FBE- Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/78
Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, sadece yüksek lisans düzeyinde eğitim vermektedir

Gözat

Yazar "Doğru, Rıdvan" ile FBE- Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Klasik Ve Alternatif Titreşim Yutucuların İncelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015) Doğru, Rıdvan ; Şanlıtürk, Kenan Yüce ; 421209 ; Makine Dinamiği, Titreşim ve Akustiği
    Günümüzde kullanılan makinalarda ve büyük mimarı yapı sistemlerinde karşılaşılan en önemli problemlerden biri istenmeyen titreşimlerdir. Oluşan titreşimler nedeniyle, makinalar gürültülü çalışmakta, çevresine ve makinanın kendisine ciddi zararlar verebilmektedir. Bu titreşimlerin binalar, köprüler ve kuleler gibi büyük yapılarda meydana gelmesi can ve mal kaybına neden olabilmektedir. Bu tarz istenmeyen titreşimlerden uzak durmak için, tasarlanan makinaların ve yapıların maruz kalacağı olası titreşimler incelenerek tasarım aşamasında önlemler alınmaktadır. Böylece sistemlerde oluşabilecek titreşimler engellenmekte ya da kabul edilebilir seviyelere düşürülebilmektedir. Fakat sistemler üzerinde öngörülemeyen nedenlerle ya da ilk tasarımın iyi yapılamaması sonucu istenmeyen titreşimler oluşabilmektedir. Bu titreşimleri engellemek için sistemler üzerinde değişim yapılamaması ya da yapılacak değişimlerin yüksek maliyetli olması, sistemlere sonradan eklenebilen Dinamik Titreşim Yutucusu (DTY) uygulamalarının ortaya çıkmasına neden olmaktadır. DTY, diğer bir deyişle dinamik kütle damperi, dar bir frekans bandında oluşan titreşimleri yok eden ya da azaltan, en basit şekliyle kütle-yay sisteminden oluşan tek serbestlik dereceli bir sistemdir. Daha önceleri kütle-yay sisteminden oluşan DTY'ler, ilerleyen teknoloji ile birlikte kütle-kirişten oluşan DTY sistemleri olarak da tasarlanmış ve birçok alanda kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde bu sistemler daha ileriye götürülerek sıvı hazneli ve manyetik alan etkili sistemler gibi yeni şekillerde tasarlanmaktadır. Bu tez kapsamında, DTY uygulamaları ve DTY olabilecek yeni sistemler hakkında literatürdeki bilgiler, patentler ve ticari uygulamalar incelenmiş, sonrasında ise seçilen üç sistemin etkinliği deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda; en yaygın kullanılan kütle-yay sistemi olan DTY, 800 ve 1200 rpm'lerde harmonik titreşim yaptırılan bir çamaşır makinası modeli üzerinde incelenmiş ve etkinliği deneysel yöntemler ile belirlenmiştir. Yüksek frekanslarda kütle-yay DTY sisteminde oluşan gürültü ve yay bağlantı noktalarının yüksek frekanslarda maruz kaldığı kuvvet doğrultusunda zarar görebilecek olması, farklı DTY sistemlerine yönelmeye sebep olmaktadır. Bu tezde, geleneksel DTY sistemindeki yayın oluşturduğu mekanik etkilerden uzak durmak adına, yay görevi görebilecek ve üzerinde enerji depolayacak alternatif sistemler araştırılmıştır. Araştırma sonucunda kütle-yay sistemli DTY'ye alternatif olarak sıvılı DTY, manyetik DTY, gazlı DTY gibi sistemlerin tasarlandığı belirlenmiştir. Dolayısı ile bu tez kapsamında manyetik DTY ve gazlı DTY sistemlerinin teorik ve deneysel olarak incelenmesine karar verilmiştir. Mıknatısların aynı yükle yüklü kutuplarının birbirlerini itme kuvvetlerinin ve sıkıştırılan gazların sıkıştırılma yönünün tersine uyguladığı basınç kuvvetlerinin, yay kuvvetleri gibi modellenmesi amaçlanmıştır. Mıknatısların itme kuvvetleri ve gazların sıkıştırıldıklarında oluşan basınç kuvvetleri teorik olarak hesaplanmıştır. Bu iki sistemde oluşan kuvvetler, yer değiştirmenin lineer olmayan fonksiyonları şeklindedir. Lineer olmayan kuvvetleri içeren sistemden elde edilen yay direngenlik katsayısının da sabit olmayacağı aşikârdır. Bu tezde, deplasmana bağımlı yay katsayısına sahip olan sistemin belli bir harmonik titreşim yapması durumunda oluşacak eşdeğer yay katsayısı, Harmonik Denge Metodu ile belirlenmiştir. Bu işlem için Fourier dönüşümü (Fast Fourier