MODELLING OF THE STRESSES AROUND A CRACK EXPOSED TO INDUCTION HEATING



Benzer belgeler
TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

ÇOKLU REGRESYON MODELİ, ANOVA TABLOSU, MATRİSLERLE REGRESYON ÇÖZÜMLEMESİ,REGRES-YON KATSAYILARININ YORUMU

5.3. Tekne Yüzeylerinin Matematiksel Temsili

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 8

Korelasyon ve Regresyon

ORTOTROPİK ZİNCİR YAN PLAKALARINDA GERİLME YIĞILMASI KATSAYILARININ HESAPLANMASI

ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ

Doğrusal Korelasyon ve Regresyon

Calculating the Index of Refraction of Air

MAK 311 ISI GEÇİŞİ YARIYIL SONU SINAVI

PARÇALI DOĞRUSAL REGRESYON

Sürekli Olasılık Dağılım (Birikimli- Kümülatif)Fonksiyonu. Yrd. Doç. Dr. Tijen ÖVER ÖZÇELİK

Deney No: 2. Sıvı Seviye Kontrol Deneyi. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Dijital Kontrol Laboratuvar Deney Föyü Deneyin Amacı

dir. Bir başka deyişle bir olayın olasılığı, uygun sonuçların sayısının örnek uzaydaki tüm sonuçların sayısına oranıdır.

4.5. SOĞUTMA KULELERİNİN BOYUTLANDIRILMASI İÇİN BİR ANALIZ

ENERJİ. Isı Enerjisi. Genel Enerji Denklemi. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi 2007

ELM201 ELEKTRONİK-I DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

FLYBACK DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI VE ANALİZİ

16. Dörtgen plak eleman

Soğutucu Akışkan Karışımlarının Kullanıldığı Soğutma Sistemlerinin Termoekonomik Optimizasyonu

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi DÜZ DİŞLİ ÇARKLARIN SONLU ELEMANLAR METODU İLE MODELLENMESİ

ENDÜSTRİNİN DEĞİŞİK İŞ KOLLARINDA İHTİYAÇ DUYULAN ELEMANLARIN YÜKSEK TEKNİK EĞİTİM MEZUNLARINDAN SAĞLANMASINDAKİ BEKLENTİLERİN SINANMASI

ĐDEAL BĐR DC/DC BUCK DÖNÜŞTÜRÜCÜNÜN GENELLEŞTĐRĐLMĐŞ DURUM UZAY ORTALAMA METODU ĐLE MODELLENMESĐ

UYUM ĐYĐLĐĞĐ TESTĐ. 2 -n olup. nin dağılımı χ dir ve sd = (k-1-p) dir. Burada k = sınıf sayısı, p = tahmin edilen parametre sayısıdır.

AĞIR BİR NAKLİYE UÇAĞINA AİT BİR YAPISAL BİLEŞENİN TASARIMI VE ANALİZİ

PÜRÜZLÜ AÇIK KANAL AKIMLARINDA DEBİ HESABI İÇİN ENTROPY YÖNTEMİNİN KULLANILMASI

Üç Boyutlu Yapı-Zemin Etkileşimi Problemlerinin Kuadratik Sonlu Elemanlar ve Sonsuz Elemanlar Kullanılarak Çözümü

ENDÜSTRİYEL BİR ATIK SUYUN BİYOLOJİK ARITIMI VE ARITIM KİNETİĞİNİN İNCELENMESİ

Sistemde kullanılan baralar, klasik anlamda üç ana grupta toplanabilir :

TÜRKİYE DEKİ 380 kv LUK 14 BARALI GÜÇ SİSTEMİNDE EKONOMİK YÜKLENME ANALİZİ

MALZEMELERİN MEKANİK DAVRANIŞLARI. Turgut GÜLMEZ

MECHANICS OF MATERIALS

( ) 3.1 Özet ve Motivasyon. v = G v v Operasyonel Amplifikatör (Op-Amp) Deneyin Amacı. deney 3

İÇME SUYU ŞEBEKELERİNİN GÜVENİLİRLİĞİ

TEMEL DEVRE KAVRAMLARI VE KANUNLARI

Deprem Tepkisinin Sayısal Metotlar ile Değerlendirilmesi (Newmark-Beta Metodu) Deprem Mühendisliğine Giriş Dersi Doç. Dr.

HAFTA 13. kadın profesörlerin ortalama maaşı E( Y D 1) erkek profesörlerin ortalama maaşı. Kestirim denklemi D : t :

TRİSTÖR VE TRİYAK HARMONİKLERİNİN 3 BOYUTLU GÖSTERİMİ VE TOPLAM HARMONİK BOZUNUMA EĞRİ UYDURMA

kadar ( i. kaynağın gölge fiyatı kadar) olmalıdır.

