S235 çelik profillerinde eğilme davranışının farklı zımba geometrileriyle deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Abstract

Yüksek mukavemet-ağırlık oranları ve üstün enerji sönümleme karakteristikleri, ince cidarlı elemanları otomotiv ve savunma sanayii gibi yapısal güvenliğin ve ağırlık optimizasyonunun öncelikli olduğu sektörlerde temel bileşenler haline getirmiştir. Bu parçaların operasyonel performansını belirleyen en kritik faktör, genellikle maruz kaldıkları kompleks eğilme yüklemeleri altındaki yapısal kararlılıklarıdır. Bu gereksinimler doğrultusunda, süneklik ve rijitlik dengesiyle öne çıkan S235 (St-37) yapı çeliği, endüstriyel tasarımlarda stratejik bir malzeme olarak tercih edilmektedir. Bu çalışma kapsamında, ince cidarlı S235 yapı çeliği profillerin elastik ve plastik deformasyon sınırlarını belirlemek amacıyla Üç Nokta Eğme Testi (3-PBT) yöntem olarak seçilmiş; bu yükleme altındaki mekanik davranışlar farklı süreç parametreleri dikkate alınarak deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Kare kesitli profiller için üç farklı zımba geometrisi temel değişken olarak belirlenmiş olup, sabit destek aralığında bu parametrelerin eğilme direnci ve deformasyon karakteristiği üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Malzemenin anizotropik davranışını ve gerçek çalışma koşulları altındaki limit durumlarını doğru tahmin edebilmek amacıyla nümerik modellemelerde Hill-48 plastisite yaklaşımı kullanılmıştır. Elde edilen deneysel veriler ile sonlu elemanlar analizi sonuçları karşılaştırılarak, kullanılan malzeme modelinin S235 profillerin taşıma kapasitesini ve geri esneme (springback) davranışlarını tahmin etme performansı ortaya konmuştur. Bu bütüncül yaklaşım, ince cidarlı çelik elemanların yapısal güvenlik sınırlarının ve enerji absorpsiyonu kapasitelerinin daha hassas bir şekilde belirlenmesine katkı sağlamaktadır.

High strength-to-weight ratios and superior energy absorption characteristics have made thinwalled elements fundamental structural components in sectors where structural safety and weight optimization are prioritized, such as the automotive and defense industries. The most critical factor determining the operational performance of these components is their structural stability under complex bending loads, to which they are frequently subjected. In line with these requirements, S235 (St-37) structural steel, which stands out with its balance of ductility and rigidity, is preferred as a strategic material in industrial designs. Within the scope of this study, the Three-Point Bending Test (3-PBT) was selected as the methodology to determine the elastic and plastic deformation limits of thin-walled S235 structural steel profiles. The mechanical behaviors under this loading condition were investigated experimentally and numerically, considering various process parameters. For the square cross-section profiles, three different punch geometries were defined as the primary variables, and the effects of these parameters on the bending resistance and deformation characteristics of the material were analyzed at a constant support span. To accurately predict the anisotropic behavior of the material and its limit states under real operating conditions, the Hill-48 plasticity approach was employed in numerical modeling. By comparing the experimental data with the finite element analysis results, the performance of the implemented material model in predicting the load-bearing capacity and springback behavior of S235 profiles was demonstrated. This holistic approach contributes to a more precise determination of the structural safety limits and energy absorption capacities of thinwalled steel elements.