Many of the engineering failures are caused by fatigue. Fatigue failure can be defined as the tendency of a material to fracture by means of progressive brittle cracking under cyclic stresses. Because mechanical components usually experience cyclic loading during their operation, fatigue failure prevention is the foremost design requirement. Fatigue strength, thus structural performance, can greatly be increased through design optimization. Hence in this study, the general objective is to maximize the fatigue life of structures.Firstly, high cycle fatigue assessment models for homogeneous materials were investigated. Then, they were applied to predict fatigue lives of spot welded specimens. Reliability of these models depends on accurate calculation of the cyclic stress and strain states within the structure. For this purpose, a nonlinear finite element analysis was carried out taking into account plastic deformations, residual stresses developed after unloading, and contacting surfaces. Among the general purpose fatigue models, Coffin - Manson and Morrow?s mean stress models were found to correlate best with the experimental data. After that, a parametric study on fatigue strength of spot weld joints was conducted. The design variables considered in this study that were known to affect the strength of spot weld joints were sheet thickness, spot weld nugget diameter, number of spot welds, and the joint type as exemplified in tensile shear (TS), modified tensile shear (MTS), coach peel (CP), and modified coach peel (MCP) specimens. The results provide designers with some guidelines to foresee the impact of design changes on fatigue strength of spot weld joints.Secondly, a methodology was proposed to find the optimum locations of spot welds and the optimum overlapping length of the joined plates for maximum fatigue life. Minimum weld-to-weld and weld-to-edge distances recommended by the industry were considered as side constraints. The total strain life equation was used to predict the fatigue life. In order to use this model, the strain state in the structure developed under cyclic loading was calculated. Nelder-Mead (Sequential Simplex) was employed as the search algorithm in the optimization procedure. A number of problems were solved to demonstrate the effectiveness of the proposed method.Finally, a methodology was developed to optimize composite laminates subject to in-plane loads for maximum fatigue life. For this purpose, a parametric fatigue life prediction model, proposed by Fawaz and Ellyin, was coupled with a global optimization technique called Direct Simulated Annealing (DSA). Fiber orientation angles were chosen as design variables. A computer code was developed in ANSYS parametric language and results were obtained for different configurations and loading conditions.

Yorulma mühendislik arızalarının en önemli nedenlerinden biridir. Yorulma, tekrarlı yüklere maruz kalan malzemelerde zamanla çatlakların ve daha sonrada kırılmaların oluşması olarak tanımlanabilir. Makina parçalarının çalışmaları esnasında genel olarak tekrarlı yüklere maruz kalmalarından dolayı, yorulmanın önlenmesi en önemli tasarım gereğidir. Yorulma dayanımı ve dolayısıyla yapısal performans, tasarım eniyilemesi yardımı ile büyük ölçüde artırılabilir. Sonuç olarak bu çalışmada temel amaç, yapıların yorulma ömrünü azamiye çıkarmaktır.İlk olarak, homojen malzemeler için, yüksek tekrarlı yorulma modelleri incelenmiştir. Daha sonra, bu modeller punta kaynaklı numunelerin yorulma ömürlerinin hesabında kullanılmıştır. Sözkonusu modellerin güvenilirlikleri, yapının içerisinde oluşan yorulma gerilmesi ve deformasyonların doğru hesaplanmasına bağlıdır. Bu nedenle; plastik deformasyonların, yüklemenin kaldırılması ile ortaya çıkan artık gerilmelerin ve temas yüzeylerinin etkilerinin de dikkate alındığı doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Genel amaçlı modeller içerisinde, Coffin-Manson ve Morrow'un ortalama gerilme modellerinin deneysel sonuçlar ile benzerlik gösterdikleri bulunmuştur. Daha sonra, punta kaynaklı numunelerin yorulma davranışlarının incelenmesi üzerine bir parametrik çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada, punta kaynaklı numunelerin dayanımına etkisinin olduğu düşünülen metal kalınlığı, punta kaynağının çapı, punta kaynağı sayısı ve geometri (ele alınan numune geometrileri TS, MTS, CP ve MCP olarak adlandırılıyorlar) tasarım değişkenleri olarak dikkate alınmıştır. Sonuçlar, tasarımcılara tasarım değişkenlerinin punta kaynaklı numunelerin yorulma dayanımlarına etkisi üzerine bilgiler sunmaktadır.İkinci olarak, yorulma ömrünü azamiye çıkarmak amacıyla punta kaynaklı palakalarda punta kaynaklarının optimum yerleşimlerini ve plakalardaki temas uzunluğunu bulan bir metodoloji tasarlanmıştır. Sanayi tarafından önerilen punta kaynakları arasında ve punta kaynağı ile metal plakanın kenarları arasında olması gereken minimum mesafe değerleri kısıtlamalar olarak dikkate alınmıştır. Yorulma ömrü tayini için toplam plastik gerinim denklemi kullanılmıştır. Sözkonusu bu denklemi (modeli) kullanabilmek için, tekrarlı yada yorulma yüklemesine maruz kalan bir numunedeki gerinim durumu hesaplanmıştır. Eniyileme yönteminde, arama algoritması olarak Nelder-Mead (Sequential Simplex) kullanılmıştır. Önerilen yöntemin etkinliğini göstermak amacıyla farklı problemler incelenmiştir.Son olarak, yine yorulma ömrünü azamiye çıkarmak amacıyla düzlem yüklere maruz kompozit plakaların eniyilemesi için bir metodoloji geliştirilmiştir. Bu amaçla, parametrik yorulma ömrü öngörü modeli olan Fawaz & Ellyin modeli genel bir eniyileme yöntemlerinden biri olan Direct Simulated Annealing (DSA) ile birleştirilmiştir. Tasarım değişkeni olarak elyaf yönlenme açıları seçilmiştir. Bu maksatla ANSYS'in parametrik dili kullanılarak bir bilgisayar kodu geliştirilmiştir ve farklı yapılandırma ve yükleme durumları için sonuçlar elde edilmiştir.