TY  - JOUR
T1  - Fonksiyonel Olarak Kademelendirilmiş Modüllü Yapıştırıcı Bağlantıların Isıl Gerilme Analizi
TT  - Thermal Stress Analysis of Functionally Graded Modulus Adhesive Joints
AU  - Demirbaş, Munise Didem
AU  - Apalak, Mustafa Kemal
PY  - 2018
DA  - June
DO  - 10.2339/politeknik.389620
JF  - Politeknik Dergisi
PB  - Gazi Üniversitesi
WT  - DergiPark
SN  - 2147-9429
SP  - 445
EP  - 456
VL  - 21
IS  - 2
LA  - tr
AB  - Bu çalışma, farklıkompozisyonel gradyant üs değerleri için düzlem içi ısı akısı altındayapıştırıcı katmanının fonksiyonel olarak kademelendirildiği, birboyutlu-fonksiyonel kademelendirilmiş içi boş dairesel plakaların (FKDP) termalartık gerilme analizini incelemektedir. İçi boşaltılmış dairesel plakalarınmalzeme özellikleri, güç yasası dağılımına göre değişmektedir. Kutupsalkoordinatlardaki Isı transferi ve Elastisite denklemlerinden oluşan tek boyutlutermo-elastik model sonlu-farklar yöntemi ile ayrıştırılarak oluşturulandenklem setleri tekil değer ayrışımı yöntemi kullanılarak çözülmüştür.Yapıştırıcı katmanının elastisite modülü 2000 MPa ve 6500 MPa’ a ve 6500 MPa’dan 2000 MPa’ a değişmektedir ve bu katmanın kademelendirilmesi üç farklıkompozisyonel gradyant üs değeri için yapılmıştır. Yapıştırıcı bölgesi ve heriki dairesel levha radyal yönde düzlem boyunca kademelendirilmiş ve her ikidairesel levhanın kompozisyonel gradyant üs değeri m=1.0 olarak göz önüne alınmışve yapıştırıcı katmanındaki kademelendirilmenin sonuçlarının tespiti için budeğer sabit tutulmuştur. Bu çalışma ile yapıştırıcı ile birleştirilmiş plakalarda eşdeğer gerilmedağılımlarının önemli ölçüde etkilendiği gösterilmiştir. Isıl sınır şartınabağlı olarak yapıştırıcı katmanın düşük elastisite modülünden yüksek elastisitemodülüne doğru kademelendirilmesi (2000→6500 MPa) durumunda diğer duruma göreeşdeğer gerilme seviyelerinin %25 azaldığı vurgulanmıştır. Kompozisyonelgradyant üst değerinin n=0.1’ den n=1.0 doğru artması ile maksimumseviyelerdeki eşdeğer gerilme tesir alanının daraldığı ifade edilmiştir. Çalışmanın sonuçlarına göre fonksiyonel kademelendirilmiş dairesel plakabağlantılarında optimum özelliklere ve performansa sahip yapıştırıcı katmanınınkompozisyonel gradyant üst değeri n=1.0 olarak belirlenmiştir. Ayrıcayapıştırıcı katmanındaki ve bağlantı ara yüzeyindeki ısıl gerilmenin minimumaindirgenebilmesi için yapıştırıcı katmanının kademelendirilmesinin gerekliliğivurgulanmıştır.
KW  - Fonksiyonel kademelendirilmiş modüllü yapıştırıcı
KW  - sonlu farklar yöntemi
KW  - fonksiyonel kademelendirilmiş dairesel plakalar
KW  - ısıl gerilme analizi
N2  - This study examines the thermal residual stressanalysis of one-dimensional functionally graded clamped hollow circular plates(FGCP) that are functionally graded on the adhesive layer under in-plane heatflux for different compositional gradient exponents. The material properties ofthe hollow circular plates were assumed in-plane according to a power-lawdistribution. The volume fraction of the constituent varies in the plane, notin the plate thickness direction. The transient heat condition and Navier’sequations in polar coordinates describing the one-dimensional thermo-elasticmodel were discretized using finite-difference method, and the set of linearequations were solved using the pseudo singular-value method. The elasticitymodulus in adhesive layers varied from 2000 MPa to 6500 MPa and from 6500 MPato 2000 MPa, and the grading of this layer was performed for three differentcompositional grading exponents. The adhesive region and both circular platesare grading along the plane in the radial direction and the compositionalgradient exponent of both circular plates is taken as m = 1.0 and this value isheld constant for the determination of the results of the grading in theadhesive layer.  This study has shown that equivalent stressdistributions are significantly influenced by adhesively bonded plates. It hasbeen emphasized that depending on the thermal boundary condition, when theadhesive layer is graded from a low modulus of elasticity to a high modulus ofelasticity (2000 → 6500 MPa), the equivalent stress level of the adhesive layeris reduced by 25% compared to the other case. It has been stated that the fieldof influence of the equivalent stress in the maximum levels shrinks byincreasing the increase of the compositional gradient exponent n = 0.1 to n =1.0.According to the results of the study, thecompositional grading upper limit of the adhesive layer with optimum propertiesand performance in functional graded circular plate joints was set to n = 1.0.It also emphasizes the necessity of grading the adhesive layer so that thethermal stress in the adhesive layer and the interface of the connection can bereduced to a minimum.
