Polimerik malzemelerin viskoelastik-viskoplastik davranışlarının belirlenmesi ve modellenmesi

Abstract

Polimerik malzemelerin kullanımının yaygınlaşmasından dolayı, çok sayıda çalışma bu malzemelerin mekanik davranışının belirlenmesi ve modellenmesi üzerine yoğunlaşmıştır.Yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) boru üretim endüstrisinin ana ham maddesini teşkil etmektedir. YYPE'nin mekanik davranışı üzerine çok sayıda deneysel çalışma ve modelleme çalışması olmasına rağmen imalat yöntemlerinin etkisini araştıran çalışma sayısı çok azdır.Bu tez çalışması, YYPE'nin mekanik davranışını, belirlemek ve modellemek amacı ile deneysel ve modelleme olmak üzere iki temel kısımdan meydana gelmektedir. Deneysel çalışma kısmında, YYPE'nin imalat yöntemine bağlı mekanik davranışını incelemek üzere ekstrüde boru ve basınçta kalıplanmış levhadan elde edilen numuneler ile, üç farklı gerinim hızında çekme (yükleme ve boşaltma), elastik, viskoelastik ve viskoplastik davranış sınırlarına denk gelen gerilme (gerinim) seviyelerinde sünme (sürünme, creep)) ve gevşeme deneyleri gerçekleştirilmiştir.Modelleme kısmında, YYPE'nin tek eksenli monotonik yükleme şartlarında yükleme boşaltma,çevrimsel yükleme, katlamalı sünme ve gevşeme davranışları "overstress"'edayanan viskoplastisite teorisi (VBO) ile modellenmiştir. Daha sonra, ekstrüde numune deney sonuçları sonlu deformasyon seviyesinde model davranışını incelemek üzere hem sonlu VBO (FVBO) hem de Boyce vd. (2000) modeli ile modellenmiştir. Her iki modelin simülasyon sonuçlarının deneysel sonuçlarla karşılaştırılmasından, FVBO modelin modelleme kabiliyetinin oldukça başarılı olduğu, Boyce vd. (2000) modelinin ise yetersiznoktalarının bulunduğu görülmüştür.Modelleme çalışmasının ikinci kısmında, VBO model, kristallik oranına bağlı olarak değişen yarı kristal polimerik malzeme davranışını modellemek üzere modifiye edilmiştir.Bu modifikasyonda kompozit malzeme varsayımına dayanarak amorf ve kristal fazlar iki farklı malzeme gibi düşünülmüştür, VBO modeli paralel ve seri bağlanmış türde iki farklı analog modelle ifade edilmiştir. Bu iki tür modifiye VBO modeli kullanılarak değişik kristallik oranlarında yükleme-boşaltma, sünme ve gevşeme simülasyonları yapılmıştır.Paralel bağlı durumda modifiye VBO kristallik oranına bağlı yükleme-boşaltma, sünme ve gevşeme davranışlarını açıklamakta başarılı olmuştur. Çalışmanın son kısmında, VBO model içeriğindeki malzeme parametreleri Genetik Algoritma (GA) prensibine dayanan optimizasyon yöntemi ile belirlenmiştir. Bu optimizasyon yöntemi malzeme parametrelerinin daha sağlıklı, daha güvenilir ve daha hızlı belirlenmesini sağlamıştır.