VEKTÖRLER VE VEKTÖREL IŞLEMLER

Bulanık Mantık ile Hesaplanan Geoid Yüksekliğine Nokta Yüksekliklerinin Etkisi

ASİMETRİK BİR DİELEKTRİK DİLİM DALGA KILAVUZUNUN ETKİN KIRILMA İNDİSİNİN TEORİK OLARAK HESAPLANMASI

KAPASİTANS VE ENDÜKTANS EBE-215, Ö.F.BAY 1

DİNAMİK ANALİZ PROBLEMLERİ İÇİN YENİ BİR ADIM ADIM SAYISAL ÇÖZÜMLEME YÖNTEMİ

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

ALTERNATİF AKIM DEVRE YÖNTEM VE TEOREMLER İLE ÇÖZÜMÜ

ITAP Fizik Olimpiyat Okulu

ANADOLU ÜNivERSiTESi BiliM VE TEKNOLOJi DERGiSi ANADOLU UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY CiltNol.:2 - Sayı/No: 2 : (2001)

UZAY ÇERÇEVE SİSTEMLERİN ELASTİK-PLASTİK ANALİZİ İÇİN BİR YÖNTEM

PARABOLİK YOĞUNLUK FONKSİYONUNU KULLANARAK SEDİMANTER TEMEL DERİNLİKLERİNİN KESTİRİMİ

UYDU ISIL KONTROL SİSTEMİNDE IŞINIM İLE ISI TRANSFERİNDE MONTE CARLO YÖNTEMİ

BÖLÜM 5 İKİ VEYA DAHA YÜKSEK BOYUTLU RASGELE DEĞİŞKENLER İki Boyutlu Rasgele Değişkenler

YAYILI YÜK İLE YÜKLENMİŞ YAPI KİRİŞLERİNDE GÖÇME YÜKÜ HESABI. Perihan (Karakulak) EFE

Adi Diferansiyel Denklemler NÜMERİK ANALİZ. Adi Diferansiyel Denklemler. Adi Diferansiyel Denklemler

Betül BektaĢ Ekici Accepted: October ISSN : bbektas@firat.edu.tr Elazig-Turkey

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Manyetizma Testlerinin Çözümleri. Test 1 in Çözümü

SU İHTİYAÇLARININ BELİRLENMESİ. Suİhtiyacı. Proje Süresi. Birim Su Sarfiyatı. Proje Süresi Sonundaki Nüfus

bir yol oluşturmaktadır. Yine i 2 , de bir yol oluşturmaktadır. Şekil.DT.1. Temel terimlerin incelenmesi için örnek devre

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Mukavemet I Vize Sınavı (2A)

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

Merkezi Eğilim (Yer) Ölçüleri

BETONARME YAPI TASARIMI

İnce duvarlı yapılar, yüksek enerji sönümleme kabiliyetleri,

X, R, p, np, c, u ve diğer kontrol diyagramları istatistiksel kalite kontrol diyagramlarının

Using Fracture Toughness (K IC ) of Determined by ASTM E-399 Standards on the Master Curve Concept

Pamukta Girdi Talebi: Menemen Örneği

SAYISAL ANALİZ. Doç.Dr. Cüneyt BAYILMIŞ. Sayısal Analiz. Doç.Dr. Cüneyt BAYILMIŞ

6. KOROZYON HIZININ ÖLÇÜLMESİ

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

YAPILARIN ENERJİ ESASLI TASARIMI İÇİN BİR HESAP YÖNTEMİ

Rasgele Değişken Üretme Teknikleri

ARAŞTIRMA MAKALESİ/RESEARCH ARTICLE TEK ÇARPIMSAL SİNİR HÜCRELİ YAPAY SİNİR AĞI MODELİNİN EĞİTİMİ İÇİN ABC VE BP YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI ÖZ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 1 ÇOKLU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ DENEYİ

JFM316 Elektrik Yöntemler ( Doğru Akım Özdirenç Yöntemi)

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

BOYUT ÖLÇÜMÜ VE ANALİZİ

2005 Gazi Üniversitesi Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi Sayı:16, s31-46

Epilepside EEG Tabanlı Entropi Değişimleri

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt:13 Sayı:2 sh Mayıs 2012

3. Parçaları Arasında Aralık Bulunan Çok Parçalı Basınç Çubukları

GÜNEŞ ENERJİLİ BİR SULAMA SİSTEMİNDE BOOST KONVERTERDEN BESLENEN ARM SÜRÜCÜ SİSTEMİNİN ANALİZİ

TE 06 TOZ DETERJAN ÜRETİM TESİSİNDEKİ PÜSKÜRTMELİ KURUTMA ÜNİTESİNDE EKSERJİ ANALİZİ

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, Eylül 2013, Malatya DOĞRUSAL KONTROL SİSTEMLERİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Resmi Gazetenin tarih ve sayılı ile yayınlanmıştır. TEİAŞ Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi

Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ -I

uzayında vektörler olarak iç çarpımlarına eşittir. Bu iç çarpım simetrik ve hem w I T s formuna karşılık gelir. Buna p u v u v v v

EK-1 01 OCAK 2014 TARİHLİ VE SATILI RESMİ GAZETEDE YAYINLANMIŞTIR.

