Çatlak, Malzeme Tasarımında Önemli

Paylaş

Northeastern Üniversitesi‘nden Profesör Alain Karma liderliğindeki araştırma grubu, kırılgan malzemelere çok hızlı yayıldığında, çatlakların tuhaf davranmalarını sağlayan bir mekanizma keşfetti. Bu çalışmanın sonuçları, araştırmacıların cam, seramik, polimerler ve kemik gibi kırılgan malzemelerin felakete yol açacak kadar hızlı bir şekilde nasıl bozulduğunu ortaya koyuyor. Ayrıca hatalı çatlakları önlemek için malzemelerin nasıl tasarlanması gerektiğinin daha iyi anlaşılmasına da yardımcı oluyor.

Karma’nın bu çalışmadaki amacı, kırılgan malzemelerin nasıl bozulduğunu anlamaktı. Çünkü malzeme biliminde, inşaatta ve ürün geliştirmede uzun zamandır sorun haline gelen birincil materyallerin başarısız olması çatlak yayılımı ile gerçekleşiyor. Daha spesifik olarak, araştırma ekibi bu çatlakların kenarındaki yüksek gerilimli konsantrasyonun mekanik özelliklerinin, çatlak dinamiklerini nasıl etkilediğini anlamayı hedefledi.

Doğrusal olmayan elastikiyet ve çatlak ucu uzunluk ölçekleri

Karma araştırma konusuyla ilgili şu açıklamaları yaptı;

“Düz çatlaklar prensipte, ses hızı kadar hızlı bir materyal vasıtasıyla yarışıyor olsa da, bazı nedenlerden ötürü bu hıza hiçbir zaman ulaşamıyorlar. Bu çalışmada bunun sebebini gösterdik. Çünkü hızları yeterince yüksek olduğunda, çatlaklar doğası gereği kararsızlaşıyorlar. Bu kararsızlık da çatlak ucunun yanlamasına yönde sallanmasına ve malzemede dalgalı bir yol izlemesine neden oluyor. Bu istikrarsızlık, klasik kırılma teorileri ile tamamen göz ardı edildi. Bu teori, bir materyalin içindeki gerilme ile kuvvet arasındaki ilişkinin doğrusal olduğunu varsaydı. Bu da, gücün iki katına çıkarılması durumunda gerginliğin de iki katına çıktığı anlamına geliyor. Çalışmalarımız, bu varsayımın çatlak ucunun yakınında bozulduğunu ve gerilme ile kuvvet arasındaki doğrusal olmayan ilişkinin, malzeme özellikleriyle ilişkili olabilecek iyi tanımlanmış bir periyotla nasıl salınımlar ürettiğini açıklıyor.”

Bu araştırma sayesinde Karma ve arkadaşları, büyük ölçekli bilgisayar simülasyonları kullanarak çeşitli koşullar altında bir çatlak dinamiğini tahmin etmelerine yardımcı olacak yeni bir teori geliştirdiler. Bu da bazı malzemelerin başarısız olmasının nedenlerini anlamaya yardımcı olabilir.

İstikrarsızlık ve çatlak ucu dinamiklerinin kritik dalga boyu

Çatlak odaklı bu çalışma genişletilerek devam edecek

Karma, bu araştırma ile elde ettikleri başarıyı çalışma alanını genişleterek arttırmak istediklerini söyledi. “Bu çalışmada, yarı 2-boyutlu malzemelerden çok ince tabakalar kullanıldı. Bunu 3-boyutlu döküm malzemelerine kadar genişletmeyi planlıyoruz. Çatlakların ses hızında kırılmasını önleyen kararsızlık, toplu halde 2D’den daha düşük bir çatlak hızında ortaya çıkıyor. Ancak bu mekanizma anlaşılmıyor.” dedi.

Bu mekanizmayı aydınlatmak için ekip; ana çatlağın birçok mikro çatlağa ayrıldığında, kırılgan materyallerin toplu numunelerindeki köklerini anlamak için mikro çatlakların 3-boyutlu fenomenini araştırmayı planlıyor. Karma, “Kuvvet ve deformasyon arasındaki doğrusal olmayan ilişkinin mikro çatlaklı istikrarsızlıkların kökü olduğuna inanıyoruz ve bu sorunu çözebileceğimizi düşünüyoruz” dedi.

Tolga Gümüş

Yıldız Teknik Üniversitesi, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği bölümünde öğrenim gören, bilimin ve teknolojinin ışığında kendisini geliştirmeye çalışan genç bir mühendis adayıyım. İlgi duyduğum farklı kategorilerdeki haber ve yazılarımı sizlerle paylaşacağım.

Benzer Yazıları

  • Bilim Tarihi

Bisiklet Fren Sistemlerinin Evrimi

Bisiklet fren sistemlerinin tarihsel gelişimi, teknoloji ve tasarım yeniliklerinin bir özeti gibi düşünülebilir. İlk bisikletlerde,…

1 hafta önce yayınlandı
  • Haberler

Dünyanın en büyük çift rotorlu yüzer rüzgar platformu tanıtıldı

Çin merkezli MingYang, rüzgar enerjisi sektöründeki liderliğini göstermeye devam ediyor. Firma, son zamanlarda dünyanın en…

2 hafta önce yayınlandı
  • Haberler

Saniyeler içinde şarj edilebilen yeni sodyum batarya geliştirildi

Sodyum, lityuma kıyasla daha bol miktarda bulunmasıyla dikkat çekiyor ve batarya teknolojileri bu potansiyeli keşfetmek…

2 hafta önce yayınlandı
  • Nedir?

Neden Bazı Giysiler Yıkandığında Çeker?

Giysilerimizin yıkandığında boyutlarının küçülmesi, genellikle üzücü bir deneyim olabilir. Ancak tüm giysileri, etiketlerinde belirtilen bakım…

3 hafta önce yayınlandı
  • Haberler

Ultra ince güneş panelleri eklenen avuç içi büyüklüğündeki drone’un uçuş süresi arttırıldı

Avusturya'nın Linz şehrinde bulunan Johannes Kepler Üniversitesi'nden araştırmacılar, avuç içi boyutlarındaki dronelara ultra ince ve…

3 hafta önce yayınlandı
  • Haberler

Suda yüzgeçleriyle yüzebilen, yürüyebilen ve sürünebilen robot geliştirildi

Güney Kore'nin Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden bir ekip, su altında ilerleyebilen ve gerektiğinde dibe…

3 hafta önce yayınlandı