DİNAMİK GERİLMELERDE ÖNGÖRÜLEN ÖMÜRE GÖRE ÇELİK MAKİNE PARÇALARININ TASARIMI

Transkript

1 IV.emir Çeli onresi İNAMİ GERİLMELERE ÖNGÖRÜLEN ÖMÜRE GÖRE ÇELİ MAİNE PARÇALARININ TASARIMI Necati TAHRALI, Ufu ÖZEMİR Yıldız Teni Üniversitesi, Maina aültesi Yıldız/İstanul Tel: E-Posta: tahrali@ildiz.edu.tr Hava Harp Oulu eanlığı Yeşilurt/İstanul Tel: E-Posta: u.ozdemir@hho.edu.tr Özet- Maine Mühendisliğinde tasarım aşamasında para outlarının emnietli, üvenilirlili ve önörülen ömre öre olması mümündür. Emniet atsaısı (Safet, S>), Güvenilirli (Reliailit, G=R%), Ömür erilme evrimi (ü evrimi, ccle) eli malzemelerin sınır muavemet değerlerine öre elirleneilir. eğişen (dinami) erilmelerde alışan maine paralarının tasarımı ereleştiriliren erilme evrim adedi (ömür), süreli vea süreli alışma ölesinde isteneilir. Her ii ölede de apılaca hesaplarda S>, G% değerleri öz önünde tutulmalıdır. Muavemet sınırları ( A, A ) ama, (, ) opma erilmeleri ve teori olara sonsuz ömür veren süreli muavemet sınırları (, ) hasar denelerile üvenilirlili olara tasarım aşamasından önce elirlenmetedir. enelerden elde edilen istatisti dağılım Gauss-Laplace, Normal ağılım fonsionları olara elde edilmetedir. Bu fonsionlardan elde edilece dönüşüm talosunun ullanılması hesapların apılmasında prati olmatadır. WÖHLER diaramlarından elde edilen ömür denlemi öz önünde tutulara, paraı zorlaan erilme, emniet atsaısı ve üvenilirli muavemet sınırları ile hesaplar apılara tasarım parametreleri elirleneilir. Bu ildiride, dinami erilmelerde alışan eli malzemeli maine paralarında önörülen ömüre, emniet atsaısı ve üvenilirlili muavemet sınırlarına öre tasarım hesapları aılanacatır. Anahtar elimeler: Ömür, Emniet atsaısı, Güvenilirli, Tasarım, Çeli Malzeme.. GİRİŞ Maine paralarının değişen te erilme ile süreli zorlanması durumunda orulma hasarı ırılma medana elecetir. Bunun medana elmesine adar een erilme evrim saısına (N) vea süree Ömür ve oran olara (%) a maine parasında u ömüre erişildiği Güvenilirli (G%=) olara elirtilir. Maine parasını süreli etileen erilme enliği ( ) ve istenilen ömüre emnietli olara erişmesi iin Emniet atsaısı (S>) öz önüne alınara maine paraları tasarlanailir. Ömür değerleri, maine paralarını zorlaan erilmelerle deneere elde edileilir. Anca unun apılailmesi iin, maine paralarının laoratuarda deneneilece outlarda olması ereir. ene apılamaan üü paralar iin, anı malzemeden apılmış öleli enzer laoratuar modelleri üzerinde ömür deneleri ereleştirilir. En enel durumda ömür deneleri standart laoratuar uuları [3] üzerinde ereleştirilir (Yıldız Teni Üniversitesi Maine aültesi ve ima Metalurji aültesi nde u deneler apılmatadır). Her ii durumda elde edilen değerler üü maine paralarında şeil düzeltme fatörleri öz önüne alınara uarlanmatadır. Burada şunu önemle vurulama ereir. Maine parası tüm ömrü ounca te ir erilme enliği ile zorlanara ırılıorsa, una te değişen erilmede orulma ırılması, hasarı denilir. Eğer maine parası tüm ömürü ounca muhtelif sürelerde iririnden farlı erilme enlileri (... i ) ile zorlanma sonucunda ırılıorsa, una iriimli orulma ırılması, hasarı denilmetedir. Bu ii orulma durumunda ömür hesapları iririnden farlıdır [], [4], [6].. ÇELİ MALZEMENİN GÜVENİLİRLİLİ SINIR MUAVEMET EĞERİNİN BELİRLENMESİ [] İstatisti ağılım ve Hasar onsionları [] Standart dene uularına stati eme erilmesi uulanara opma ( ) değerleri elde edilir [3]. Bunlar Talo de österilmiştir. 53

