Çok katmanlı malzemelerde gerilme dalga geçişi

Abstract

Katmanlı malzemelerin yüksek hız deformasyon davranışı deneysel ve nümerik metotlar birlikte kullanılarak incelenmiştir. Hopkinson Basınç Bar (HBB) tekniğinin, kullanılan nümerik modelleri doğrulamak için oldukça uygun bir metot olduğu gösterilmiştir. Kompleks çok katmanlı malzemlerdeki gerilme dalgası geçişinin modellenmesinin fizibiletisi ve faydaları açıkca görülmüştür. HBB’ında varsayılan tek yönlü dalga geçişi yaklaşımının, dalga geçişinin anlaşılmasında yetersiz olduğu ve dalga geçişinin anlaşılması için nümerik ve deneysel yöntemlerin birlikte kullanılması gerektiği gösterilmiştir. Poisson oranı yüksek arayüzey malzemesinin yatay yöndeki deformasyon sınırlandırılması durumunda arka tabakaya elastik dalgaların kolay geçtiği, ancak düşük elastik modüllü bir arayüzey malzemesinin ise arka tabakaya iletilen gerilmeyi azaltığı gösterilmiştir. Projenin ikinci kısmında değişen takviye hacim oranlarına sahip SiC parçacık takviyeli Al matris metal matris kompozitlerden oluşan Fonksiyonel Dereceli Malzemeler (FDM), toz metalürjisi yöntemiyle hazırlanarak, statik ve dinamik yükler altındaki ezilme davranışları incelenmiştir. Dinamik testler basma tipi HBB testi kullanılarak 1000-3000s-1 aralığında yapılmıştır. HBB ile yapılan dinamik testler FDM’nin katmanları arasında kompleks dalga yayınımlarını göstermiştir. Numuneler yüksek hızlarda yapılan dinamik basma testlerinde özellikle, empedansı en düşük olan katmanın ara yüzeyinden kırılmıştır. Bu sonuç, %10 ve %20 SiC katmanlı kompozit malzeme sisteminin LSDYNA-3 kullanılarak yapılan sonlu elemanlar modeliyle de doğrulanmıştır. Modelleme sonucunda, dinamik basma testleri esnasında en düşük empedansa sahip katmanın daha yüksek basma gerilme-zaman geçmişine sahip olduğu görülmüştür. Kırılan numunelerin mikroskobik olarak incelenmesi, katmanlı numunelerde mekanik olarak en zayıf bağın katmanlar arasındaki ara yüzeyler olduğunu göstermiştir. Bunun tek nedeni ara yüzeylerde ince bir oksit tabakasının oluşmasıdır.