Elektrik ve Manyetizma

İç ve dış dişli çarklarda meydana gelen yüzey basınçlarının ve deformasyonların incelenmesi

ROBİNSON PROJEKSİYONU

BÖLÜM 1 1.GİRİŞ: İSTATİSTİKSEL DOĞRUSAL MODELLER

MATLAB GUI İLE DA MOTOR İÇİN PID DENETLEYİCİLİ ARAYÜZ TASARIMI INTERFACE DESING WITH PID CONTROLLER FOR DC MOTOR BY MATLAB GUI

NİTEL TERCİH MODELLERİ


Toplam Eşdeğer Deprem Yükünün Hesabı Bakımından 1975 Deprem Yönetmeliği İle 2006 Deprem Yönetmeliğinin Karşılaştırılması

Çelik Yapıların Öngörülen Göreli Kat Ötelemesi Oranına Göre Enerji Esaslı Tasarımı *

DENEY 4: SERİ VE PARALEL DEVRELER,VOLTAJ VE AKIM BÖLÜCÜ KURALLARI, KIRCHOFF KANUNLARI

a IIR süzgeç katsayıları ve N ( M) de = s 1 (3) 3. GÜRÜLTÜ GİDERİMİ UYGULAMASI

Transkript:

5. Uluslararası İler Teknolojler Sempozyumu (IATS 9), 13-15 Mayıs 29, Karabük, Türkye İNDÜKSİYON ISIL YÜKLEME İLE BİR ÇATLAK ETRAFINDA OLUŞAN GERİLMELERİN MODELLENMESİ MODELLING OF THE STRESSES AROUND A CRACK EXPOSED TO INDUCTION HEATING Ergün NART a* e Şenol SERT b a* Sakarya Ünerstes Teknk Eğtm Fakültes, Sakarya, Türkye, E-posta: enart@sakarya.edu.tr b Sakarya Ünerstes, Sakarya, Türkye, E-posta: ssert@sakarya.edu.tr Özet Bu makalede ndüksyonla ısıtma yöntem le kaplamların ara yüzeylernde oluşan termal gerlmelern bulunması hedeflenmştr. Termal gerlmelere maruz kaplamaların ömür tahmn le lgl etkl modellern gelştrlmes le bu kaplamaların endüstrde güenlr br şeklde kullanımı mümkün olmaktadır. Bu sebeple deneysel yorulma çalışmalarında çermsel termal yükleme yapılablmes çn kolay kontrol edleblr, yüksek sıcaklıklara çıkablen ısıl yükleme sstemlerne htyaç ardır. İndüksyonla ısıtma br çok malzeme çeşd çn uygun ısıl yükleme metodudur. Bu yöntemde ndüksyon bobnne uygulanan alternatf oltaj, bobndek akım le aynı frekansta değşken oltaj üreten alternatf br manyetk alan oluşturur. Bu zamana bağlı elektro-manyetk alan bobndek elektrk akısının ters yönünde br akı oluşturan eddy akımını meydana getrr. Bu eddy akım Joule etks le ısı üretr. Bu ısı üretme şlem hassas br şeklde sonlu elemanlar yöntem le yapılablmektedr. Bu çalışmada ara yüzünde çatlak bulunan kaplamalı br parçanın ndüksyonla ısıtma sonucunda çatlak boyunca oluşan sıcaklık farkları e gerlme değşmler ANSYS sonlu elemanlar paket programı kullanılarak bulunmuştur. Analz k aşamada gerçekleştrlmştr. Brnc aşamada elektromanyetk-termal analz br çözüm döngüsü kurularak brleşk (couple) olarak yapılmış e brleşk analz sonucunda elde edlen sıcaklık erler mekank analze grd olarak knc aşamada kullanılmıştır. Mekank analz sonucunda çatlak boyunca oluşan gerlmeler hesaplanmıştır. Anahtar kelmeler: İndüksyonla ısıtma, Sonlu elemanlar yöntem, Çatlak