Cracking behavior of functionally graded material (FGM) coatings subjected to thermal shock

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği A.B.D., Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: MUHAMMED AYBARS YALÇIN

Danışman: Mehmet Nurullah Balci

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez çalışmasının amacı fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM) kaplamaların termal şok koşulları altında çatlama davranışını araştırmaktır. Bu kaplamalar, sıcaklığa dayanıklı tasarımlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu araştırmada, gerilim yoğunluk faktörleri (GYF) ve gerinim enerjisi salınım hızı gibi kırılma mekaniği parametreleri kullanılmıştır. ANSYS (2016) ticari programı kullanılarak kırılma mekaniği parametrelerini hesaplamak için sonlu elemanlar yöntemine dayalı sayısal bir çözüm şeması oluşturulmuştur. İncelenmekte olan problem, doğrudan GYFleri ve enerji salınım hızını veren gömülü özelliklere sahip olan bu programda modellenmiştir. Öte yandan, gerilim yoğunluk faktörleri ve enerji salınım hızı, yer değiştirme korelasyon tekniği (YKT) kullanılarak çatlak ucu yer değiştirmelerinden de hesaplanabilir. Bu iki yöntem doğrulama amacı ile karşılaştırılmıştır. FDM'deki derecelendirme mertebesinin bir kuvvet fonksiyonu formunda olduğu varsayılmıştır. Bu kuvvet fonksiyonundaki üstel değişkenin (karıştırma sabiti) çatlak davranışına etkisi araştırılmıştır. Ayrıca malzeme özellikleri sıcaklığa bağlı olacak şekilde modellenmiştir. Bu modelleme, zamana bağlı termal analizlerde daha doğru bir çözüme olanak sağlamaktadır. Kaplama boyunca fonksiyonel derecelendirme ve sıcaklığa bağımlılık eklenince oluşan karmaşık malzeme modeli üzerinde çatlama karakteristikleri araştırılmıştır. Çatlak uzunluğu, kaplama kalınlığı, dereceli karışım sabitleri, şok süresi, şok tipi (sıcak ve soğuk), malzeme özelliklerinin termal bağımlılığı ve ortam film katsayısı değiştirilerek detaylı parametrik analizler yapılmıştır. Bu tez, bu parametrelerin çatlak davranışı üzerindeki etkilerini sunmaktadır. Sonuçlar, çeşitli ısıl ve mekanik yüklere maruz kalacak kaplama tasarımları üzerine çalışan malzeme ve tasarım mühendisleri için kullanışlı olabilecektir.