Metal matriksli kompozit plakların termal elasto-plastik gerilme analizi

Abstract

ÖZET Yüksek rijitlik ve yüksek sıcaklık performansı göstermelerinden dolayı son yıllarda konstrüksiyon ve ticari uygulamalarda çoğunlukla metal matriksli kompozitler kullanılmaktadır. Metal matriksli tabakalı plakların hasar analizinde elasto-plastik gerilmeler ve artık gerilmeler çok önemlidir. Tabakalı plağın akma dayanımının aşılması halinde tabakalı plaklarda kalıcı deformasyonlar ve artık gerilmeler meydana gelir. Artık gerilmeler ile plakların dayanımı artırılabilir. Termal gerilmeler makine elemanlarının dizaynında ve hasar analizinde çok önemli rol oynarlar. Bu gerilmeler yapılarda erken hasara veya plastik akmaya neden olabilirler. Bu nedenle termal gerilme analizi çok önemlidir. Bu çalışmada, (0°/90°)2 simetrik çapraz takviyeli ve (30%30°)2, (45%45°)2, (607- 60°)2 simetrik açılı takviyeli alüminyum-metal matriksli tabakalı kompozit plaklar için termal elasto-plastik gerilme analizi yapılmıştır. Simetrik tabakalı plaklar, plağın bütün kenarları x ve y doğrultularında hareket edemeyecek şekilde basit mesnetli olarak mesnetlenmiş olup kalınlık boyunca (lineer, parabolik ve sinüs eğrisi olarak) değişen termal yüklere maruz bırakılmıştır. Çözüm termal elasto-plastik gerilme- şekil değiştirme ilişkilerini ve sınır şartlarım sağlayan küçük plastik deformasyonlar için uygulanmıştır. Kompozit malzeme, lineer pekleşme gösteren malzeme olarak kabul edilmiştir. Akma kriteri olarak Tsai-Hill teorisi kullanılmıştır. Çözümde sıcaklık üst ve alt yüzeyde T0, orta eksen üzerinde sıfır olacak şekilde alınmıştır. Ayrıca sıcaklık üst yüzeyde T0, alt yüzeyde -T0 olacak şekilde uygulanmıştır. Bu termal yüklere maruz simetrik tabakalı plaklar için kalınlık boyunca meydana gelen elasto-plastik ve artık gerilmeler hesaplanmıştır. Bütün plaklar için plastik akmayı başlatan sıcaklık aynı olup 31.61°C olarak bulunmuştur. Elde edilen elasto-plastik ve artık gerilmeler tablo ve grafikler halinde verilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Elasto-plastik gerilme analizi, Alüminyum metal- matriksli kompozit, Tabakalı plak, Termal gerilme analizi, Artık gerilme

IV ABSTRACT Metal-matrix composites have been used in many structures and commercial applications for a long time, because of their high specific stiffness and high temperature performance. Elastic-plastic and residual stresses are very important in failure analysis of metal-matrix laminated plates. Permanent deformations and residual stresses occur in laminated plates when the yield point of the laminate is exceeded. Residual stresses can be used to raise the yield points of the plates. Thermal stresses are important because of their significance in the design and failure assesment of engineering components. They may give rise to premature failure or plastic yielding in structures. Therefore, the thermal stress analysis is very important. In this study, the thermal elasto-plastic stress analysis is carried out for symmetric cross-ply (0790°)2 and angle-ply (30%30°)2, (45%45°)2, (60%60°)2 steel-fiber- reinforced aluminum metal-matrix composite laminated plates. The symmetrical laminated plates are simply supported and subjected to thermal loads varying (linearly, parabolically and sinusoidal) along the thickness. The solution is performed for satisfying thermal elastic-plastic stress-strain relations and boundary conditions for small plastic deformations. The composite plates are taken to be linear strain hardening. The Tsai-Hill Theory is used as a yield criterion. In solution, temperature is T0 at the upper and lower surfaces, respectively. In addition, it is T0 at the upper surface and - T0 at the lower surface. Elastic-plastic arid residual stresses are obtained for symmetrical laminated plates under thermal loads along the thickness of the plates. The temperature causing plastic yielding in all the laminates is found 31.61°C. Elastic-plastic and residual stress components are presented in Tables and Figures. KEY WORDS: Elasto-plastic stress analysis, Aluminum metal-matrix composite, Laminated plate, Thermal stress analysis, Residual stress