mekanğ Abstract The am of ths research s to determne thermal stresses along a crack n an nterface between a substrate and ts coatng usng nducton heatng process. It s well known that deelopng accurate lfe predcton methods for coatng makes safe usage of coatng possble n ndustral applcatons. Therefore, controllable thermal heatng s needed for cyclc thermal loadng n experments. In nducton heatng process, an alternatng oltage appled to the nducton col produces an alternatng magnetc flux, whch produces an alternatng oltage at the same frequency wth the current of the col. The tme-aryng electro-magnetc feld nduces the eddy current, whch generate a flux opposte to the drecton of the col flux. The eddy current then produces heat by the joule effect. Ths heatng process s accurately smulated by usng fnte element method. In ths paper, thermal and stress analyss along a crack between coatng and substrate exposed to nducton heatng were done by usng "Ansys" fnte element software. The analyss s performed n two steps. In the frst step, couple electromagnetc-thermal analyss was performed usng Ansys soluton loop wrtten n APDL (Applcaton Programme Deelopment Language). The resultng temperature hstory was used n uncouple structural analyss. Fnally, stress dstrbuton along the crack was determned. Keywords: Inducton heatng, Fnte element method, Fracture mechancs 1. Grş Endüstrde yüksek yüklere e sıcaklıklara maruz kalan e krtk öneme sahp olan makne parçaları, yüzey dayanımlarının arttırılması, yüzey pürüzlülüklernn düşürülmes e korozyona karşı drençlernn arttırılması amacıyla çeştl yöntemlerle kaplanmaktadır. Bu çalışma, termal gerlmelere maruz kaplamaların ara yüzeyndek çatlakta oluşan termal gerlmeler sonlu elemanlar yöntem le hesaplamak amacıyla yapılmıştır. Blndğ gb kaplamaların ömrünü etkl yöntemlerle tahmn edeblmek çn kontrol edleblr ısı kaynağına e ara yüzdek gerlme e brm şekl değştrmelern doğru br şeklde hesaplanmasına htyaç ardır. Uygun deneyler le kaplamaların termal yorulma karakterstkler belrleneblr e böylece endüstrde yen kaplama malzemeler çn güenlr ömür tahmnler yapılablr. Bu çalışmada termal yükleme, ndüksyonla ısıtma yöntem le gerçekleştrlmştr. İndüksyonla ısıtma, elektrksel kondüktörlern oluşturduğu manyetk alan çersne yerleştrlmş metalk malzemelerde ndüklenen akım le ısı oluşturulmasıdır. Kondüktör le malzeme arasında fzksel temas bulunmamaktadır. Malzemede akımın ndüklenmes Faraday prensbne dayanmaktadır. Üzernde çatlak bulunan çalışma parçasının ndüksyonla ısıtılması model ANSYS te kurulup, elektromanyetktermal çözüm eş olarak br döngü yardımıyla yapılmıştır. IATS 9, Karabük Ünerstes, Karabük, Türkye

