LEE- Makina Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Yazar "Bulut, Cihat Oytun" ile LEE- Makina Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeHareketli yüklere maruz çatlaklı yapıların dinamik analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-09-23) Bulut, Cihat Oytun ; Kurt, Habiboğlu, Serpil ; 503112025 ; Makina MühendisliğiHasarlı olsun ya da olmasın, hareketli yük altındaki yapılar geleneksel araştırma alanlarındandır. Mühendislik yapılarına savunma, uçak-uzay sanayinde, köprüler ve krenlerde, demir yolu mühendisliği gibi çok çeşitli alanlarda rastlanmaktadır. Hareketli yük probleminin incelenmesi, mühendislik yapılarının servis ömürlerinin öngörülmesi ve yapıların stabilitelerinin belirlenmesine olanak sağlaması bakımından son derece önemlidir. Hareketli yük altındaki çatlaklı yapıların dinamik analizi birçok araştırmacı ve bilim insanı tarafından incelenmiştir. Bazı araştırmacılar yapının dinamik davranışının belirlenmesine odaklanırken bazıları ise yapının dinamik tepkisi üzerinden çatlakların tespiti konusunda çalışmışlardır. Bu çalışmada hareketli yük etkisi altındaki hasarlı yapıların dinamik davranışı incelenmiştir. Bu kapsamda, çatlak derinliği, çatlak lokasyonu gibi çatlakla ilgili özelliklerin yanı sıra hareketli yükün kütlesinin ve hızının da yapının düşey doğrultudaki yer değiştirmelerine etkileri detaylı olarak araştırılmıştır. Çalışmayı bölüm bazında incelemek gerekirse, 1. bölümde hareketli yük etkisi altındaki çatlaklı yapılar hakkında literatürdeki mevcut bilgiler taranmış olup bir özet şeklinde bu bilgiler sunulmuştur. Hareketli yüklere maruz çatlaklı yapılarla ilgili teorik, deneysel ve SEM ile yapılan çalışmalar incelenmiş, hareket denklemlerinin elde edildiği farklı yöntemler ele alınmıştır. Bölümün sonunda çalışmanın amacı belirtilmiş ve tez planı açıklanmıştır. Çalışmanın 2. bölümünde teorik model oluşturulmuş ve numerik örneklerle model detaylı olarak incelenmiştir. Çatlak çeşitlerinin sınıflandırılması yapılmıştır. Çalışma kapsamında enine ve açık çatlak içeren kirişler ele alınmıştır. Hareketi yöneten diferansiyel denklemin elde edilmesinde yararlanılan yardımcı fonksiyonlardan Dirac delta fonksiyonu ve dik fonksiyonlar anlatılmış, ortogonalite ve ortonormalite prensiplerinden bahsedilmiştir. Yapı dinamiğine ait temel kavramlar özetlenmiştir. Hareket denklemleri Duhamel integrali ile çözülmüştür. Bu nedenle bu bölümde Duhamel integrali teorik olarak açıklanmış, tek serbestlik dereceli bir sistemde Duhamel integrali sayısal olarak hesaplanmıştır. Hareket denklemlerinin direk sayısal integrallenmesi ve tek serbestlik dereceli sistemin lineer olmayan tepkisi de incelenmiştir. Newmark metodu detaylı olarak açıklanmıştır. Doğrudan integrasyon metotları ise özet şeklinde verilmiştir. Bu çalışmada SEM ile analizde Newmark doğrudan integrasyon metodu kullanılmış olup her koşulda stabil olan ortalama ivme metodu ele alınmıştır. Hareketli kütlenin çatlaklı kiriş üzerindeki hareketi esnasında oluşan zamana bağlı çökmeler farklı sınır şartlarını haiz kirişlerde incelenmiştir. Bu bağlamda çatlaklı konsol kiriş, çatlaklı basit mesnetli kiriş ve çatlaklı ankastre mesnetli kiriş araştırılmıştır. Öncelikle hareketi yöneten denklemler elde edilmiş ve Duhamel integrali ile hareket denklemleri çözülmüştür. MATLAB'da oluşturulan kodla numerik çözümler yapılmıştır. Hareket denklemleri çift çatlaklı konsol kiriş için elde edilmiş ve üç çatlaklı