A GENERALIZED PHASE-FIELD APPROACH FOR THE FAILURE OF RUBBER-LIKE MATERIALS

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: KEMAL AÇIKGÖZ

Danışman: Hüsnü Dal

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Kavite oluşumuna dayalı hacimsel hasar ve kesme gerilmeleri sebebiyle oluşan şekil değiştirme tipi hasar kauçuk tipi polimerler için ana hasar mekanizmalarıdır. Genel yükleme koşullarında bu hasar modları enerjisel/hacim ve entropik/kesme davranışları ile ilişkilidir. Bu çalışma ilk üç invaryantla ilişkilendirilebilir şekilde ayrılmış serbest-enerji fonksiyonu kullanarak enerji-tabanlı bir dayanım kriteri sunmaktadır. Bu serbest enerji fonksiyonu ayrıştırma şekli hacimsel ve kesme tipi deformasyonlarda farklı hasar modlarına izin vermektedir. Burada, temel hiperelastik/mekanik davranış için genişletilmiş sekiz zincir modeli kullanılmıştır. Özgün katkı olarak, bu çalışmada kesme ve hacimsel deformasyonlar için farklı bozunum fonksiyonları kullanılmış olup, bu sayede çatlak oluşumu öncesinde sıkıştırılamaz hiperelastik davranıştan boşluklu sıkıştırılabilir katı davranışına geçiş sağlanmıştır. Burada, ayarlanabilir Hermitsel polinom tabanlı bozunum fonksiyonları türetilmiş olup serbest enerji fonksiyonunun hacimsel ve entropik kısımlarına uygulanmıştır, böylelikle önerilen genelleştirilmiş faz-alanı yaklaşımı Poisson oranının bozunumunu yakalayabilmektedir. Dahası, Hermitsel bozunum fonksiyonu literatürde geçen ikinci dereceden, üçüncü dereceden ve dördüncü dereceden bozunum fonksiyonlarına özel durum olarak indirgenebilmektedir. Önerilen enerjisel ve entropik hasar yüzeyi incelenmiş olup, literatürde varolan verilerle kıyaslanarak modelin tahmin özellikleri irdelenmiştir. Ayrı bozunum fonksiyonlarının dışında, sonlu ve doğrusal olmayan bir viskoelastik model kurama entegre edilmiş ve hızın yırtılmaya olan etkisi incelenmiştir. Burada faz-alanının deformasyon geçmişine bağlı fonksiyonuna viskoz branşların elastik kısmı ayarlanabilir bir şekilde eklenmiştir. Son olarak, dolgusuz styrene-butadiene kauçuk için baz malzeme ve yırtılma davranışını elde etmek adına deneyler yapılmıştır. Farklı sınır değer problemleri çözülerek deneylerle kıyaslanmıştır.