Metal ve polimer malzemelerin yapışma bağının sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve analiz edilmesi

Abstract

Sonlu elemanlar yöntemi, yapısal mühendislik problemlerinin çözümünde, karmaşık geometriye sahip yapıların gerçeğe yakın analizlerinde ve tasarım en iyileme çalışmalarında kullanılan sayısal bir yöntemdir. Havacılık, otomotiv, savunma ve inşaat sektörleri gibi birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemle, yapıların mekanik davranışları ve dayanımları öngörülebilmektedir. Bu tez çalışmasında; hafiflik, kolay kullanım, kısa üretim süreci, uzun yorulma ömrü ve titreşim sönümleme gibi avantajlar ile ön plana çıkan yapıştırma bağlantılarının sonlu elemanlar yöntemi ile analizi gerçekleştirilmiştir. Yapıştırma bağlantısı, iki farklı malzeme arasında kimyasal tutunmayı sağlayarak kalıcı bir bağlantı oluşturur. Yapışma bağlantısı ile farklı malzemeler, tek bindirmeli bağlantı veya çift bindirmeli bağlantı gibi çeşitli konstrüksiyonlara uygundur. Bu tez çalışması; yapışma bağının doğrusal ve doğrusal olmayan malzeme modellerini, adezif bağlantının sonlu elemanlar ile modellenmesini, ağdan bağımsızlık çalışmasını ve bağlantı tasarımındaki parametrelerin yük ve gerilme sonuçlarına etkisinin değerlendirmesini içermektedir. Tasarım parametreleri; malzeme elastik özellikleri, bağlantının temel ölçüleri ve yapıştırılan plakaların sınır koşulları olarak belirlenmiştir. Bu parametreler ayrı ayrı ele alınarak statik yükleme durumundaki yük ve gerilme dağılımına etkisi incelenmiştir. Ayrıca tez kapsamında, tek bindirmeli yapışma bağlantısının statik yükleme durumunu analiz eden sonlu elemanlar çözücüsü Matlab ortamında programlanmıştır. Çözücü sonuçlarının ticari çözücü olan Optistruct çözümleri ile karşılaştırmasına yer verilmiştir.

The finite element method is a numerical method used to solve structural engineering problems, realistic analysis of structures with complex geometry, and design optimization studies. It is widely used in many industries such as aerospace, automotive, defense, and civil engineering. This method can predict the mechanical behavior and strength of structures. In this thesis study, adhesive joints, which stand out with advantages such as lightness, easy use, short production process, long fatigue life, and vibration damping, were analyzed with the finite element method. The adhesive bond creates a permanent connection by providing chemical adhesion between two different parts. With adhesive connection, different materials are suitable for various constructions such as single-lap or double-lap joints. This thesis study includes linear and nonlinear material models of the adhesive bond, modeling of the adhesive bond with finite elements, mesh independence study, and evaluation of the effects of the parameters in the joint design on the load and stress results. Design parameters are material elastic properties, basic dimensions of the connection, and boundary conditions of the adhered plates were determined. These parameters were considered separately and their effects on the load and stress distribution in static loading were examined. In addition, a finite element solver that analyzes the static loading of a single lap adhesively bonded joint has been programmed in the Matlab software. A comparison of the solver results with the commercial solver Optistruct solutions is included.