Hasarın Sebepleri. Mühendislik tasarımlarında görülen çeşitli hasar problemlerinin sebeplerini üç grupta toplamak mümkündür.

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Hasarın Sebepleri. Mühendislik tasarımlarında görülen çeşitli hasar problemlerinin sebeplerini üç grupta toplamak mümkündür."

Serkan Aldemir
5 yıl önce
İzleme sayısı:

1 HASAR ANALİZİ

2 Hasarın Sebepleri Mühendislik tasarımlarında görülen çeşitli hasar problemlerinin sebeplerini üç grupta toplamak mümkündür. Bunlar: a) Hatalı Tasarım Veya Uygun Olmayan Malzeme Seçimi: Tasarım hataları, tasarlanan parça geometrisinin karmaşıklığından dolayı hesaplanamayan gerçek gerilme değerinden yüksek gerilmelerde veya yüksek oranda gerilme yığılmalarının neden olduğu süreksizlikler nedeniyle meydana gelmektedir. Ayrıca tasarıma ve kullanım şartlarına uygun olmayan malzeme seçimi de hasara sebep olmaktadır. Aşırı yüklemeler sonucu meydana gelen statik kırılma, gevrek kırılma, yorulma hasarı buna örnektir. b) Hatalı Üretim Yöntemi: Bu hatalar, tasarlanan parçaya son şeklinin verilmesinde kullanılan talaşlı imalat, döküm, kaynak gibi üretim yöntemleri esnasında meydana gelen hasarı kapsamaktadır. Kimyasal bileşimden kaynaklanan kusurlar, döküm hataları, mekanik işlem hataları, talaşlı imalat hataları, kaynak hataları, ısıl işlem hataları, yüzey sertleştirme işlemleri hataları, yüzey hazırlama işlemleri hataları, montaj kusurları ve anizotrop yapıdan kaynaklanan hatalar üretim yöntemi hatalarına örnek verilebilir. c) Çalışma Koşullarının Orijinal Özelliklerinin Bozulup Azalması: Bu hatalar, işletme esnasında yapılan hatalardır. Yapı tasarımında öngörülen çalışma şartlarından farklı koşullarda çalışan yapının hasar görmesidir. Aşınma, korozyon, bakım veya tamir kusuru, çalışma ortamı kimyasal etkisi, radyasyon etkisi ve anormal çalışma şartları servis koşullarında malzemenin veya parçanın özelliğini yitirmesine sebep olmaktadır.

1 de kimya, maden, metalürji ve imalat endüstrilerinde karşılaşılan hasar olaylarının

3 Hasar Olaylarının Sebepleri Farklı mühendislik dallarında görülen hasarların sebepleri de birbirinden farklılık göstermektedir. Çizelge 3.1 de kimya, maden, metalürji ve imalat endüstrilerinde karşılaşılan hasar olaylarının sebepleri ve yüzdeleri verilmiştir. Çizelge 3.1: Kimya, Maden, Metalürji Ve İmalat Endüstrilerinde Karşılaşılan Hasar Olaylarının Sebepleri Ve Yüzdeleri

4 Hasar Mekanizmaları Hasar mekanizmaları birbiriyle etkileşim içindedir. Hasar analizi sırasında, hasarlı parçada birden fazla hasar mekanizmasına rastlamak mümkündür. Bu nedenle yükleme şekli, gerilme şekli çalışma sıcaklığı, çalışma ortamı ve çalışma süresi analiz sırasında önemli parametrelerdir. Hasarda kırılma şart değildir. Hasar bir sistemin veya parçanın fonksiyonunu yitirmesi demektir. Metallerde hasar en genel anlamda üç şekilde oluşur: 1. Aşırı elastik şekil değişimi neticesinde (E) örnek: bir kirişin kararlı bir şekilde aşırı sehim yapması 2. Aşırı plastik şekil değişimi neticesinde (σa). Örnek malzemeye akma dayanımın üzerinde yük uygulanması. 3. Kırılma neticesinde (K1c) örnek bir parçanın en az iki parçaya ayrılması.

Kırılma Bir malzemenin belirli bir yük altında iki veya daha fazla parçaya ayrılması kırılma olarak tanımlanmaktadır. Her malzemede kırılma karakteri farklıdır.