Transform, FFT) kullanılarak yapılmıştır. İlk çalışmalar Manyetik Dinamik Titreşim Yutucu (MDTY) üzerine yapılmıştır. MDTY sisteminin eşdeğer yay katsayıları mıknatıslar arasındaki mesafenin ve MDTY kütlesinin deplasman genliklerinin fonksiyonu olarak hesaplanmıştır. Daha sonra bulunan eşdeğer yay katsayıları kullanılarak MDTY'nin doğal frekans değerleri hesaplanmıştır. Hesaplanan sonuçlara göre deplasman genlikleri arttıkça, doğal frekans değerinin arttığı; mıknatıslar arasındaki mesafenin artmasıyla ise doğal frekans değerlerinin düştüğü görülmüştür. Bu bilgiler kullanılarak öncelikle MDTY sisteminin kendisi üzerinde hem deneysel ölçümler, hem de teorik hesaplar yapılmış, MDTY sisteminin doğal frekans değerleri deneysel yöntemlerle bulunmuş ve teorik hesaplar ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda, yapılan teorik hesapların doğru olduğu görülmüş ve MDTY sisteminin uygulanmaya hazır olduğuna karar verilmiştir. Daha sonra MDTY sistemi, bir ucu ankastre diğer ucu serbest olan bir çubuk üzerinde, çubuğun 1. doğal frekansına ayarlanmıştır. Çubuğun, MDTY kullanılmadan ve MDTY kullanılarak, deneysel yöntemler ile Frekans Tepki Fonksiyonları (FTF) bulunarak karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda MDTY'nin etkin bir şekilde çalıştığı görülmüş ve çubuğun doğal frekans değerinde beklenen etkiyi sağladığı gözlemlenmiştir. MDTY sisteminden sonra Gaz DTY sistemi üzerinde çalışmalar yapılmıştır. MDTY sisteminde olduğu gibi Gaz DTY sisteminde de öncelikle Gaz DTY içerisinde bulunan havanın eşdeğer yay katsayısı hesaplanmıştır. Literatürde bulunan gaz teorileri kullanılarak hesaplanan kuvvetler sonucu sistemin eşdeğer katsayısının ve buradan bulunan doğal frekans değerinin, MDTY sisteminde olduğu gibi yutucu kütlesinin yapmış olduğu deplasman genlikleri arttıkça artmakta olduğu belirlenmiştir. Ayrıca bu sistemde kullanılan silindir haznenin eksenel uzunluğunun artması ile doğal frekans değerlerinin azaldığı saptanmıştır. Daha sonraki çalışmalarda, Gaz DTY sisteminin doğal frekans değerlerinin deneysel çalışmalar ile doğrulanması yoluna gidilmiştir. Gaz DTY tasarlanırken, sistem kapalı bir hazne ve bu hazne içerisinde, hazneyi 2 eşit bölmeye ayıran bir yutucu kütlesi şeklinde tasarlanmıştır. Bu tasarımda yutucu kütlesi hazne içerisinde, eksenel yönde, hareket edebilmekte ve haznede oluşan 2 bölme arasında hava geçişini engelleyecek şekilde sızdırmazlık sağlamaktadır. Sızdırmazlığın çok önemli olduğu bu sistemde, sistem tamamen kapalı iken yutucu kütlesi üzerinden ölçüm alınamamıştır. Bu nedenle Gaz DTY sistemi 2 kütle ve 1 yaydan oluşan sistem olarak da modellenmiş ve yay katsayısı olarak teorik hesaplarda bulunan eşdeğer yay katsayısı kullanılmıştır. Bu şekilde hesaplanan doğal frekans değeri ile hazne üzerinden alınan ölçümler karşılaştırılmıştır ve teorik hesapların doğruluğu incelenmiş, deneysel ve teorik sonuçlar arasında, kuru sürtünme ve yağlama nedeniyle, bir miktar farklılık görülmüştür. Deneysel veriler kullanılarak Gaz DTY'deki viskoz sönüm oranı hesaplanmış ve %5 mertebelerinde olduğu belirlenmiştir. Daha sonra gaz DTY sistemi, MDTY sisteminde olduğu gibi, bir ucu ankastre diğer ucu serbest olan bir çubuk üzerinde, çubuğun 2. eğilme titreşim moduna ayarlanmıştır. Çubuğun, gaz DTY kullanılmadan ve gaz DTY kullanılarak, deneysel yöntemler ile elde edilen FTF'leri karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda gaz DTY'nin etkin bir şekilde çalıştığı görülmüş, çubuğun söz konusu doğal frekansında hem frekans ayrışması yaratmış, hem de ilgili titreşim modlarına önemli oranda sönüm sağladığı belirlenmiştir. Bu tez kapsamında geleneksel, manyetik ve gazlı DTY'lerin etkinliği incelenmiştir. İncelenen manyetik ve gaz sistemlerinin, geleneksek DTY'ler yerine kullanılabileceği görülmüştür. İncelenen bu sistemler yüksek frekanslarda etkin ve gürültüsüz çalışacak şekilde tasarlanabilir. Ayrıca, bu sistemler aktif kontrol sistemleri için de avantajlar sunmaktadır.