CR  - [1]. Koizumi, M., “FGM activities in Japan”. Composites Part B: Engineering, 28(1-2): 1-4, (1997).
CR  - [2]. Suresh, S., and Mortensen, A., “Fundamentals of Functionally Graded Materials”, The Institute of Materials, London, (1998).
CR  - [3]. Suresh, S., Olsson, M., Giannakopoulos, A.E., Padture, N.P. and Jitcharoen, J., “Engineering the resistance to sliding-contact damage through controlled gradients in elastic properties at contact surfaces”, Acta Materialia, 47(14): 3915-3926, ( 1999).
CR  - [4]. Anonim,2009. http://FGMdb.nal.go.jp/e_whatsFGM.html.
CR  - [5]. Kakac, S., Pramuanjaroenkij, A., and Zhou, X. Y., “A review of numerical modeling of solid oxide fuel cells”, International Journal of Hydrogen Energy, 32(7): 761-786, (2007).
CR  - [6]. Ruys, A., Popov, E., Sun, D., Russell, J., and Murray, C., “Functionally graded electrical/thermal ceramic systems”, Journal of the European Ceramic Society, 21(10- 11): 2025-2029, (2001).
CR  - [7]. Koizumi, M. and Niino, M., “Overview of FGM research in Japan”, MRS Bulletin, 20(1): 19-21, (1995).
CR  - [8]. Natali, M., Romanato, F., Napolitani, E., Salvador, D.D. and Drigo, A.V., “Lattice curvature generation in graded In_xGa_{1-x}As/GaAs buffer layers”, Physical Review B, 62(16): 11054-11062, (2000).
CR  - [9]. Noda, N., “Thermal stresses in functionally graded plates”, International Journal of Thermal Stresses, 22(4-5): 477-512, (1999).
CR  - [10]. Shabana, Y.M. and Noda, N., “Thermo-elastic-plastic stresses in functionally graded materials subjected to thermal loading taking residual stresses of the fabrication process into consideration”, Composites Part B: Engineering, 32(2): 111-121, (2001).
CR  - [11]. Praveen, G.N. and Reddy, J.N., “Nonlinear transient thermoelastic analysis of functionally graded ceramic-metal plates”, International Journal of Solids and Structures, 35(33): 4457-4476, (1998).
CR  - [12]. Şen, F., Üçkardaş, A., “Dönen ve sıcaklık etkisindeki termoplastik matrisli kompozit diskteki ısıl gerilmeler”, Politeknik Dergisi, 16(3): 97-104, (2013).
CR  - [13]. Altınok, M., “Ahşap tutkallı birleşmelerde yapışma performansına sıcaklık artışının etkileri”, Politeknik Dergisi, 5(4): 341-345, (2002).
CR  - [14]. Atar, M., “PVAc tutkalında viskozite değişiminin baz ağaç malzemelerde yapışma direncine etkileri”, Politeknik Dergisi, 10(1): 85-91, (2007).
CR  - [15]. Efe, H., Deniz, E., Kasal, A. and Kuşkun, T., “Ahşap ve plastik kavelalı kutu mobilya köşe birleştirmelerinin moment kapasitelerinin karşılaştırılması”, Politeknik Dergisi, 15(3): 151-159, (2012).
CR  - [16]. Çağatay, K., Efe, H., Kasal, A. and Kuşkun, T., “T-tipi mobilya birleştirmelerinde ağaç türü ve birleştirme yönteminin moment taşıma kapasitesi ve elastikiyet üzerindeki etkileri”, Politeknik Dergisi, 15(3): 161-169, (2012).
CR  - [17]. Söğütlü, C., “Ceviz ve armut odunlarında yapışma direncinin belirlenmesi”, Politeknik Dergisi, 19(4): 513-518, (2016).
CR  - [18]. Altun, S. and Esmer, M., “Isıl işlemin bazı ağaç malzemelerde yüzey pürüzlülüğü ve vernik yapışma direncine etkisi”, Politeknik Dergisi, 20(1): 231-239, (2017).
CR  - [19]. Ozer, K., “Alüminyum-bakır boruların yapıştırma yöntemi ile birleştirilmesi”, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 1: 121, (2008).
CR  - [20]. İscan, B., Adin, H. And Turgut A., “Bazı yapısal yapıştırıcıların mekanik özelliklerinin belirlenmesi”, Fırat Üniv. Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(2):  119-126, (2012).
CR  - [21]. Apalak, M.K. and Demirbaş, M.D., “Thermal residual stresses in adhesively bonded ın-plane functionally graded clamped plates subjected to an edge heat flux”, Journal of Adhesion Science And Technology, 25(15): 1861-1908, (2012).