Daha sonra elde edlen sıcaklık değerler yapısal analzde kullanılmıştır e termal gerlmeler hesaplanmıştır. Elde edlen bulgulardan, çatlağın termal baryer göre görerek ısı geçşn engelledğ e bu nedenle çatlak yüzeyler arasında sıcaklık farklılıklarının oluştuğu gözlenmştr. Bu sıcaklık farklılıklarından dolayı çalak bölgesndek gerlmeler farklılaşmakta e çatlağın daranışını etklemektedr. 2. Matematksel Model e Sonlu Elemanlar Yöntem 2.1 Elektromanyetk Alanın Matematksel Model e Sonlu elemanlar Yöntem Elektromanyetk alanın hesaplaması Maxwell denklemlernn çözüleblmesne bağlıdır. Genel olarak zaman-değşken elektromanyetk alanlar çn, Maxwell denklemler aşağıdak gb dferansyel formda yazılablrler [1,3]. D xh = J + t ( Amper Kanunundan) (1) B xe = t ( Faraday Kanunundan) (2) B = ( Gauss Kanunundan) (3) Şarj D = ρ Burada, ( Gauss Kanunundan) (4) E= Elektrk alan şddet ( V/m) D= Elektrksel akış yoğunluğu (Coulomb/m 2 ) H= Manyetk alan şddet (A/m) J= İletlen akım yoğunluğu (A/m 2 ) Şarj ρ = Elektrk şarj yoğunluğudur (Coulomb, A.s). Yukarıda tanımlanan maxwell denklemler, denklem sayısının blnmeyen sayısından daha az olmasından dolayı belrsz durumdadır. Bu denklemler, manyetk alanın ncelkler arasındak lşkler tanımlandığında belrl hale gelrler. Bazı ektörsel cebr şlemlernden sonra maxwell denklemler kullanılarak ndüksyonla ısıtmanın matematksel olarak hesaplanması çn aşağıdak denklem elde edlr. 2 2 1 A A ( + ) = J s + jwσa 2 2 µ rµ X Y (4) Sonlu elemanlar yöntemnde, aryasyon hesap prensbnn genel kabulüne göre, elektromanyetk alanın hesaplanması, ana denklem (4) ün doğrudan çözümü yerne, çözüm ana denklem (4) e uygun olan enerj fonksyonunun mnmze edlmesyle le sağlanır [3]. İk boyutlu durumlar çn akım yoğunluğu J yönünde hareket eden manyetk ektör potansyel A, k boyutlu kısm dferansyel denklem le (4) te tanımlanmıştır. Alanın sınırları boyunca manyetk ektör potansyel A sıfır alınablr. Bunun anlamı sınırdak eğmnn, dğer bölgelerdek eğm değerlerne nspetle önemsenmeyecek derecede küçük olduğudur [3]. (Drchlet,Neuman sınır şartı durumu da / dn = ) Elektromanyetk alanın sonlu elemanlar yöntem le hesaplanablmes çn, k boyutlu ana denklem (4) e karşılık gelen enerj fonksyonu aşağıdak gb yazılablr. [4,5]. F = V 2 2 1 A A ( ωσ 2 + + j A J s A )dv 2µ r µ X Y 2 Burada V modeln toplam alanı e J s kaynak akım yoğunluğudur. ntegraln çnn brnc, knc e üçüncü bölümler sırasıyla manyetk alanın enerjsn, eddy akımlarını e kaynak akımını göstermektedr. 2.2 Isı İletmnn Matematksel Model e Sonlu Elemanlar Yöntem Genel olarak,br metal çalışma parçasında zamana bağımlı ısı transfer şlem Fourer ısı letm denklem le tanımlanablr [6], T c γ + ( k T ) = Q t (6) burada; T=Sıcaklık ( C) γ =Metaln yoğunluğu ( kg ) 3 m c=özgül ısı ( J ), 3 m C k=metaln ısıl letkenlk katsayısı ( W ) mc Q=Eddy akımlarının oluşturduğu brm hacmdek, brm zamandak ısı kaynağı yoğunluğu ( ısı üretm olarak adlandırılır).isı kaynağı yoğunluğu elektromanyetk problemler çözülerek elde edlr ( w ). 3 m Isı transfernde sonlu elemanlar yöntemnn temel, her elemanın çndek sıcaklık alanı çn parçalı polnom yakınsamasıdır: T = N T = 1 Burada sadece elemanının tpne, şeklne e N boyutuna bağlı olan temel fonksyondur. Fzksel olarak T (t), t zamanındak noktasal sıcaklık değerdr. Matematksel olarak bunlar kararsız katsayılardır. Herhang br noktadak (x,y,z) sıcaklık gradyanları aşağıdak gb hesaplanablr. (5) (7)

