Alüminyum ve magnezyum alaşım levha kompozitlerinin çekme, darbe ve çatlak analizlerinin sonlu elemanlar simülasyonu

Abstract

Magnezyum alaşımları hafif olmaları ve özgül dayanımlarının yüksek olmaları sebebi ile enerji tasarrufu ve çevreci bir gelecek için önem teşkil etmektedirler. Bu nedenle otomotiv, uzay ve diğer birçok sektörün ilgisini çekmektedirler. Fakat magnezyumun kristal yapısından dolayı (hegzagonal sıkı paket) şekillendirilme zorluğu oluşmaktadır. Dolayısıyla sanayide kullanılabilmesi için hem mekanik hem de şekillendirilebilirlik özelliklerinin belirli bir düzeye çıkarılması gerekmektedir. Magnezyum alaşımlarını sanayi uygulamalarına adapte edebilmenin yollarından biri de halihazırda sanayide kullanılan alüminyum alaşımları ile birlikte bir kompozit oluşturmaktır. Bu çalışmanın amacı, Alüminyum/Magnezyum/Alüminyum sandviç yapısına sahip kompozit levhanın çekme, darbe ve çatlak analizlerinin bilgisayar programı yardımı (ANSYS) sayesinde sonlu elemanlar metodu ile yapılması, literatürde yayınlanmış olan deneysel çekme ve darbe verileri ile simülasyon verilerinin karşılaştırılmasıdır. Al/Mg/Al sandviç yapısına sahip kompozit, esnemez hadde milleri ve diğer deney koşulları Ansys yardımı ile bilgisayar ortamında modellenmiştir. Deney koşullarının da bilgisayar ortamında modellenebilmesi için iki yol izlenmiştir: Birincisi kompozit haddeye ortam sıcaklığında yani soğuk olarak verilmiştir. İkinci olarak kompozit sıcak olarak haddelenmiştir. Sıcak ve soğuk olarak ayrı haddelenen kompozitlere birbirinden bağımsız olarak çekme ve darbe testleri yapılmıştır. Çatlak analizi için ise sıcak olarak haddelenmiş kompozitin darbe testi çeşitli çatlak profilleri ile tekrarlanmıştır. Elde edilen tüm veriler Sonuçlar bölümünde sunulup deneysel verilere yakınlıkları son bölümde tartışılmıştır.Ayrıca somut bir örnek olarak simülasyon ortamında kompozitten oluşturulmuş muharebe kaskına tabanca ile ateş edilmesi sonucu oluşan etkiler modellenip simüle edilmiş, sonuçlar diğer malzemelerin simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır.Simülasyonlarda 400℃'de sıcak olarak haddelenen kompozitin çekme eğrisi deneysel çekme eğrisine yakın olarak bulunmuştur. Sıcak haddelenmiş kompozit düşünüldüğünde çatlaksız darbe verilerinin deneysel darbe verilerine uzak olduğu görülmüştür. Sıcak haddelenmiş kompozitte bazı çatlak profil verilerinin deneysel verilere yaklaştığı görülmüştür. Bundan dolayı deneysel olarak üretilmiş kompozitin darbe numunelerinde şekillendirme sırasında çatlak oluştuğu sonucuna varılabilir. Ayrıca kompozitten oluşturulmuş muharebe kaskının tabanca mermisine karşı sağladığı balistik korumanın magnezyuma göre daha fazla olduğu sonucuna varılabilir.

Due to their lightweight properties and high specific strengths, magnesium alloys have importance for energy saving and ecoist future. For this reason, they attract automotive, space and many other sectors' attention. But there is a forming difficulty resulting from magnesium's crystal structure (hexagonal close packed). Therefore mechanical and forming properties need to be improved to a certain level. One of the adaptation options for magnesium alloys to industrial applications is to generate a composite by using them with aluminum alloys that are already in use in industry. The purpose of this study is to perform tensile, impact and crack analyses of the aluminum/magnesium/aluminum sandwich structured composite plate by the help of computer program (ANSYS) with finite element method, and to compare the simulation outputs with experimental outputs that had been printed on literature.By the help of Ansys, Al/Mg/Al sandwich structured composite, rigid roller mills and other experimental conditions were modelled at computer environment. Two ways were followed for experimental conditions to be modelled at computer environment: Firstly, composite was given to roller mills at room temperature namely cold. Secondly, composite was rolled as hot. Tensile and impact tests were performed separately from each other on composites that had been rolled as cold and hot individually. For the crack analysis, impact tests were repeated but with various crack profiles. All the datas obtained were represented at Results section and their relationship with experimental datas were discussed at final section.Furthermore as a concrete example the effects developed after a pistol shot to a combat helmet made of composite were modelled and simulated, results were compared with the other materials' simulation results.The tensile curve derived from the composite rolled at 400℃ was found close to experimental tensile curve. When the hot rolled composite is considered, impact datas free of cracks were observed far from experimental impact datas. Some crack profiles' datas for hot rolled composite was observed close to experimental datas. For this reason, it can be concluded that cracks formed during rolling at experimentally produced impact samples. Apart from that, it can also be concluded that ballistic protection of combat helmet made of composite against pistol shot is more than magnesium.