5 Kırılma Bir malzemenin belirli bir yük altında iki veya daha fazla parçaya ayrılması kırılma olarak tanımlanmaktadır. Her malzemede kırılma karakteri farklıdır. Uygulanan gerilmeye, sıcaklığa ve deformasyon hızına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Kırılma iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada çatlak oluşur, ikinci aşamada ise ilerler. Çatlak kritik bir uzunluğa ulaştıktan sonra kırılma meydana gelir. Kırılma büyük oranda çatlak ilerleme mekanizmasına bağlıdır. Üç farklı çatlak ilerleme mekanizması vardır. Bunlar; Mikro boşluk birleşmesiyle çatlak ilerlemesi, Ayrılma ile çatlak ilerlemesi, Taneler arası çatlak ilerlemesidir. Şekil 3.1: Metallerde görülen a) mikro boşluk birleşmeyle çatlak ilerlemesi, b) ayrılma ile çatlak ilerlemesi, c) taneler arası çatlak ilerlemesi

6 Malzemenin kırılıncaya kadar uğradığı plastik deformasyon miktarı göz önüne alındığında kırılma sünek ve gevrek olmak üzere iki gruba ayrılır. Kırılma

Kırılma Sünek kırılma bölgesinde aşırı plastik deformasyon, düşük çatlak ilerleme hızı, yüksek kırılma gerilmesi, mat kırılma yüzeyi ve lifi görünüm sünek kırılmanın karakteristik özellikleridir.

7 Kırılma Sünek kırılma bölgesinde aşırı plastik deformasyon, düşük çatlak ilerleme hızı, yüksek kırılma gerilmesi, mat kırılma yüzeyi ve lifi görünüm sünek kırılmanın karakteristik özellikleridir. Sünek kırılmanın aksine kesidin tamamı plastik şekil değiştirdikten sonra kararsız çatlak ilerlemesi oluşmuyorsa bu tip kırılma gevrek kırılma ismini almaktadır. Kırılma bölgesinde çok az veya hiç plastik deformasyon, yüksek çatlak ilerleme hızı, düşük kırılma gerilmesi, parlak ve granüler yüzey görünümü ise gevrek kırılmanın karakteristik özellikleridir.

Kusurların uygulanan gerilmeye etkisi Gerilme

büyüklüğü sadece σ0 nominal gerilmeye, yani uygulanan

Parçada var olan bu kusurlar, uygulanan gerilmenin

8 Kusurların uygulanan gerilmeye etkisi Gerilme yığılmasının oluştuğu noktadan uzakta, gerilmenin büyüklüğü sadece σ0 nominal gerilmeye, yani uygulanan yükün kendisine dik olan kesit alanına oranına eşittir. Parçada var olan bu kusurlar, uygulanan gerilmenin değerini yükselttiği için, bazen bunlara gerilme arttırıcıları da denmektedir.

9 Tasarımda dikkat edilecek hususlar 1. Klasik tasarım, malzemenin elastik bölgede hiç kırılmadan güvenle kullanılabileceğini esas alır. Oysa malzeme σak nın altındaki gerilmelerde kırılabilir. Yön değiştiren yüklerde elastik bölgede kırılır. Sürünme sırasında σak nın altında kırılır. Darbeli yükler altında σak nın altında kırılır. Çok büyük çatlak içerirse σak nın altında kırılır. 2. Klasik yöntem, malzemenin sünek - gevrek davranış sergileyeceğini dikkate almaz. Oda sıcaklığında sünek olan malzeme, düşük sıcaklıklarda gevrek davranış gösterir. Statik yüklemede sünek olan malzeme darbeli yüklemelerde gevrek davranış gösterir. Çentiksiz malzeme sünek davranış gösterirken, çentikli malzeme gevrek davranış gösterir. 3. Klasik tasarım malzeme içindeki çatlağın varlığını dikkate almaz. Sadece emniyet katsayısını büyük almak suretiyle kırılmayı önleyebileceğini kabul eder. Oysa malzemede bulunan çatlak vb kusurlar malzeme dayanımını çok etkiler.

10 Yorulma Makina elemanları genellikle dinamik zorlanmalar etkisindedir. Gerilmenin büyüklüğü zamanla değişir. Dinamik zorlanmalar sadece kuvvetin değişken olduğu durumlarda ortaya çıkmaz. Dönen millerde kuvvet sabit olsa dahi değişken zorlanmalar meydana gelir. Bu zorlanmalara maruz makina elemanları, akma dayanımlarının çok altındaki gerilmeler altında zaman içinde hasara uğrarlar. Değişken zorlanmalar altında makina elemanlarında meydana gelen bu hasar yorulma olarak adlandırılır. Yorulmada nihai hasar, malzeme içinde oluşan küçük mikro çatlakların, değişken zorlanmalar neticesinde zamanla ilerleyerek büyümesi sonucunda ortaya çıkar. Bu olay daha ziyade metalsel malzemelerde gözlenir. Makina elemanlarında yer alan çeşitli süreksizlikler (kama yuvası, fatura, vida dişi, pim deliği, segman yuvası vb. gibi) yorulma hasarını hızlandırıcı etki yaparlar