T T T,, = x y z () N x N T, y N T, z T Galerkn metodu zlenerek, hesaplamalar çn çok elerşl yollar sağlanablr. Eğer polnom (7), denklem () çnde kullanılırsa çözüm elde edlr. Galerkn Sonlu Elemanlar Model aşağıdak bağıntıyı gerektrr: Ω N dω = ε (9) düğüm noktası olduğu çn, 7 numaralı denklem lneer olmayan cebrsel denklemlerden entegre edlmş adet sıradan dferansyel denklem oluşturur: [ ][ T ] [ R] K = (1) Burada [K] efektf geçrgenlk eya drengenlk matrs e [R] efektf yük eya artık ektördür. Doğrusal olmayan bu sstemn teratf çözümü le alanda (Ω) sıcaklık dağılımı tanımlanmış olur [6]. 2.3 Termal Gerlmenn Matematksel Model e Sonlu Elemanlar Yöntem Malzemeler düşük gerlmeler altında çoğunlukla lneer elastk daranış gösterrler. Lneer elastk daranışta gerlmelerle şekl değştrmeler orantılıdır e şekl değştrmeler tersnrdr. Bu daranış aşağıdak Hooke Kuralı le fade edlr[7]. σ = E.ε (11) Gerlmelerden başka, csmlerdek sıcaklık değşmler de deformasyonlara sebep olur. Homojen e zotropk malzemeler çn δ T ( T-T ) mktarındak br sıcaklık değşm, her doğrultuda lneer şekl değştrmelere sebep olur. Br denklem le fade edlen termal şekl değştrmeler ε ε = ε = α. δt x = y z (12) olarak erlr. Burada α ( 1/ C), adı geçen malzemenn termal genleşme katsayısıdır. Bunun değer deneysel olarak belrlenr. Makul br sıcaklık değşm sınırları çersnde α sabte yakın br değerde kalır []. Sonlu elamanlar yöntem kullanılarak, termal gerlmenn hesaplanması çn alana mnmum enerj prensb uygulanır. Termal etknn br sonucu olarak ortaya çıkan şekl değştrmeler tanımlandıktan sonra, buna bağlı olan termal gerlmeler aşağıdak formül le hesaplanır [9]. σ } = [ D]{ ε e } = [ D]({ ε} α( T T )) { (14) burada 1 E(1 ) D = (1 + )(1 2) 1 (15) 1 1 1 2 2(1 ) Düzlem gerlme durumu çn, malzeme matrs D aşağıdak şeklde yazılır: 1 E D = 2 (1 ) (16) 1 1 2(1 ) 2. Sonlu Elemanlar Analz Çalışma parçası yüzeyne yakın br noktada konumlandırılmış olan alternatf akım taşıyan ndüksyon bobn çeresnde e çalışma parçası yüzeynde manyetk alan oluşturur. Çalışma parçası yüzeynde oluşan manyetk alan, yüzeyde akım ndüklemesne sebep olur e yüzeyde eddy akımları oluşur. Eddy akımları malzemenn elektrksel drencnden dolayı joule etks gösterr e ısı üretmne sebep olur. Çalışma parçasındak sıcaklık dağılımını hesaplamak çn harmonk elektromanyetk e ısı analzl br çözüm döngüsünün kurulması e brleşk (couple) olarak çözülmes gerekldr. Sıcaklık dağılımları bulunduktan sonra bu sıcaklık dağılımlarının malzemede e malzeme üzernde bulunan çatlak etrafında oluşturduğu termal gerlmeler hesaplanır. Eğer malzemenn şekl değştrmes kısıtlanmış se malzemede sıcaklık değşnce gerlmeler oluşur. Bu gerlmeler denklem (11) de belrtlen Hooke kuralı le bulunablr. σ = E. α. δt (13) Burada E malzemenn elastk modülü, δ T ısı değşm mktarı, σ oluşan termal gerlmelerdr [7]. Şekl 1. Çalışma parçası e ndüksyon bobnn

İndüksyonla ısıtmada, modeln bölüntülenmesnde (meshng) en krtk öneme sahp olan konu, yüzey elemanlarının, hesaplanan yüzey dernlğ kalınlığından büyük olmamasıdır. Bölüntülemede br dğer öneml konu se, çatlak ucundak sonlu elemanlar hesaplamasında tekllğn oluşmaması çn çatlak bölgesndek bölüntülemenn aşağıda şeklde gösterldğ gb yoğunlaştırılmış olarak yapılmasıdır. Şekl 2. İndüksyonla ısıtma sstemnn k boyutlu model ( a=, b=9.26, c=4, d=4, e=, f=4, g=.276, h=.276, mm dr.) Şekl 4. Bölüntülenmş model, çatlak etrafının bölüntülenmes, yüzeyn bölüntülenmes İndüksyonla ısıtma sstemnde en krtk malzeme özellğ manyetk malzeme özellkler olan zaf manyetk geçrgenlk e elektrksel drenç değerlerdr. Bu değerler malzemenn ndüksyonla ısıtma kapastelern ermektedr. İzaf manyetk geçrgenlk e elektrksel drenç değerler yüksek olan malzemeler ndüksyon le daha kolay ısıtılmaktadır. Çalışma parçasının zaf manyetk geçrenlk değer sıcaklık le brlkte düşmekte e nha olarak parçanın cure sıcaklığı olan 75 o C değernde 1 olmaktadır. Bu noktadan sonra malzeme manyetk olmayan malzeme daranışı gösterr Elektrksel drenç değer sıcaklık artışı le artmaktadır. Sıcaklık le drenç artışı belrl br sıcaklıktan sonra yaaşlamaktadır. Haanın e bobnn zaf manyetk geçrgenlk değerler 1 olarak alınmıştır. Parçanın zaf manyetk geçrgenlk e elektrksel drenç değerlernn sıcaklığa göre değşm aşağıdak grafklerde erlmştr. Şekl 3. Elemanlara ayrılmış model İndüksyon bobnnn oluşturduğu alternatf manyetk alan, yüzeyde belrl br hacmde oluşmaktadır e bundan dolayı da ısı üretm yüzeydek belrl br hacmle sınırlıdır. Yüzey dernlğ formülü [11]: ρ δ = (17) π fµ rµ Burada, f akımın frekansıdır. Denklem (17) de açıkça görüldüğü gb yüzey dernlğ elektrksel drenç, zaf geçrgenlk gb bazı malzeme özellklerne e frekansa bağlıdır. Yüksek frekans uygulamalarında eya genş çaplı çalışma parçalarında yüzey etks daha krtk öneme sahp olur. Şekl 5. Çalışma parçasının zaf manyetk geçrgenlk değer

