Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilmiş mikro kafes yapıların sonlu elemanlar ile modellenmesi

Abstract

Hücresel malzemeler yüksek mukavemet/ağırlık oranı, özgün termal özellikler, darbe ve titreşim sönümleyebilme gibi birçok özelliğe sahiptirler. Bu sebeple havacılık, uzay, otomotiv, taşımacılık ve sağlık gibi birçok sektörde giderek daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. Bu tez çalışması ile kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik davranışlarının araştırılması ve mikro kafes yapıların geometrik kusurlarını içeren sonlu elemanlar modellerinin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Kaplamalı mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesinde basma testleri ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. Kaplama kalınlığı, kaplama-tel yapışma arayüzü ve hücre boyutu etkileri sayısal olarak parametrik bir şekilde incelenmiştir. Kaplama kalınlığının ve hücre boyutunun mikro kafes yapıların mukavemet ve elastisite modülü değerlerine ciddi oranda etki ettiği görülmüştür. Bunun yanında kaplamalı mikro kafes yapıların mekanik özelliklerini kontrol eden önemli bir parametrenin de kaplamanın hasar davranışı olduğu görülmüştür. Ayrıca mikro teller taramalı elektron mikroskobu ile ölçülerek mikro teldeki geometrik kusurlar ve yüzeye yapışmış ergimemiş veya yarı ergimiş tozların modellemesi gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, tel üzerinde bulunan tozların maksimum birim şekil değişimine, geometrik kusurların ise mukavemet değerine etki ettiği görülmüştür. Sonlu elemanlar yönteminin uygulanması için gerekli olan mekanik özellikler, tersine sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak, nano-indentasyon testlerinden elde edilmiştir. Tersine sonlu elemanlar yöntemi için tez kapsamında özgün olarak geliştirilen optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır.

Cellular materials have many properties such as high strength/weight ratio, specific thermal properties, shock and vibration damping. For this reason, they are increasingly used in many industries such as aerospace, automotive, transportation and medicine. The aim of this thesis is to investigate the mechanical behavior of coated micro lattice structures and to develop finite element models including geometric defects of micro lattice structures. Mechanical properties of coated micro lattice structures were examined by compression tests and finite element method. Coating thickness, coating-strut adhesion interface and cell size effects were investigated numerically in a parametric manner. It was found that coating thickness and cell size had a significant effect on the strength and elasticity modulus values of the micro lattice structures. In addition, an important parameter that controls the mechanical properties of coated micro-lattice structures was found to be the damage behavior of the coating. Furthermore, micro struts were measured by scanning electron microscope to model geometric defects and unmelted or semi-molten powders adhered to the surface. As a result of the studies, it was seen that the unmelted powders on the struts affect maximum strain and geometric defects affect the strength value. The mechanical properties required for the application of the finite element method were obtained from nano-indentation tests using the inverse finite element method. In the context of the thesis, optimization methods, which were originally developed, were used for the inverse finite element method.