Alüminyum 7068 Malzemesinin Mekanik Davranışlarının Hassas Olarak İncelenmesi ve Hasar Modelinin Araştırılması

Abstract

Yüksek mukavemet, yüksek tokluk, düşük yoğunluk ve korozyon dirençliliğinin ümit vaat eden kombinasyonu, onlarca yıldır alüminyum (Al) alaşımlarını binalardan havacılık sektörüne çeşitli uygulamalarda tercih edilen malzeme haline getirmiştir. Özellikle son zamanlarda geliştirilen malzemelerden bir tanesi olan Al 7068 alaşımı, olağanüstü mekanik ve mekanik özelliklerinden dolayı savunma sanayinde ve otomobil sanayinde kullanılmaktadır. Bu yüksek lisans tezinde, Al 7068-T651 alaşımının mekanik tepkisi ve Johnson-Cook hasar modeli araştırılmıştır. Özellikle, maksimum, minimum ve ortalama sonuçları dikkate alarak farklı uygulama alanları için farklı Johnson-Cook hasar parametreleri belirlenmiştir. Bu hasar parametreleri doğru Sonlu Elemanlar Analizi simülasyonları için kullanılabilir. Hasar parametrelerinin belirlenmesinde, hem hadde yönünde hem de hadde yönüne dik olarak çentikli ve düzgün numuneler üzerinde çekme deneyleri yapılmıştır. Çentik yarıçapı, farklı gerilim üçeksenliliği değerlerini sağlamak için pürüzsüz, 0,4 mm, 0,8 mm ve 2 mm olarak seçildi ve bu gerilim üçeksenliliği değerlerinde mekanik malzemenin tepkisi gözlemlendi. Çekme testleri, doğru sonuçları elde etmek için yedi kez tekrarlandı. Kırık numunelerin son kesit alanları optik mikroskop ile hesaplandı. Gerilim üçeksenliliği faktörünün ve hadde yönünün Al 7068-T651 alaşımının mekanik özellikleri üzerindeki etkileri başarılı bir şekilde araştırılmıştır. Tüm hasar parametreleri Levenberg-Marquardt optimizasyon yöntemi ile hesaplandı. Sonuç olarak, minimum, ortalama ve maksimum eşdeğer gerinim değerlerine dayanan üç farklı Johnson-Cook hasar parametresi hesaplanmıştır. Bu Johnson-Cook hasar parametreleri, bir hesaplama tekniği olan ve bu çeşitli mühendislik problemlerinin yaklaşık çözümünü elde etmek için kullanılan sonlu elemanlar analizinde farklı uygulamaların doğru hasar simülasyonları için kullanılabilir.

The promising combination of high strength, high toughness, low density and corrosion resistivity have made aluminium (Al) alloys the material of choice in various applications, from buildings to aerospace, for decades. Especially, Al 7068 alloy is one of the recently developed materials used mostly in defence and automobile industries due to their exceptional mechanical properties. In this master thesis, the mechanical response and Johnson-Cook damage model of Al 7068-T651 alloy was investigated. Specifically, different Johnson-Cook damage parameters were determined for different application areas considering the maximum, minimum and average results. These damage parameters can be used for accurate Finite Element Analysis simulations. To determine these damage parameters tensile tests were conducted on notched and smooth specimen son both rolling direction and perpendicular to the rolling direction. The notch radius were selected as smooth, 0.4 mm, 0.8 mm and 2 mm to provide different stress triaxiality values and observe the mechanical response at these triaxiality values. Tensile tests were repeated seven times to obtain the accurate results. The final cross-sectional areas of fractured specimens were calculated through optical microscopy. The effects of stress triaxiality factor and rolling direction on the mechanical properties of Al 7068-T651 alloy were successfully investigated. All damage parameters were calculated via Levenberg-Marquardt optimization method. Overall, three different Johnson-Cook damage parameters based on minimum, average and maximum equivalent strain values were calculated. These Johnson-Cook damage parameters can be utilized for the accurate damage simulations of different applications in Finite Element Analysis, which is a computational technique and is used to obtain approximate solution of several engineering problems.