Termal yükleme olarak, çözüm döngüsünde manyetk çözümde hesaplanan joule ısı üretm oranı alınmıştır. Termal sınır şartları olarak çalışma parçası kenarlarında koneksyon ( Isı letm katsayısı h= 25 W/m C, ortam sıcaklığı 25 C alınmıştır), bobnn ısıttığı yüzeye radyasyon, smetr eksenne se ısı akışı sınır şartları uygulanmıştır. Çatlak yüzeylernde de ısı akışının sıfır olduğu kabul edlmştr. Şekl 6. Çalışma parçasının elektrksel drenç değer. Çalışma parçasını yapısal malzeme özellkler olan elastk modülü, posson oranı, termal genleşme katsayısı değerler le termal malzeme özellkler olan termal geçrgenlk katsayısı, özgül ısı kapastes değerler Tablo 1 de erlmştr. Ayrıca malzemenn yoğunluk değer de Tablo 1 de erlmştr. Çalışma parçasının radyasyon ışınım katsayısı.56 olarak alınmıştır. Tablo 1. Kullanılan çelk malzemenn termal e yapısal malzeme özellkler.[1] Şekl 7. Termal sınır şartlarının model üzernde gösterlmes Sıcaklık ( C) Termal Geçrgenlk (W/mK) Özgül Isı (J/kgK) Posson Oranı Elastk Modülü(Gpa) (Gpa) Termal Genleşme Katsayısı ( 1-6 1/ C) Yoğunluk (kg/m 3 ) 51.9 45 1 3 45 55 6 72 51.1 499.2.27 6.39 5 46.1 565.5.331 41.5 63.5.33 37.5 75.5 35.6 773.3 3.64 1.4 26 931.357 5.373.373.423 2 2 2 15 11 1 11 12 13 14 14 2 14 2 15 İndüksyonla ısıtma şlemn bobnden geçen alternatf akım oluşturmaktadır. Bobnlere akım yüklemes, bobn elemanlarına akım yoğunluğu uygulanarak gerçekleştrlmştr. Elemanlara 1 Amper (5. 1 6 A/m 2 ) alternatf akım uygulanmıştır. Uygulana alternatf akımın frekansı 25 khz dr. Elektromanyetk sınır şartı olarak çalışma alanının yan modeln dış sınırlarında manyetk ektör potansyel (AZ) değer sıfır alınmıştır 75 Şekl. Yapısal sınır şartlarının model üzernde gösterlmes Yapısal analzde ndüksyonla ısıtma le oluşan sıcaklıkların oluşturduğu termal gerlmeler hesaplanacaktır. Sıcaklığın uygulanması, LDREAD komutu le rth uzantılı termal çözüm dosyasından sıcaklık değerlernn okutulması le gerçekleştrlr. Uygulanan sınır şartları Şekl (7) e Şekl() de gösterlmştr. Çalışma parçasına UX, UY yer değştrme sınır şartları, smetr eksenne, smetr sınır şartı e çatlak ağzındak karşılıklı noktalara UX, UY de eş (couple) serbestlk dereces sınır şartları uygulanmıştır

Şekl 9. Çatlak ağzındak karşılıklı noktala sınır şartı uygulanması. Şekl 11. Yapısal analz akış şeması Çözüm k aşamada gerçekleştrlmştr. İlk olarak elektromanyetk-termal analz brleşk (couple) olarak çözülmüştür e brleşk analz sonucunda elde edlen sıcaklık erler yapısal analze grd olarak knc aşamada kullanılmıştır. Manyetk-Termal brleşk çözümü çn APDL kodları kullanılarak br döngü kurulmuş e oluşturulan manyetk e termal fzksel çerçeeler eş (couple) olarak çözülmüştür. Çözüm döngüsünün akış şeması şekl (1) da erlmştr. Manyetk analz çn harmonk çözüm frekansı, bobnden geçen alternatf manyetk alanın frekansı olan 25 khz olarak alınmıştır. Şekl 12. İndüksyonla ısıtma le çalışma parçası ön e arka yüzeyndek sıcaklığın zamana bağlı değşm. Yapılan analzler sonucunda çalışma parçasındak sıcaklık dağılımı şekllerde gösterlmştr. Şekl 1. Manyetk-Termal brleşk analz çözüm döngüsünün akış şeması Şekl 13. Parçadak e çatlak etrafındak,5. sanyedek sıcaklık dağılımı. ( Çatlak Dernlğ (h) = 2xg )