CR  - [22]. Apalak, M.K. and Demirbas, M.D., “Thermal residual stresses in adhesively bonded in-plane functionally graded clamped circular hollow plate”, Journal of Adhesion Science and Technology, 27(14): 1590-1623, (2013).
CR  - [23]. Apalak M.K. and Demirbaş M.D., “In-plane thermal residual stresses ın adhesively bonded functionally graded plates”, The sixteenth European Conference for Composite Materials (ECCM16), Seville, Spain, 1-10, (2014).
CR  - [24]. Editorial, “Special ıssue on functionally graded adhesively bonded systems”, International Journal of Adhesion and Adhesives, 76: 1-2, (2017).
CR  - [25]. Durodola, J.F., “Functionally graded adhesive joints - A review and prospects”, International Journal of Adhesion and Adhesives, 76: 83-89, (2017).
CR  - [26]. Stapleton, S.E., Anthony M.W. and Arnold, S.M., “Functionally graded adhesives for composite joints”, International Journal of Adhesion & Adhesives, 35: 36-49, (2012).
CR  - [27]. Carbas, R.J.C., Da Silva, L.F.M., Madureira, M.L. and Critchlow, G.W., “Modelling of functionally graded adhesive joints”, The Journal of Adhesion, 90: 698-716, (2014).
CR  - [28]. Carbas, R.J.C., Da Silva, L.F.M. and Critchlow, G.W., “Adhesively bonded functionally graded joints by induction heating”, International Journal of Adhesion & Adhesives, 48: 110-118, (2014).
CR  - [29]. Spaggiari, A. and Dragoni, E., “Regularization of torsional stresses in tubular lap bonded joints by means of functionally graded adhesives”, International Journal of Adhesion & Adhesives, 53: 23-28, (2014).
CR  - [30]. Kumar S., “Analysis of tubular adhesive joints with a functionally modulus graded bondline subjected to axial loads”, International Journal of Adhesion & Adhesives, 29: 785-795, (2009).
CR  - [31]. Stein, N., Weißgraeber, P. and Becker, W., “Stress solution for functionally graded adhesive joints”, International Journal of Solids and Structures, 97-98: 300-311, (2016).
CR  - [32]. Stein, N., Felger, J. and Becker, W., “Analytical models for functionally graded adhesive single lap joints: A comparative study”, International Journal of Adhesion and Adhesives, 76: 70-82, (2017).
CR  - [33]. Stein, N., Rosendahl, P.L. and Becker, W., “Homogenization of mechanical and thermal stresses in functionally graded adhesive joints”, Composites Part B, 111: 279-293, (2017).
CR  - [34]. Guin, W.E. and Wang, J., “Theoretical model of adhesively bonded single lap joints  with functionally graded adherends”, Engineering Structures, 124: 316-332, (2016).
CR  - [35]. Okkalıoğlu, M., Pekbey, Y. and Aktaş, A., “Yapıştırıcı ile birleştirilmiş L tipi kompozit köşe bağlantılarında çekme dayanımının artırılması”,  Mühendis ve Makina, 55(649): 50-57, (2014).
CR  - [36]. Akpınar, S. and AYDIN, M.D., “Yapıştırıcıyla birleştirilmiş T-bağlantı tipinin iki ve üç boyutlu gerilme analizi”, EÜFBED - Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(2): 229-214, (2012).
CR  - [37]. Turan K., “Kompozit malzemelerde yapışma bağlantılarının mukavemeti üzerine yama fiber takviye açısı etkisi”, Dicle Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 7(1): 129-138, (2016).
CR  - [38]. Alyanak, İ. and Şen, F., “Paralel çift pim uygulanmış ve yapıştırılmış karma bağlantılı kompozit plakaların çekme yükü altında gerilme analizi”, Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2: 11-23, (2015).
CR  - [39]. Tomota, Y., Kuroki, K., Mori, T. and Tamura T., “Tensile deformation of two–ductile–phase alloys: flow curves of α → γ Fe–Cr–Ni alloys”, Mater. Sci. Eng., 24: 85-94, (1976).
CR  - [40].  Cho J.R. and Ha D.Y., “Averaging and finite-element discretization approaches in the numerical analysis of functionally graded materials”, Mater. Sci. Eng. A., 302: 187-196, (2001).
CR  - [41]. Wakashima, K. and Tsukamoto, H., “Mean-field micromechanics model and its application to the analysis of thermomechanical behavior of composite material”, Mater. Sci. Eng. A, 146: 291-316, (1991).
CR  - [42]. Levin, V.M., “On the coefficients of thermal expansion of heterogeneous material”, Mech. Solids., 2: 88-94, (1967).
CR  - [43]. Materials Information Resource MatWeb [Online]. Available: http://www.matweb.com.
CR  - [44]. MATLAB. Mathematical software, version 2009a, TheMathWorks.Available: http://www.mathworks.com.
UR  - https://doi.org/10.2339/politeknik.389620
L1  - https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/418271
ER  -