11 Yorulma Yorulma olayı üç aşamada gerçekleşir: 1. Çatlak Başlangıcı: Genellikle yüksek gerilme yığılmalarının oluştuğu bölgelerde veya kristal yapıdaki hatalı noktalardan çatlak başlar. 2. Çatlak ilerlemesi: Çatlak genellikle yüzeyden başlayıp, kayma hatları ile orta kısımlara iletilir. Ayrıca, malzeme içinde mikro çatlaklar var ise ve çatlak ucunda oluşan gerilme yığılması çatlağı ilerletebilecek seviyede ise çatlak ilerler. Uygulanan gerilme çatlağın ilerlemesi için yeterli malzeme yorulmaz. Gerilme çatlağın ilerlemesini n sağlayacak kadar büyük ise çatlak gevşek yerlerden ilerler. Böylece yıpranma yavaş yavaş tüm keside yayılır. Ayrıca büyük ve haber verici bir uzama veya büzülme görülmez. 3. Kırılma: Yıpranma nedeniyle ayrışma yeter derecede ilerledikten sonra kesidin geri kalan kısmı yükü taşıyamaz hale gelir ve malzeme aniden kopar. Yorulma olayı malzemede önemli bir plastik şekil değişimi yapmadığından ve uyarı vermeden elastik limitin altındaki gerilmelerde malzemenin ani olarak göçmesi nedeniyle tehlikelidir. Bu tip gevrek kırılma olaylarına çelik köprülerde, kötü yolda giden arabalarda, uçak kanatlar rastlanabilir.

12 Yorulma

13 Yorulma Uçak komponentleri kalkışından inişine kadar milyonlarca kez çevrimsel yüklemeye maruz kalmaktadır. Aynı şekilde, jantlar da kullanımları süresince milyonlarca kez değişken yüklemeye maruz kalır.

14 Yorulma Farklı tipte stress çevrimleri

15 Yorulmaya etki eden faktörler 1) Gerilme hali: gerilme genliği, ortalama gerilme, iki eksenli gerilme halinin varlığı, kayma gerilmeleri vb. 2) Geometri: Yorulma çatlağını başlatabilecek ve gerilme yığılmalarına neden olan süreksizlerin varlığı 3) Malzeme türü: Yorulma ömrü malzeme türüne göre büyük değişiklikler gösterebilir. 4) Artık gerilmeler: Kaynak, döküm vb. işlemler sonunda oluşan artık gerilmeler yorulma ömrünü azaltır. 5) İç kusurların boyutları ve dağılımı: Örneğin döküm sonrası oluşan boşluklar yorulma ömrünü çok azaltır. 6) Yükleme doğrultusu: İzotrop olmayan malzemeler için önemlidir. 7) Tane büyüklüğü: Pek çok metal için küçük tane büyüklüğü uzun yorulma ömrü anlamına gelir. 8) Çevre: Gaz ortamı, korozyon, erozyon vb. gibi çevre şartları yorulma ömrünü çok etkiler 9) Sıcaklık: Çok yüksek veya çok düşük sıcaklıklar yorulma ömrünü azaltır

$close-up of the fracture surface.$

16 Yorulma hasar örnekleri Fracture photographs of the failed spring. (a) Fractured spring and (b) close-up of the fracture surface.

Yorulma hasar örnekleri The photo on the

Each time the rider pushed on the pedal, a

17 Yorulma hasar örnekleri The photo on the left shows an example of a fatigue failure in a bicycle crank. The pedal attached on the right. Each time the rider pushed on the pedal, a load cycle was completed. After months or years of riding, the crank snapped.

18 Yorulma hasar örnekleri

19 Yorulma hasar örnekleri

20 Yorulma hasarı tablosu Makinelerdeki hasarların yaklaşık %80 inin yorulma kopmalarından kaynaklandığı düşünülmektedir.

21 Yorulma Ömrü

Benzer belgeler

Malzeme yavaşça artan yükler altında denendiği zaman, belirli bir sınır gerilmede dayanımı sona erip kopmaktadır.

YORULMA 1 Malzeme yavaşça artan yükler altında denendiği zaman, belirli bir sınır gerilmede dayanımı sona erip kopmaktadır. Bulunan bu gerilme değerine malzemenin statik dayanımı adı verilir. 2 Ancak aynı