LEE- Katı Cisimlerin Mekaniği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Çıkarma tarihi ile LEE- Katı Cisimlerin Mekaniği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeHigh cycle fatigue life estimation in frequency domain using multi input multi output Q-T matrix method(Graduate School, 2019-12-19) Topak Kula, Emel ; Mugan, Ata ; 503171502 ; Solid Mechanics ; Katı Cisimlerin MekaniğiComponent failures due to vibrational fatigue damage is a common problem in automotive industry. There are many studies in literature to predict the fatigue life of vehicle components. It is reported that frequency domain fatigue life estimation methods (FDFEMs) have advantages over time domain approaches. In this study, FDFEMs are applied to vibrational fatigue problems having multi inputs and multi outputs (MIMO). In particular, high cycle fatigue life estimation problem was considered and S-N diagrams were mainly employed in analyses. Input-output relations are obtained in frequency domain using the Q-T matrix method that enables using a reduced order model in frequency domain. The Q-T matrix method for MIMO system representation is convenient to obtain transfer functions between selected input and output degrees of freedom (DOFs) considering the cross-correlations among the DOFs. Following, popular FDFEMs such as Narrow Band Approximation, Tovo- Benasciutti, Zhao and Baker, and Dirlik Methods are applied to some critical components in a truck chassis based on MIMO Q-T matrix models. The FDFEMs considered in this study can be classified as narrow band (namely, Narrow Band Approximation) and wide band (namely, Tovo- Benasciutti, Zhao and Baker, and Dirlik Methods) processes. Comparisons are made with the Ncode solutions and experimental results. It is concluded that the FDFEMs associated with the MIMO Q-T matrix method yield accurate fatigue life estimations and their CPU times are much less than those of full order models. In this thesis, it is analyzed how to get the transfer functions between accelerations of input DOFs and accelerations of critical DOFs of some critical parts. Q-T matrix method is a convenient method to obtain transfer functions of critical locations on a vehicle using some chassis input locations, from inputs' power spectral density (PSD) to outputs' PSD. Acceleration values at each input point are measured by an accelerometer. Output PSDs are obtained by Q-T matrix method and turned into stress values. Q-T matrix method which is entegrated with FDFEMs can be applied to random excitation and MIMO problems in frequency domain. Due to the accuracy of results and consideration of cross-coupling effects, Q-T matrix method was preferred in this study. Due to the fact that knowledge of input force is not neccesary, operational modal analysis can be implemented. Therefore, it is cheaper and faster compared to experimental modal analyses. The Frequency Response Functions (FRFs) used in the formulations of Q-T matrix method were obtained by finite element models. To this end, Nastran software was used to obtain FRFs. Nonetheless, the FRFs could be obtained by experimental modal tests in which multiple shakers should be employed. Applicability of this study is in real-time and on-board for heavy duty truck is investigated. The instrumentation of a heavy duty truck produced by Otosan was completed, accelerometers were attached to the critical locatons of the truck chassis. Then, the Raspberry Pi controller was used for computational tasks. The thesis was a part of a Tubitak Ardeb project focusing on merely vibrational fatigue damage. Besides the truck use case, this study is feasible also for other complicated structures such as airplanes, ships, buses and otomobiles. All algorithms for this study, first, was written in Matlab for Ardunio. Later, this algorithms were converted to Python codes for Raspberry Pi as Python is free software, which means cost reduction. The developed approach was applied to a heavy duty truck chassis. The critical components that were examined in this study were the exhaust muffler bracket and fuel tank bracket. Experimental verifications were made on test roads and vibration test bench excited by shakers. The validation of computational models, mathematical derivations and programs were made by making comparisons with numerical results of Ncode software and experimental tests. It is observed that although the input excitations (namely, forces) were wide band processes, the chassis dynamic behaves like a filter and the PSDs of stresses at selected locations on the chassis were found to be narrow band processes. It was surprising that the fatigue life estimations at critical locations obtained by the Dirlik method which was originally developed for wide band processes yielded larger errors than those of the Narrow Band Approximation which was originally developed for narrow band processes. It is also noteworthy that the computational load of the Narrow Band Approximation is lower than that of the Dirlik method.
-
ÖgeAnalysis of tube spinning process(Graduate School, 2021-07) Sarıyarlıoğlu, Eren Can ; Bakkal, Mustafa ; Music, Omer ; Solid Mechanics ProgrammeTube spinning is a continuous bulk-forming process used to produce seamless, cylindrical, conical and contoured tubes. Over the last six decades, tube spinning process has been applied in a wide range of engineering applications; especially in automotive, aerospace and nuclear industry. However, the process has seen little change, and despite a large volume of literature investigating the process, understanding of the process mechanics is limited and the key references have been published about 50 years ago. This thesis aims to provide an insight into tube spinning process and its process mechanics, looking into mechanism of deformation, subsequently using this insight to explain phenomena observed in tube spinning. To do this, tube spinning was investigated in detail using three different theoretical investigation methods. To understand the effects of process parameters on tube geometry in terms of tube geometry: bell-mouth, material accumulation and wave phenomena, a set of physical trials was performed with varying process parameters: feed ratio, reduction ratio, staggered spinning and lubrication. The results show that bell-mouth, material accumulation and wave increase with an increase in feed ratio and reduction ratio, number of passes and decrease when staggered roller setup is used. However, the results indicate that there is no relationship between friction (lubrication) and dimensional accuracy. Also, to give insights into the mechanics of tube spinning process, numerical and analytical modelling approaches have been developed. The process is investigated using a numerical model with an implicit time integration and Lagrangian scheme. Full tube model and a set of fast angular segment tube models have been developed and validated against physical trials in terms of tube profile and forming forces. According to the tube profile comparison between the model and physical trial, the results show that the model agrees with the physical trial to within %97.