2 IV.emir Çeli onresi TABLO. enele Elde Edilen eğerleri önüştürülmüş Güvenilirli ağılım onsionu : [N/ ] Adet i i j Ortalama opma erilmesi; i i... j j N / () n opma erilmelerinin standart sapması; i S i... j j n / N /... Büü üme iin İstatisti ağılım onsionu : i f exp (3) S Hasar ağılım onsionu : i i j () f ( ) d (4) Güvenilirli ağılım onsionu : G i f d (5) olara elde edilir. Bu fonsionları mühendislite daha prati olara ullanailme iin; Z i G ( Z ) ( Z ) f ( Z ) dz (9) hesaıla elde edilir. ların İstatisti ve Hasar ağılım onsionları rafiği Şeil.c ve Şeil.d de österilmiştir. Burada österilen diaramların öleli olara izilmesi, maine mühendisliğinde Gerilme-Hasar-Güvenilirli elirlenmesini olalaştırır. Arıca (z ) fonsionunda - ve + aralığında talolar oluşturma mümündür. İstatisti matemati itaplarında u talolar mevcuttur. Talo de verilen değerlere öre elde edilen dene sonularının değerlendirilmesile, Talo de % den %99 a üvenilirlili değerleri österilmiştir. Güvenilirli (%) TABLO. Güvenilirli eğerleri Z +,3 +,8 opma Gerilmesi [N/ ], 3S, 8S, 84S, 5S, 5S +,84 3 +,5 4 +,5 5, 5S, 5S, 84S, 8S, 3S 6 -,5 7 -,5 8 -,84 -,8 99 -,3 Z i (6) S 3. ÖNGÖRÜLEN ÖMÜRE GÖRE MAİNA PARÇALARININ TASARIMI f Z exp Z önüştürülmüş Hasar ağılım onsionu : Z Z f Z dz (7) (8) 3. Ömür (N) Parametresinin Belirlenmesi [] Maine parasının tam değişen erilmenin etisinde ortalama erilme ( o ) ve erilme enliği ( ) değerleri ( o =, = mas ) olmatadır. Laoratuvar uuğunun süreli muavemet değeri ( ) dir. Bu erilme, N 6 erilme evrimini veren değerdir. Maine parasının üzerinde u değeri veren erilme ( * ) enlem () ile ifade edileilir. 54

3 IV.emir Çeli onresi f( ) (a) ( ) i G (Güvenilirli) %= (), 5 G=,5 =,5 f(z ) (Hasar) (c) (d) = (z ) z z i G (Güvenilirli) %= (Hasar) z z i Şeil. önüştürülmüş İstatisti ve Hasar ağılım onsionları * Burada; Gerilme düzeltme fatörü : Bout fatörü : Yüze fatörü : Çenti fatörü : () iğer ir deişle, maine parası * erilmesinde alıştığı tadirde N 6 erilme evrimini sağlaacatır. WÖHLER (Gerilme-Ömür) diaramı üzerinde ömür değerinin denlemini elde etme mümün olmatadır. Wöhler diaramı üzerindei enzer üenlerden;,9,9 3 lo N lo 6 lo lo G 3 () lo N 9 6,6666 () ( ) G : % üvenilirlili opma muavemetidir. Talo 3 de österilen değer hesaplanara ulunacatır. 55

