Eklemeli İmalat Yöntemi ile Üretilen Polimer Yapıştırma Bağlantılarında Hasar Davranışlarının Deneysel ve Faz Alanı Yöntemiyle İncelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, eklemeli imalatla üretilen PLA, ABS parçalar ile alüminyum parçalar kullanılarak oluşturulan yapıştırma bağlantılarının mekanik davranışları deneysel ve sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Tek tesirli bindirme bağlantılarında, bağlantıların maksimum yük taşıma kapasiteleri üzerinde yapıştırıcıların, malzeme çiftlerinin ve bindirme uzunluklarının etkileri, Taguchi deney tasarımı gerçekleştirilerek araştırılmıştır. Tek tesirli bindirme bağlantılarında, dört farklı yapıştırıcı (Loctite 406, Loxeal 31-42, 3M 540 ve Weicon RK 1300), yapıştırılan malzeme çifleri (PLA-PLA, PLA-ABS, ABS-ABS ve PLA-Al) ve bindirme uzunluğu (12,5, 25,0, 37,5 ve 50,0 mm) seçilmiştir. T bağlantılarda ise kullanılan farklı yapıştırıcıların ve malzeme çiflerinin (PLA-PLA, PLA-ABS ve ABS-ABS) bağlantı mukavemeti üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel kısımda, farklı kombinasyonlar ile üretilen yapıştırma bağlantı numunelerine çekme testleri uygulanmıştır. Tek tesirli bindirme bağlantılarında elde edilen sonuçlar, Taguchi yöntemi, varyans analizi ve regresyon analizi ile değerlendirilmiştir. Taguchi sonucunda en yüksek kuvvet değeri, PLA-PLA malzeme çifti, 50 mm bindirme uzunluğu ve Loctite 406 yapıştırıcısı kombinasyonunda elde edilmiştir. Varyans analizi sonucu, bağlantı dayanımı üzerinde en etkili faktörün yapıştırıcı türü olduğunu ve bu faktörü bindirme uzunluğu ve malzeme türünün takip ettiğini göstermiştir. T bağlantılarında ise en yüksek dayanım ABS-ABS malzeme çifti ve Weicon RK 1300 yapıştırıcısı ile oluşturulan bağlantıda elde edilmiştir. Çekme testleri sonucunda bağlantılarda adhezyon hasarı, kohezyon hasarı, karışık hasar ve malzeme hasarı gibi farklı hasar türleri gözlemlenmiştir. Sayısal analizlerde ise tek tesirli bindirme ve T bağlantısı hasar analizleri ABAQUS programında faz alanı hasar modeli ile gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Faz alanı ile kuvvet-yer değiştirme eğrilerinde maksimum kuvvet tek tesirli bindirme bağlantısında %1,2 hata ve T bağlantısında ise %1,5 hata ile tahmin edilmiştir. Faz alanı modeli, çatlak başlangıcı ve ilerlemesini önceden tanımlamaya gerek duymadan başarıyla simüle edebilmiş ve deneysel bulgularla uyumlu sonuçlar vermiştir. Bu tez, yapıştırma bağlantılarında farklı malzeme, bindirme uzunluğu ve yapıştırıcı kombinasyonlarının etkilerini sistematik olarak inceleyen ve faz alanı yönteminin bu tür uygulamalarda kullanılabilirliğini gösteren özgün bir çalışma olarak literatüre katkı sağlamaktadır.In this thesis study, the mechanical behavior of adhesive joints formed using PLA and ABS parts produced by additive manufacturing, along with aluminum parts, was investigated through both experimental and numerical methods. In single-lap joints, the effects of adhesives, material pairings, and overlap lengths on the maximum load-bearing capacities of the joints were analyzed using the Taguchi design of experiments. Four different adhesives (Loctite 406, Loxeal 31-42, 3M 540, and Weicon RK 1300), bonded material pairs (PLA-PLA, PLA-ABS, ABS-ABS, and PLA-Al), and overlap lengths (12.5, 25.0, 37.5, and 50.0 mm) were selected for the single-lap joints. For T-joints, the influence of different adhesives and material combinations (PLA-PLA, PLA-ABS, and ABS-ABS) on joint strength was examined. In the experimental phase, tensile tests were performed on adhesive joint specimens produced with different combinations. The results obtained from single-lap joints were evaluated using the Taguchi method, analysis of variance (ANOVA), and regression analysis. According to the Taguchi analysis, the highest load was achieved with the PLA-PLA material pair, 50 mm overlap length, and Loctite 406 adhesive. ANOVA results indicated that the most influential factor on joint strength was the type of adhesive, followed by overlap length and material type. For the T-joints, the highest strength was observed in the ABS-ABS material pair bonded with Weicon RK 1300 adhesive. Various failure modes such as adhesive failure, cohesive failure, mixed failure, and material failure were observed in the joints as a result of the tensile tests. In the numerical analyses, damage simulations for single-lap and T-joints were conducted using the phase-field damage model in ABAQUS, and the results were compared with the experimental findings. The phase-field model predicted the peak load in the force–displacement curves with an error margin of 1.2% for single-lap joints and 1.5% for T-joints. The model successfully simulated crack initiation and propagation without the need for predefined crack paths and produced results consistent with experimental observations. This thesis makes an original contribution to the literature by systematically examining the effects of different combinations of materials, overlap lengths, and adhesives in adhesive joints and demonstrating the applicability of the phase-field method in such applications.