Investigation of fracture behaviour of one-dimensional functionally graded plates by using peridynamic theory

Abstract

Kompozit malzemeler, sahip oldukları hafiflik ve yüksek dayanım gibi arzu edilir özelliklerinden dolayı havacılık ve uzay, askeri ve nükleer gibi mühendislik alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı malzemeler arasındaki ara yüzeylerdeki malzeme özelliklerinden kaynaklanan uyuşmazlıklar gerilme yığılmalarına neden olabilmektedir. Bu nedenle, çatlak oluşumu ve tabakalar arası ayrılmalar gözlemlenebilmektedir. Fonksiyonel kademelendirilmiş malzeme (FKM) kavramında, bir veya birkaç koordinat yönünde değişen bir elde etmeyi amaçlamaktadır. Bu sürekli değişim, Fonksiyonel Kademelendirilmiş (FK) yapısının mekanik ve termal özellikleri için elde edilmektedir. Bu durum, farklı malzemeler arasındaki ara yüzlerde meydana gelebilecek gerilme yığılmalarının azaltılmasını sağlayabilmektedir. FKM üstün özellikleri sayesine, savunma sanayii ve havacılık sektörünün en önemli yapılarının biridir. Fonksiyonel Kademelendirilmiş (FK) yapıların güvenli bir şekilde tasarlanabilmesi için farklı yüklemeler altında malzemede meydana gelebilecek olası hasarların anlaşılması ve araştırılması bu yapıların güvenilirliğinin artırılması için son derece önem taşımaktadır. FK yapıların gerilme ve kırılma analizlerini yapısal test ve analiz teknikleriyle gerçekleştirmek maliyetli olduğundan, bu yapıların davranışlarını tahmin etmek için gelişmiş ve güvenilir sayısal çözümleme tekniklerine ihtiyaç duyulmaktadır. FKM içerisinde, malzeme özelliklerinin simetrik olarak dağılım sergilememesi, FKM'de oluşan kırılma ve hasarların sayısal olarak incelenmesini oldukça zorlaştırmaktadır. PeriDinamik (PD) teorisinde, Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniği (KSOM) hareket denklemleri, denklemlerin yapısında bulunan türevler ifadelerinin yerine hacimsel integraller kullanılarak tekrar formüle edilmiştir. Dolayısıyla, PD hareket denklemleri, KSOM hareket denklemlerinin aksine çatlak ucu gibi süreksizliklerin olduğu durumlarda geçerliliğini korumaktadır. Bu çalışma kapsamında, bir yönlü FK yapılarda kullanılan malzeme dağılımlarının, FK plaka hasarlarının oluşumuna ve ilerlemesine nasıl etki ettiği PD teorisi kullanılarak incelenmiştir. Analizler neticesinde, malzeme dağılımlarının plakanın kırılma davranışları üzerinde önemli bir etkisi olduğu ve bu dağılımların kontrol edilmesiyle birlikte plakanın dayanımının artırılabileceği gözlemlenmiştir.