4 IV.emir Çeli onresi [N/ ].9 A B C G=R=% (G=R) E lo N N Şeil. Laoratuvar uuğunun [%] Güvenilirlili WÖHLER iaramı [] TABLO 3. Gerilme Çevrimi (Ömür) eğerleri [5] Malzeme Genel İmalat Çelileri Islah Çelileri Çeme Eğilme T T,45,3,49,5,4,7,44,7 : Tam eğişen ( = mas ) N 6 veren erilme süreli muavemet değeri [N/ ] : alalı (Titreşimli) değişen ( = mas /) N 6 veren erilme süreli muavemet değeri [N/ ] Eğer maine parası titreşimli değişen erilme ile zorlansadı; T,3,3 x,45x (3) G değeri onulara, Şeil dei Wöhler diaramından elde edilen enzer üenlerden; lo N,57 9,53 (4) G Talo 3 dei, tam değişen erilmede eğilme iin; e lo N e 9,5853 7,37 (5) G Titreşimli erilmede eğilme iin; lo N e 3. Önörülen Ömüre Göre Tasarım Parametrelerinin Belirlenmesi Şeil 3 te österilen tam değişen eme erilmesi etien silindiri ademeli ir paranın istenilen ömüre öre d apının elirlenmesinde nominal erilme enliği (AA esiti iin) enlem (8) ullanılara ulunur. Bu denlemde S em opmaa arşı emniet atsaısını ifade etmetedir. mas d 4 A mas min S em (8) Ölülen ere erilme enliği enlem (9) ullanılara hesaplanır. erce e 9,3636 8,88 (6) G ömür değerleri hesaplanır. N, erilme evrimi, ömür değeridir. Zorlaıcı uvvetin freansı (ani daiadai vea saniedei değişme saısı) verildiği tadirde işletme saati olara ömür (N h ) enlem (7) ullanılara hesaplanailir. N N h saat 6 n (7) (9) 56

5 IV.emir Çeli onresi enlem (9) dai ( ) ere değerleri hesaplarda esas alınmalıdır. A r mas d d mas A Şeil 3. ademeli Silindiri Para erce lo N 9 6,6666 () G enlem () dei tasarım parametresi d apı enlem () ullanılara elde edilir. d 8,488 G mas S em (9 lo N) () İl hesaplamada alaşı ir / değeri seilir ve sonra ontrol hesaı apılara sonulandırılır. Eğer erilmeler dalalı (titreşimli) eti ederse, ap değeri enlem () ullanılara ulunur. d G 3.3 Saısal Örne 4,736 mas Sem (,57 lo N) () Şeil 3 te şemati resmi verilen parada uvvet mas =5 [N], emniet atsaısı S em =,75, malzeme enel imalat eliği e6 (St6), denelerle ulunan değerlerden opma erilmeleri ortalaması =6 N/ opma erilmeleri standart sapması S =4 N/, işletme saati olara ömür N h =3 saat, uvvetin değişme freansı n=3 eti/daia olduğuna öre, u durumda % üvenilirli (G) iin minimum ap (d ) değerinin ulunması istenilsin. Çözüm :,8x4 6, 8 S G 6,8x4 6, 8 G,5 (aül) N=6x3x3=34 N 8,488x5 x,75 d, 4 6,8 x,5 x 9 lo,34x alalı değişen eme erilmesinin eti etmesi durumu iin minimum ap değeri; 4,736 x5 x,75 d 9, ,8 x,5 x,75 lo,34x 4.SONUÇ Bu ildiride sadece, te erilme enliğinin ( ) etili olması durumu iin orulma ömrü esas alınara tasarım parametresinin elirlenmesi aılanmıştır. Biriimli hasar (orulma) durumunda ani,,... i ii o farlı erilme enlilerinin etili olması durumunda da ömür hesaı öz önünde tutulara tasarım parametreleri elirleneilir [], [7]. Güvenilirli değerlerinin hesaında, mutlaa ırılma olmalı vea olmamalı onusuna tam aılı etirilere opma erilmesi elirlenmelidir. Hesaplarda önceden aül edilen erilme düzeltme fatörü, onstrüsion tam olara ereleştirildiğinde eniden hesaplanacatır. Bu değerin aul edilen değerden daha üü olmaması ereir. Bunu aül edilen değerden daha üü apma mümündür. Yüze işleme ve ademedei eiş radiuslarını değiştirere u ereleştirileilir. süreli muavemet değeri denelerle % üvenilirlili elirleneilir. Bu durumda ömür 57

