Akademik Veri Yönetim Sistemi
INTERNATIONAL YILDIRIM BAYEZID SCIENTIFIC RESEARCH AND INNOVATION SYMPOSIUM-I, Bursa, Türkiye, 9 - 10 Mayıs 2025, ss.270-271, (Özet Bildiri)
Bu çalışmada, polipropilen malzemenin Mod I (açılma modu) durumundaki kırılma davranışı incelenerek, belirlenen numune ölçüleri ve çatlak boyları doğrultusunda kırılma tokluğu değeri teorik olarak hesaplanmış ve ardından ANSYS sonlu elemanlar analizi ile doğrulanmıştır. Çalışma kapsamında üç nokta eğme deneyi gerçekleştirilmiş ve bu deneyin çıktıları kullanılarak ANSYS’te oluşturulan modelin doğrulaması yapılmıştır. Model doğrulandıktan sonra, farklı numune kalınlıkları ve çatlak boyları için kırılma tokluğu analizleri gerçekleştirilmiştir. Teorik hesaplamalarla sonlu elemanlar analiz sonuçlarının yakınlığı karşılaştırılarak, numune boyutu ve sınır koşullarının kırılma tokluğu üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Literatürde ifade edildiği gibi, bir kırılma tokluğu deneyinin geçerli olabilmesi için numune boyutlarının plastik bölge boyutundan büyük olması gerekmektedir. Bunun nedeni, plastik bölgenin gerilme yoğunluğu analizine etkisini ihmal edilebilir seviyeye indirerek düzlem genleme koşullarının üstün olmasını sağlamaktır. Bu doğrultuda, analizler farklı numune kalınlıkları ve çatlak boyları için gerçekleştirilmiş ve numune üzerinde oluşan düzlem genleme ile düzlem gerilme koşulları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, numune kalınlığı arttıkça düzlem genleme durumuna geçiş olduğu tespit edilmiştir. Numune kalınlığı sabit tutularak çatlak boyunun değişiminin kırılma tokluğu üzerindeki etkisi incelendiğinde hem teorik hem de ANSYS analiz sonuçlarına göre kırılma tokluğu değerlerinin çatlak uzunluğuna duyarlı olduğu görülmüştür. Teorik ve sayısal sonuçlar arasındaki farkın çatlak boyu büyüdükçe arttığı gözlemlenmiştir. Bu bulgular, çatlak boyunun malzemenin kırılma davranışı üzerindeki kritik etkisini vurgulamaktadır. Öte yandan, çatlak boyu sabit tutularak numune kalınlığı artırıldığında da hem teorik hesaplamalar hem de ANSYS sonuçları kırılma tokluğu değerlerinin değişim gösterdiği tespit edilmiştir. Bu durum, kırılma tokluğunun numune kalınlığına da duyarlı olduğunu göstermektedir. Daha ince numunelerde düzlem gerilme koşulları hâkim olurken, daha kalın numunelerde düzlem genleme koşulları belirleyici hale gelmektedir. Sonuç olarak, bu çalışma, kırılma mekaniğinde numune geometrisinin önemli bir rol oynadığını gösterirken ANSYS gibi paket programlar yardımıyla da kırılma tokluğu analizinin yapılabildiğini ortaya koymaktadır.
In this study, the fracture behavior of polypropylene material in Mode I (opening mode) is investigated and the fracture toughness value is calculated theoretically in accordance with the specified specimen dimensions and crack lenght and then verified by ANSYS finite element analysis. Within the scope of the study, a three-point bending test was performed and the model created in ANSYS was validated using the outputs of this experiment. After the model was validated, fracture toughness analyses were performed for different specimen thicknesses and crack lengths. The effects of specimen size and boundary conditions on fracture toughness were evaluated by comparing the closeness of theoretical calculations and finite element analysis results. As stated in the literature, for a fracture toughness test to be valid, the specimen size must be larger than the plastic zone size. The reason for this is to ensure that plane expansion conditions are superior by reducing the effect of the plastic zone on the stress intensity analysis to a negligible level. Accordingly, the analyses were performed for different specimen thicknesses and crack lengths and the plane strain and plane stress conditions on the specimen were investigated. According to the results obtained, it was determined that there is a transition to the plane strain state as the specimen thickness increases. When the effect of the change in crack length on fracture toughness is examined by keeping the specimen thickness constant, it is seen that the fracture toughness values are sensitive to the crack length according to both theoretical and ANSYS analysis results. It is observed that the difference between the theoretical and numerical results increases as the crack length increases. These findings emphasize the critical effect of crack length on the fracture behavior of the material. On the other hand, both the theoretical calculations and ANSYS results show that the fracture toughness values change when the specimen thickness is increased while keeping the crack length constant. This indicates that fracture toughness is also sensitive to specimen thickness. Thinner specimens are dominated by plane stress conditions, while thicker specimens are dominated by plane strain conditions. In conclusion, this study shows that the specimen geometry plays an important role in fracture mechanics and that fracture toughness analysis can be performed with the help of programs such as ANSYS.