konsol kirişe uyarlanmıştır. Farklı çatlak derinliği ve çatlak lokasyonlarına sahip muhtelif çatlak senaryoları numerik olarak incelenmiş ve kirişteki çökme-zaman grafikleri çizdirilmiştir. Çatlaklı basit mesnetli ve çatlaklı ankastre mesnetli kirişler için farklı çatlak konfigürasyonlarında detaylı bir inceleme yapılmıştır. Analizlerde iki farklı hareketli kütle ve üç değişik hız ele alınmıştır. Bölümün sonunda deneysel çalışmadan elde edilen verilerle numerik çalışmaya ait veriler karşılaştırılmış, toplam ortalama hata yüzdesi hesaplanmıştır. Deney verileri ile numerik çalışma sonuçlarının yakınsadığı tespit edilmiştir. Hasarlı konsol kiriş, hasarlı basit mesnetli kiriş ve hasarlı ankastre mesnetli kiriş için elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Sonlu elemanlar metodu ile dinamik analizin gerçekleştirildiği 3. bölümde yararlanılan analiz metodu açıklanmıştır. ANSYS programı kullanılarak çift çatlaklı konsol kiriş, çift çatlaklı basit mesnetli kiriş ve çift çatlaklı ankastre mesnetli kirişlerin modal analizi gerçekleştirilmiştir. Çatlaklı yapıların birinci, ikinci ve üçüncü mod şekilleri elde edilmiştir. Çatlaklı kirişlerin frekansları belirlenip çatlaksız durumlarla kıyaslanmış ve frekans oranları hesaplanmıştır. ANSYS'te yapısal dinamik analizin adımları detaylı olarak anlatılmıştır. Bölüm sonunda SEM ile elde edilen sonuçlarla deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Veriler çizelge olarak paylaşılmış, modelin gerçeğe çok yakın olduğu görülmüştür. Ayrıca numerik, SEM ve deneysel çalışma ile elde edilen çökme verileri karşılaştırmalı grafikler şeklinde verilmiştir. 4. bölümde deneysel çalışma detaylı olarak açıklanmıştır. İTÜ Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği'ne ait Güç, Hareket ve Proses Kontrol (Rockwell Automation) Laboratuvarında deneyler icra edilmiştir. Deneylerde kullanılan kirişlerdeki çatlaklar CNC makinasında oluşturulmuştur. Kütleye hareket A/C elektrik motoru ile verilmiştir. Sürücü üzerindeki düğme ile hız ayarı yapılabilmektedir. Kütle ile motor arasındaki bağlantı ip ile sağlanmıştır. Hareket esnasında motorun sabit ve ipin gergin kalmasına azami dikkat edilmiştir. Kütlenin çatlaklı kirişin bir ucundan diğer ucuna hareketi esnasında kiriş altına yerleştirilen lazer sensörleri aracılığıyla elde edilen deplasmanlar kontrolör üzerinden bilgisayara aktarılmaktadır. Lazer sensörler düşey konumda destek ile sabitlenmiştir. Verilerin elde edilmesinde RSLogix5000 programı kullanılmıştır. Veriler belirlenen örnekleme zamanları ile düşey yer değiştirme (cm) zaman (s) şeklinde .xls formatında elde edilmiştir. Deneylerde kullanılan kirişler lama profilde olup malzeme olarak yapı çeliği seçilmiştir. Çatlak konfigürasyonları numerik ve SEM'de kullanılan senaryolarla aynıdır. Deneyler çift çatlaklı konsol kiriş, çift çatlaklı basit mesnetli kiriş ve çift çatlaklı ankastre mesnetli kirişler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçların numerik ve SEM çalışmaları ile elde edilen sonuçlarla örtüştüğü gözlemlenmiştir. Tezin son bölümü olan 5. bölüm, yapılan çalışmaların özeti ve elde edilen verilerin yorumlanması niteliğindedir. Hareketli yüklere maruz çatlaklı yapıların dinamik davranışına çatlak derinliğinin, çatlak pozisyonunun, hareketli yükün kütlesinin ve hızının etkileri tartışılmıştır. Son olarak, yapılan çalışmaların değerlendirilmesi ile birlikte gelecek çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.