Auxetic malzemelerin deneysel olarak ve sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi

Abstract

Akıllı malzemeler, bir veya daha fazla özelliğin kontrollü bir şekilde dışarıdan yapılan müdahaleler ile değiştirilmesi sonucu tasarlanan malzemelerdir. Bazıları çok yaygın olmakla birlikte birçok akıllı malzeme çeşidi vardır. Bunlardan biri de negatif Possion oranına sahip auxetic malzemelerdir. Bu özellikteki malzemeler gergin hale getirildiğinde uygulanan kuvvete dik yönde genişler. Auxetic malzemelerin yüksek enerji soğuran, kırılmaya karşı dirençli yapılar olması beklenir. Bu sebeple medikal uygulamalar ve birçok endüstriyel uygulamalar için kullanışlıdırlar. Modern teknolojinin yeni malzemelere ihtiyacı vardır ve bu yeni malzemelerin de birçok yeni onay sürecine ihtiyacı vardır. Bu sebeple de bunların mekanik özelliklerinin tespiti ve incelenmesi teknolojik ve teorik açıdan son derece önemlidir. Auxetic malzemelerin mekanik davranışlarının tespiti ve boyutlandırma aşamasında simülasyonlardan yararlanmak etkin bir yoldur.Bu tez çalışmasında auxetic malzemeler incelenecektir. Auxetic malzeme elde etmek için paslanmaz çelik malzemesi seçilmiştir ve geometri üzerinde şekil değişikliği uygulanmıştır. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı sayesinde numuneler modellenmiş, Bilgisayar destekli mühendislik (CAE) yazılımında sonlu elemanlar metodu (FEM) ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Numuneler üretilmeden önce doğru mekanik davranışlarının tespiti için simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Sonrasında sonlu elemanlar sonuçları ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Simülasyon ve deneylerde birbirine yakın sonuçlar elde edilmiş ve böylece auxetic yapılar için tasarım ve analiz prosedürlerinin doğruluğu kanıtlanmıştır.

Smart materials are designed material that have one or more properties that can be changed in a controlled fashion by tailoring microstructure. There are number of types of smart material and some of them are already commonly used in literature. One of the smart material is auxetic material which have a negative poisson's ratio. When stretched, they become thicker perpendicular to the applied force. Therefore, Auxetic material structures are expected to have superior mechanical properties such as high energy absorption and fracture resistance. Thus they can be useful in medical applications and other industries. Modern technologies require new materials and this new materials require verification of properties. Therefore mechanical property definition and investigation is technologically and theoretically important. Simulation is an effective way to design, predict their mechanical behavior and sizing the auxetic materials.In this thesis, auxetic materials are introduced. In order to obtain auxetic structure, stainless steel plates are tailored in re-entrant shape using femtosecond laser technology. Specimens are designed and sized by CAD software and these models were analyzed by CAE software via finite element modeling (FEM). Mechanical properties of stainless steel sheet before tailoring are determined via tensile testing and obtained parameters are used in simulations. Tensile testing of auxetic sheets are also conducted and then Finite Element results and experimental results are compared and a good match is obtained. Thus, the analysis procedure of auxetic structures are verified for future studies.