Uçaklar İçin Yorulma Testinin Önemi

Bir önceki yazımda önemli  mekanik test olan darbe deneyini yazmıştım. diğer önemli mekanik test ise yorulma testidir. Bu mekanik testler biz mühendislere malzeme hakkında bilgiler verir. Kullanılacak malzemelerin seçiminde bu mekanik testlerin rolü çok yüksektir.

Bir malzemenin akma dayanımının altında sürekli tekrarlanan gerilmeye (dönme, eğilme, titreşim sonucu olabilir) maruz kalması sonucu kopmasına malzeme yorulması denir. Bu çok önemli bir husustur. Şöyle ki , akma dayanımın altında olduğu için malzeme elastik özellik göstermektedir. Tekrarlanan gerilmeler altında çalışan metalik parçalarda, uygulanan gerilmeler parçanın akma dayanımından küçük olmalarına rağmen, belirli bir tekrar sayısı sonunda genellikle yüzeyde bir çatlak ve bunu takip eden kopma olayına neden olurlar. Bu tür kopmalar yorulma kırılması olarak adlandırılır.

Yorulma test cihazları, standarta uygun şekilde ki numunelerin yorulma ömürlerini diyagram şeklinde çıkartırlar.(uzun formül yapısına girilmemiştir ) Bu diyagramlara Wöhler eğrisi adı verilir. Benim için okuyucuları bilgilendirmek istediğim noktada burasıdır. Malzeme Bilimcileri bu diyagramları nasıl kullanır?

Malzemenin yorulma sınırını tespit etmek için birden fazla numune test edilmelidir. Uygulanan gerilmeye bağlı olarak numune kopuncaya kadar geçen gerilme devir sayısı (S-N) diyagramı (Wöhler Eğrisi) elde edilir. Normal olarak yorulma sınırı  düzlüğe girilen noktadır.

Yorulma Limiti (Fatigue Limit ) veya Dayanma Sınırı (Endurance Limit); demir esaslı malzemelerde normalde 10 üzeri 7 devir olarak tanımlanır. Bu sınırın altında malzeme, muhtemelen kırılmadan sonsuz bir çevrim sayısı kadar dayanabilir.

Yorulmaya etki eden faktörler;

• Gerilme hali: gerilme genliği, ortalama gerilme, iki eksenli gerilme halinin
  varlığı, kayma gerilmeleri vb.
• Geometri: Yorulma çatlağını başlatabilecek ve gerilme yığılmalarına neden
  olan süreksizlerin varlığı
• Malzeme türü: Yorulma ömrü malzeme türüne göre büyük değişiklikler
  gösterebilir.
• Artık gerilmeler: Kaynak, döküm vb. işlemler sonunda oluşan artık
  gerilmeler yorulma ömrünü azaltır.
• İç kusurların boyutları ve dağılımı: Örneğin döküm sonrası oluşan boşluklar
  yorulma ömrünü çok azaltır.
• Yükleme doğrultusu: İzotrop olmayan malzemeler için önemlidir.
• Tane büyüklüğü: Pek çok metal için küçük tane büyüklüğü uzun yorulma
  ömrü anlamına gelir.
• Çevre: Gaz ortamı, korozyon, erozyon vb. gibi çevre şartları yorulma
  ömrünü çok etkiler.
• Sıcaklık: Çok yüksek veya çok düşük sıcaklıklar yorulma ömrünü azaltır.

Üstteki resimde gördüğümüz İngiliz ilk jet uçağıdır.İlk yılını çok başarılı geçirdikten sonra 1953-1954 yıllarında peş peşe 3 kaza yapmıştır ve ardından seferler iptal edilmiştir. 

Sonuç olarak mekanik testler malzeme hakkında bize kılavuzluk ederler. Eğer bütün parametreleri göz önüne alarak sağlıklı bir malzeme seçimi için bütün mekanik testlerin değerlendirilmesi malzemeciler için önemlidir. Bu testlerden en önemlilerinden biri yorulma testidir. Bir çok kaza bu test bilinmediğinden gerçekleşmiştir. Bu test sayesinde bu kazaların ve kırılmaların önüne geçilmiştir.

KAYNAKÇA

• Gazi Üniversitesi Metalurji Ve Malzeme Mühendisliği Yorulma Deneyi pdf
• Askeland D.R. and Phulé P. Pradeep, “The Science and Engineering of Materials”, (International Student Edition), Thomson, 2006.
• Callister W.D. ”Materials Science and Engineering : An Introduction”, John Wiley and Sons Inc., 2005.
• Dieter G.E. “Mechanical Metallurgy”, Mc-Graw-Hill, 1988.
• Schijve J. “Fatigue of Structure and Materials”, Kluwer Academic Publishing, 2004.
• ASM Handbook, “Mechanical Testing and Evaluation”, Volume 8, CD Edition, 2000.
  21