Asfalt betonunun yorulma ömrünün 3-boyutlu sonlu elemanlar yöntemi ile tahmin edilmesi

Abstract

ÖZET Y. Lisans Tezi ASFALT BETONUNUN YORULMA ÖMRÜNÜN 3-BOYUTLU SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE TAHMİN EDİLMESİ Fatih HATTATOĞLU Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Sinan HINISLIOĞLU Bu çalışmada genel olarak asfalt betonunun yorulma ömrünün 3 boyutlu sonlu elemanlarla tahminin yapılması araştırıldı. Bu amaç doğrultusunda kırılma mekaniği yaklaşımı kullanılarak gerilme yoğunluk faktörü (GYF) değeri sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile ANSYS programında hesaplandı. Son çatlak uzunluğunun hesaplanmasını modelleyen algoritma üç nokta eğme deneyi için ANSYS Parametrik Dizayn Dili (APDL) ile yazıldı ve çatlak bölgesinde üçgensel çeyrek nokta tekil elemanlar kullanıldı. Kırılma tokluğu ve diğer malzeme sabitleri ile çeşitli deney değerleri literatürden alınarak yorulma ömrü tahmini için Paris denklemi kullanıldı. Yorulma tahmini için önceki program algoritması geliştirildi. Çeşitli trafik yüklemeleri ve çatlak uzunlukları için yorulma ömrü tahmini yapıldı. Sonlu elemanlarla belirlenen GYF değeri analitik sonuçlarla karşılaştırıldığında %99 oranında doğru sonuçlar bulunduğu görüldü. Modelin doğruluğunun belirlenmesiyle son çatlak uzunlukları ANSYS programında tahmin edildi. Asfalt betonu numunelerin yorulma ömrünün tahmini, numunede meydana gelen son çatlak uzunluğunun hesaplanmasına dayanmaktadır. Numunenin kırılma tokluğunun belirlenmesinden sonra son çatlak uzunluğu aşağıdaki şekilde belirlendi; önce başlangıç çatlak uzunluğu adım adım artırılıp sonra kırılma tokluğunu veren çatlak uzunluğu son çatlak uzunluğu olarak belirlendi. Bu değer Paris denkleminde kullanıldı. Böylece yorulma ömrü bu algoritmayı kullanarak tahmin edildi. Asfalt betonunun yorulma ömrünün tahmininin SEY ve kırılma mekaniği yaklaşımı ile yapılabileceği görülmüştür. 2003, 91 sayfa Anahtar Kelimeler: Asfalt betonu, Gerilme Yoğunluk Faktörü, Sonlu Elemanlar Yöntemi, yorulma ömrü, kırılma mekaniği

ABSTRACT Master Thesis THE PREDICTION OF FATIGUE LIFE OF ASPHALT CONCRETE BY 3- DIMENSIONAL FINITE ELEMENT METHOD Fatih HATTATO?LU Atatürk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering Supervisor: Assist. Prof. Dr. Sinan HINISLIO?LU The purpose of this study is to investigate the prediction of fatigue life of asphalt concrete by 3-Dimensional finite element method (FEM). For this purpose, stress intensity factor (SIF) was calculated with FEM using fracture mechanics approach and ANSYS program. The algorithm modeling the calculation of the final crack length was written by ANSYS Parametric Design Language (APDL) for three point bending test and singular quarter point elements were used at crack tip. Paris equation was used for fatigue life prediction using fracture toughness and other material properties obtained from literature. For fatigue life prediction, former algorithm was improved. Fatigue life was predicted for various traffic loading conditions and initial crack lengths. When SIF obtained from FEM was compared with analytical results, it was seen that there was %99 accuracy ratios. It was understood that FEM was useful method for fracture mechanics problems. After the model was established correctly, final crack length was predicted using ANSYS. The fatigue life prediction of asphalt concrete beam specimen is based on the calculation of the final crack length occurred in the specimen. After determining the fracture toughness of the specimen, final crack length was calculated as follows; the initial crack length was increased step by step then the crack length giving the fracture toughness was determined as final crack length. This value was used in Paris equation. Thus, the fatigue life was determined by using this algorithm. It was realized that the prediction of fatigue life of asphalt concrete can be made by means of FEM and fracture mechanics approach. 2003, 91 pages Keywords: Asphalt concrete, Stress Intensity Factor, Finite Element Method, fatigue life, fracture mechanics 11