Çekme testi malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla yapılır. Malzeme veya mukavemet denilince belki de ilk akla gelen mühendislik malzemelerinin gerilme-birim şekil değiştirme grafiğidir. Bu grafik çekme testi sonucu elde edilmekle beraber malzeme hakkında ve mühendislik hesaplamalarında sık kullanılan kıymetli bilgiler sunmaktadır. Bu bilgiler malzemenin akma, çekme, kopma mukavemet değerleri, Elastisite modülünü, sünekliği/gevrekliği, tokluğu, rezilyansı hakkında nicel ve nitel bilgiler sunmaktadır. Kısaca bu kavramları açıklarsak;
Akma Mukavemeti: Malzemelerin elastik şekil değiştirme sınırıdır. Başka bir değişle malzemeler de Hooke kanunun geçerli olduğu son noktadır. Bir başka tanımda malzemelerin elastik şekil değişiminden plastik şekil değiştirmeye geçtiği noktadır. Metalik malzemelerde bu nokta çoğunlukla bellidir. Belli olmaması durumunda ise şu şekilde belirlenir;
Birim şekil değiştirme oranın %0.2 olduğu nokta belirlenir ardından grafiğin çok az düz bir doğru gibi ilerlediği kısım belirlenir ve bu doğruya paralel doğru çizilir ve eğriyi kestiği bölgedeki gerilme malzeme için akma değeridir.
Çekme Mukavemeti: Malzemenin dayanabildiği en yüksek yük değerindeki mukavemet değeridir. Bu bölgeden sonra malzemede akma başlar ve artık geri dönüşümsüz deformasyon meydana gelmiştir.
Kopma Mukavemeti: Adından da anlaşılacağı üzere malzemede kopmanın meydana geldiği gerilme değeridir.
Elastisite Modül: Hooke bölgesinde kalan eğrinin eğimidir. Rijitliğin/Katılığın bir göstergesidir. Bu değer ne denli yüksek olursa malzemenin de rijitliği de o oranda yüksektir.
Bazı temel mühendilik malzemelerinin elastisite modülleri aşağıda verilmiştir.
Eçelik=200-210 Gpa
Ealüminyum=60-75 Gpa
Etitanyum=105-116 Gpa
Emagnezyum=45-97Gpa
Tokluk: Malzemenin darbe karşısında ne kadar enerji depolayabildiğinin göstergesidir. İki tiptir; Statik ve Dinamik tokluk olmak üzere
Statik tokluk çekme testi sonucunda elde edilen gerilme-birim şekil değiştirme grafiğinin altında kalan alandır.
Dinamik tokluk ise Charpy/İzod darbe deneyleri ile belirlenir bunların teferruatına burada girilmeyecektir.
Sünek malzelerden beklenen en önemli özelliklerden biridir. Kaza sonucunda veya herhangi bir olumsuz durum sonucunda sisteme zarar gelme durumu var ise bu durumda bu bölgelerde tokluğu yüksek olan malzemeler tercih edilmelidir.
Rezilyans: Hooke bölgesin malzemenin ne kadar bir enerji absorbe edebildiğinin göstergesidir. Yani elastik şekil değişimi ile malzeme tarafından absorbe edilen maksimum enerji miktarıdır.
Süneklik/Gevreklik: Bu kavram ise nitel bir kavram olmakla beraber kırılma yüzeyi ve malzemenin çekme testi sonucunda boyun verip vermediğine bakılarak karar verilir. Boyun verdiyse sünek vermeden kırıldıysa (ki bu kırılma 45 açıyla meydana gelir genelde) malzemenin daha gevrek malzeme olduğu söylenebilir.
Bu kavramları açıkladıktan sonra asıl konuya geçmek gerekirse burada çekme testi bilgisayar ortamında nasıl yapılacağıdır. Bu amaçla ben ANSYS programını kullanacağım sizler istediğiniz veya ara yüzüne hakim olduğunuz diğer sonlu elemanlar yazılımlarını kullanabilirsiniz.
Test Numunesi silindirik olmakla beraber standartlarda belirtilen boyutları değişik olmaktadır. Benim kullanacağım standart numune örneği aşağıda mevcuttur;
Test numunesini CATIA ile modellenmiş şekli aşağıda verilmiştir.
Ansys programından Static Structural modülünü kullanacağız. Catia ile modellediğimiz bu numune örneğini Step dosya formatında kaydedip Ansys Workbench’e import edelim. Ardından mesh kısmına gelerek genel bir mesh atalım. Mesh kısmına tıklayıp Relevance kısmını 100 olarak değiştirelim. Relevance Center kısmını da fine olarak ayarlayalım. Ardından update işlemi gerçekleştirilir ise oluşan şekil ve eleman sayısı aşağıda verilmiştir. Element Size kısmını da 1 mm olarak değiştirelim.
Şekilde görüldüğü gibi bu bölgeleri adlandıralım.
Eşdeğer birim şekil değiştirme durumu.
Eşdeğer gerilme durumu.
Toplam deformasyon/uzama miktarı.