalar ile kaplama malzemesi ve kaplanan malzeme olmak üzere her iki malzemenin istenen özelliklerine sahip ürün oluşturulabilir. Bu tez çalışması kapsamında plastik malzemeler üzerine yapılan metalik kaplamalar incelenmiştir. Metalik kaplamalarda katman kalınlığıyla ilişkili olarak termal yük altında termal genleşme sebebiyle oluşan gerilme dağılımları araştırılmıştır. Çalışmada silindir çubuk, kiriş, halka ve bu üç modele kıyasla daha karmaşık bir geometriye sahip olan tutamak isimli modeller oluşturulmuştur. Oluşturulan modeller, ana malzeme poliamid olacak şekilde üzerine sırasıyla bakır, nikel ve kromdan oluşan katmanlar ilave edilerek elde edilmiştir. Poliamid ana malzeme katı elamanlarla modellenirken, kaplamalar için kabuk elemanlar kullanılmıştır. Her bir katmanın alt yüzeyle teması, ideal yapışık olarak varsayılmıştır. Modeller SolidWorks yazılımı ile oluşturulup termal yükün uygulandığı analizler, ANSYS Workbench yazılımı ile yapılmıştır. Dört modelde her bir katmanın farklı kalınlık varyasyonları için farklı geometri ve analizler oluşturulup katman kalınlıklarındaki değişimin tüm katmanlar üzerindeki gerilmelere olan etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar kullanılarak sıcaklığın artışına karşın Von Mises gerilme grafikleri, her bir model için verilmiştir. Ayrıca sıcaklık artışından dolayı meydana gelen şekil değişiklikleri, grafik olarak sunulmuştur. Sonuç olarak katman kalınlığına bağlı değişen gerilme dağılımında etkisi en büyük olan katman, her bir model için belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre kaplama kalınlığı arttıkça genel olarak gerilmeler düşmektedir. Ancak geometride köşe veya eğri şeklinde şekiller varsa gerilme yığılmalarının bu bölgelerde daha fazla olduğu gözlenmiştir.

Competition has come to the forefront in many different fields and engineering studies with the development of the technology, which is still continuing today. This competition is not only between the product-service providers but also between the material and the properties of the products being produced. Starting from this point of view, we can assume that better processes and better materials can always be used to create the same product. However, there are no infinite options to choose better materials and better processes. Because of this assumption, most of the time it is being possible to gain more output with less input by the help of the changes made on existing material; hence, coating techniques are examples of this. With the coatings to be made on the materials, surfaces with different characteristics and/or dimensions can be obtained different from the main material. With such applications, the product with the desired properties of both materials, including the coating material and the coated material can be produced.In this thesis, metallic coatings on plastic materials were examined. Stress distributions due to thermal expansion under thermal load in relation to layer thickness in metallic coatings were investigated. In the study, models were created with the names of roll bar, beam, circle and handle. The models were obtained by adding layers of copper, nickel and chromium, respectively, on the base material polyamide. Polyamide main material is modeled with solid elements while shell elements are used for coatings. The contact of each layer with the lower surface is assumed to be ideally adherent. 3D models has been created with SolidWorks software and the finite element analysis models has been created within ANSYS Workbench software where thermal loads has been applied.In all models, different geometry and analyzes were made with different thickness variations of each layer and the effect of change in layer thickness on the stresses on all layers was investigated. Using the results obtained, Von Mises stress graphics are given for each model despite of the increase in temperature. In addition, the shape changes due to temperature increase are presented graphically. As a result, the layer having the greatest impact on varying stress distribution due to layer thickness is determined for each model. According to the results obtained, as the thickness of the coating increases, the stresses are generally reduced. However, if there are discontinuities in the shape like corners or curves in geometry, it is observed that the stress distributions are bigger in these regions.