Malzeme Yorulma ve Kırılmayla İlgili Anahtar Kavramlar?

Döngüsel Yükleme

Malzemeye belirli bir miktarda ve belirli yükte periyodik olarak uygulanması olarak tanımlanabilir. Buradaki yük kuvvetler, gerilmeler veya gerinimler yoluyla ifade edilebilir.

Çeşitli döngüsel yüklemeler vardır ve bu döngüler s_max ve s_min değerlerine göre sınıflandırılabilir. Malzemede Yorulma kavramı ise yüksek ve tekrarlı gerilimler ya da gerinimler altında kalan malzemede çatlak ve kırılmalara neden olabilecek, plastik deformasyon olarak tanımla bilir. Yorulma davranışıyla ilgili daha ayrıntılıyı yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.

Gerilme Yığılması

alzemeye uygulanan tekil yüklerin bulunduğu noktalardaki veya çevresindeki gerilmeler, malzemenin ortalama gerilme değerinin üstüne çıktığı zaman ve bu bölgelerde yoğunlaşma olduğu zaman meydana gelir. Tasarım süreçlerinde genellikle maksimum gerilme değeri ortalama gerilmeye oranı kullanılarak hesaplamalar yapılır. Bu orana, söz konusu süreksizlikle ilgili gerilme yığılma katsayısı ya da K faktörü denir. Oluşan gerilme yığılmasının şiddeti, çatlağın geometrisine, boyutuna ve konumuna, malzemedeki gerilmenin büyüklüğüne ve dağılımına bağlıdır.

Kırılma Tokluğu

Malzemede Kırılma tokluğu K_c, çatlak malzemenin gevrek kırılmaya gösterdiği direncin bir ölçüsü olup kritik gerilim yoğunluğu faktörü olarak tanımlanır.

Yorulma Aşamaları ve Kırılmaların Meydana Gelmesi

Yorulma mekanizması üç aşamadan meydana gelir ve çevresel çatlakların özellikleri statik gevrek kırılmadan faklıdır.

Aşama I (Çatlak Başlangıcı): Malzemede çevrimsel yüklemeler sonucunda oluşan plastik deformasyon nedeniyle bir veya birden fazla sayıda mikro çatlakların oluşma süresini temsil eder. Bu bölgeler genellikle gerilme yığılmasının olduğu yerlerde gerçekleşir.

Aşama II (Çatlak Büyümesi): Çevrimsel yüklemelerin devamında mikro çatlakların makro çatlaklara büyüyerek çatlağın istikrarlı ve hızla büyümesini temsil ettiği aşamadır.

Aşama III (Kırılma): Bu aşamada malzeme yükleri taşıyamadığı için çatlak ani ve kararsız şekilde büyüyerek kopmaya neden olur. Buradaki çatlak sünek, kırılgan ya da ikisinin birleşimi şekilde görülebilir.

Yorulma Ömrü

Malzemenin Çevrim yüklemelere maruz kaldığında ne kadar süre boyunca dayanabileceğini gösteren bu kavram yapı elemanının içinde gerilme yığılmalarının bir sonucu olarak meydana gelebilecek çatlamalar veya mukavemet kayıpları ile ilgilidir. Yorulma ömrü, genellikle mühendislik, malzeme bilimi ve yapısal analizlerde önemlidir.

Gerilme ömrü (S-N Eğrileri) ve Stres ömrü yaklaşımı (N-F Eğrileri);

1. Gerilme Ömrü (S-N) Yaklaşımı: Bir malzemenin yorulma davranışını gerilme seviyelerine dayalı olarak incelenir. Malzemenin belirli bir gerilme seviyesine ne kadar süre dayanabileceği hesaplanır. S-N eğrileri, farklı gerilme düzeylerindeki ömür tahminlerini gösteren grafiklerdir. Bu yaklaşım, mühendislerin malzeme seçimi ve tasarımında kullanılır.
2. Stres Ömrü (N-F) Yaklaşımı: Malzemenin yorulma davranışını, gerilme aralığına dayalı olarak incelenir. Malzemenin belirli bir gerilme aralığında ne kadar süre dayanabileceği hesaplanır. N-F eğrileri, farklı gerilme aralıklarındaki ömür tahminlerini gösteren grafiklerdir.

Her iki yaklaşım da malzeme yorulma davranışını tahmin etmek ve dayanıklılık analizi yapmak için kullanılır. Yorulma ömrü hesaplamalarında en yaygın olarak yüksek döngü yorgunluğu (HCF) ve düşük döngü yorgunluğu yaklaşımları (LCF) kullanılmaktadır. Bu iki döngünün karşılaştırılması aşağıda verilmiştir.

Yorulma Eğrisi

Gerilim ile yorulma ömrünün (S-N) veya gerinim ile yorulma ömrünün (ε-N) içeren grafikleri temsil etmektedir.

Ortalama Stres Düzeltmeleri

Malzeme davranışı, yükleme koşulları veya geometri gibi faktörlerin hesaplamalara etkisini dikkate alarak gerilme analizlerinin düzeltilmesini içeren grafikleri ifade eder. Bu düzeltmeler, daha hassas veya doğru sonuçlar elde etmek için yapılır. Çünkü stresin yorulma ömrüne etkisi vardır.