çatlak yüzeyler arasındak gerlme farkının çatlak orta noktasına doğru artmaktadır. Bu durum çatlağı açmaya zorlamaktadır. Çatlak dernlğ arttıkça gerlme farklılıkları azalmakta, çatlak daha az zorlanmaktadır. Bu analzden, yüksek sıcaklıklara maruz kalan kaplamalı eya üzernde çatlak bulunan parçaların termal gerlme dayanımlarının daha düşük olacağı e daha kısa sürede deformasyona uğrayacakları sonucu çıkarılablr Şekl 14. Farklı çatlak dernlkler çn çatlak boyunca çatlak yüzeyler arasındak sıcaklık farkı Yapısal analz sonucunda çatlak bölgesnde oluşan Vonmsses gerlme değerler ncelenmştr. Sonuçlar aşağıda erlmştr. Şekl 15. Farklı çatlak Dernlkler İçn Çatlak Boyunca çatlak yüzeyler arasındak gerlme farkı 3. Sonuçlar e Önerler Bu çalışmada ndüksyonla ısıtma yöntem le kaplamların ara yüzeylerndek çatlak etrafında oluşan termal gerlmelern bulunması hedeflenmştr. Yapılan analz sonucunda, çalışma parçası yüzeynn kısa br sürede yüksek sıcaklıklara ulaştığı gözlenmştr. Kaplama ara yüzeynde bulunan çatlağın termal baryer göre yaparak ısı letmn engelledğ e bu durum sonucunda, çatlak bölgesndek sıcaklıkların parçanın dğer bölgelerne nazaran daha yüksek olduğu e çatlağın ön e arka yüzeyler arasında sıcaklık farklılıklarının oluştuğu gözlenmştr. Çatlağın ısıtma yönündek yüzeynn, dğer yüzeye nazaran sıcaklık değerler daha yüksektr( Bkz Şekl 14). Yüzeyler arasındak sıcaklık farklılıklarından dolayı, çatlak boyunca farklı termal gerlmeler oluşmuştur (Bkz Şekl 15). Çatlak boyunca gerlmeler ncelendğnde Yapılan analzler sonucunda, ndüksyonla ısıtmanın metal malzemeler çn hızlı e kontrollü br ısıtma aracı olduğu görülmüştür. Hızlı ısıtma kablyetnden dolayı, termal şoklara maruz kalan e yüksek sıcaklıklarda çalışan makne parçalarının deneysel uygulamaları çn ndüksyonla ısıtmanın elerşl olduğunu görülmektedr. Kontrollü ısıtma kablyetnden dolayı se, bell sıcaklık aralıklarında çalışan makne parçalarının termal yorulma deneyler çn ndüksyonla ısıtma oldukça elerşldr Kaynaklar [1] BEWLEY, L.V., Flux Lnkages and Elektrmagnetc Inducton, Doer, New York, 1964. [2] CHABAY, R.W., SHERWOOD, B.A., Electrc an Magnetc Interactons, Wley, New York, 1995. [3] RUDNEV, V., Handbook of nducton heatng, Manufacturng engneerng and materals processng, Marcel Dekker, New York, 23. [4] CHARİ, M.V.K., Fnte element analyss of nonlnear magnetc felds n electrc machnes, Ph.D. Dssertaton, McGll Unersty, Montreal- Canada, 197. [5] CHARİ, M.V.K., SİLVESTER, P.P., Fnte element analyss of magnetcally saturated DC machnes, IEEE Trans, pp 9:2362, 1971. [6] NART, E., ŞAHİN, A., Modellng of Thermal Stresses around a Barrer n an Infnte Strp, 4. Internatonal Adanced Tecnologes Symposum, Konya, 2-3 September 25. [7] ONARAN K., Malzeme Blm, Blm Teknk yayıne, sf 175-177-1, Eskşehr, 23. [] POPOV, E.P., Mukaemet Katı Csmlern Mekanğne Grş, Çağlayan Ktabe, sf 2-6-7, İstanbul, 199. [9] HUEBNER, K.H., THORNTON, A., The Fnte Element Method for Engneers, John Wley and Sons, 217,New York, 192. [1] MAHAPATR M.M., DATTA G.L., PRADHAN B., MANDAL N.R., Three-dmensonal fnte element analyss to predct the effects of SAW process parameters on temrature dstrbuton and angular dstortons n sngle-pass butt jonts top and bottom renforcements, Internatonal Journal of Pressure Vessels and Ppng, pp 3:721-729, 26