6 IV.emir Çeli onresi denleminde erine değeri er almata ve raamlar değişmetedir. enelerde N 6 ömür değerini ereleştiren erilmelerin ortalama ve standart sapma değeri hesap edilere ( ) G elirlenecetir. 5. AYNALAR [] M.Aurt Maine Mühendisliğinde Güvenilirliğin Esasları Birsen Yaınevi, İstanul, 997. [] N.Tahralı,.imen onstrüsion Elemanlarında Güvenilirli ve Ömür Hesapları. Bası, YTÜ Yaınları, 4, İstanul. [3] TSE EN ISO 377 Meani eneler İin Numunelerin ve ene Paralarının Alınması ve Hazırlanması. [4] G.Saatci inami ırılmalarda Biriimli Hasar Meanizmalarının İncelenmesi ve GT Model 4x4 Aseri Aracın Atarma Oranlarına Uulanması, YTÜ en Bilimleri Enstitüsü Yüse Lisans Tezi,, İstanul. [5] G.Niemann, H.Winter Maseinen Elemente Band I, Spriner Verla, Berlin, Heideler, New Yor, 975. [6] M.S.Aaroğlu GT Model Aseri Aracın Atarma Elemanlarının Biriimli Hasar urumlarına Göre Ömür eğerlendirmeleri YTÜ en Bilimleri Enstitüsü Yüse Lisans Tezi,, İstanul. [7] N.E.owlin Mechanical Behaviour of Materials, Printice Hall,. Edition, 999, USA. 6. ÖZGEÇMİŞLER Necati TAHRALI, 948 ılında ona'da doğdu. 964 ılında ona Ere Lisesinden mezun olara anı ıl İstanul Teni Üniversitesi Maina aültesine irdi. 97 ılında üse mühendis ünvanı ile mezun olmuş ve İstanul evlet Mimarlı ve Mühendisli Aademisi'nde asistan olara öreve aşladı. 974'de eterli asistan, 978'de oent, 988'de de Profesör oldu , 977 ve 989 ıllarında Münih Teni Üniversitesinde misafir araştırmacı olara ulundu.983 ılında aşladığı Maina Teorisi, Sistem inamiği ve ontrol Anailim alı Başanlığı örevini asım 6 tarihine adar sürdürmüştür. asım 6 tarihinde YTÜ Maina aültesi eanlığı örevine atanmış olup, halen u örevini sürdürmetedir. Arıca, Hava Harp Oulunda da eşitli dersler vermetedir.evli ve ü ocu aasıdır. Ufu ÖZEMİR, 8 Elül 97 tarihinde İstanul'da doğdu. İl, orta ve lise öğrenimini İstanul da tamamladıtan sonra, 993 ılında İstanul Teni Üniversitesi Maina Mühendisliği ölümünden mezun oldu. 998 ılında anı üniversitede üse lisans eğitimini, 5 ılında dotorasını tamamladı. 994 ılından itiaren muvazzaf sua olara Hava Harp Oulu eanlığında örev apmata olup, Maina Elemanları, Tasarım Projesi ve CA-CAM derslerini vermetedir. İlilendiği onular CA-CAM, CNC tezahlar, taım tezahları, talaşlı imalat ve maina elemanlarıdır. 58