-
ÖgeMechanical properties of boron nanotubes( 2021-11-05) Çalışkan, Emre ; Kırca, Mesut ; 503191531 ; Solid Mechanics ; Katı Cisimlerin MekaniğiBoron nanotubes (BNTs) which can be considered as structural analogs of carbon nanotubes (CNTs) and boron nitride nanotubes (BNNTs) offer remarkable mechanical, electrical, and chemical properties. As the building unit of BNTs, boron, the fifth element in the periodic table, is the lightest elemental substance that can form interatomic covalent bonds possessing multiple bonding states, which in turn provides a variety of allotropes with diverse physical and chemical properties. BNTs exhibit metallic behavior regardless of their chirality and diameters, which renders them extremely attractive in the design of novel electronic nanodevices, such as field-effect transistors, light-emitting diodes, field emission displays. In these applications, mechanical properties play a significant role since the mechanical strain is usually employed to adjust the electronic properties of the BNTs. Therefore, mechanical properties, such as tensile strength and elastic Young's modulus, of the boron nanotube structures hold significant importance. In literature, most of the theoretical studies regarding the boron nanotubes are based on the first-principles density functional theory calculations. As an alternative approach, reactive molecular dynamics can provide accurate and quick results depending on the accuracy of the force field. Furthermore, unlike density functional theory calculations, molecular dynamics can be used to investigate large systems. In the present study, boron nanotubes are simulated using reactive molecular dynamics simulations. Although this method has been extensively practiced for borophene, to the best of our knowledge, it has not been used to simulate BNTs yet. We created 10 different BNTs with different vacancy ratios ranging between 0 and 0.33 in two different chiral directions, zigzag and armchair. Simulations are conducted for different diameters, lengths, and aspect ratios using four different strain rates and three different temperatures, 1, 300, and 600 K. We conducted tensile tests to inspect the mechanical properties. Mechanical properties and thermal stabilities of BNTs are highly dependent on their vacancy ratio, atomic configuration, and chirality. Our results indicate that BNTs with exhibit highly anisotropic behavior. Young moduli and ultimate tensile stress of nanotubes are generally two times higher in the zigzag direction, yet the ultimate tensile strain is two times higher in the armchair direction, except for some configurations. Stiffness and strength in general decrease while the vacancy ratio and temperature increase. The potential energy difference per atom due to the bond order is the main root of the defect formation. Some structures exhibit plastic behavior owing to stable bond formations during tensile. We believe that our study will drive further research for BNTs using classical molecular dynamics since it will allow large-scale simulation and modeling. Their vacancies can be exploited for several applications such as hydrogen storage. Thermal properties, nanocomposites with BNTs can be subject to future studies.
-
ÖgeEnergy absorption and deformation mechanisms of triply periodic minimal cellular hybrid structures(Graduate School, 2022-02-11) Deniz, Alper ; Kırca, Mesut ; 503181519 ; Solid MechanicsOne of the fields in which TMPS are aimed to be employed is energy absorption owing to their cellular topologies. As a result, studies show that some types are superior in acoustic and some other types have superior heat resistance. Some of the recent studies aim to create hybrid formulations in some ways like changing density gradient or function modifications etc. For instance, recent studies in tissue engineering aim to find hybrid designs which meet the requirements to use them as bones in medical applications. This study proposes by showing the energy absorptions with deformation mechanics of hybrid structures that obtained from common TMPS in order to guide the researches to choose which model in certain applications.This study aims to show a systematic design -including FE model- of hybrid structures and their energy absorption abilities with deformation mechanics comparison in purpose of finding the possibility to use hybrid models instead of basic functions in some areas including public and private safety issues.
-
ÖgeHalloysite nanotüp ve nano kauçuk parçacık takviyeli epoksi imalatı ve mekanik karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-02) Pir, İnci ; Tüfekci, Ekrem ; 503201501 ; Katı Cisimlerin MekaniğiBu çalışmada halloysite nanotüp (HNT) takviyeli epoksi kompozit, CTBN (carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile) kauçuk takviyeli epoksi kompozit ve hem HNT hem CTBN kauçuk takviye edilmiş epoksi kompozit malzemeler üzerine çalışmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalar kapsamında epoksi matrisli kompozit malzemelerin mekanik karakterizasyonunun sayısal yöntemlerle, deneysel yöntemlerle ve taramalı elektron mikroskobu ile yapılması amaçlanmıştır. Birinci bölümde kompozit malzemelerin kullanım alanları, bu çalışma kapsamında kullanılan takviye malzemeleri olan HNT ve CTBN kauçuk hakkında ve matris malzemesi olan epoksi reçine hakkında bilgilendirme yapılmıştır. HNT ve CTBN kauçuk takviyelerinin epoksi matris üzerindeki etkileri literatürden araştırılmış ve bu bölümde sunulmuştur. Ayrıca bu bölümde, kompozit malzemelerin mekanik karakterizasyonu için kullanılan sayısal ve deneysel yöntemlerden bahsedilmiş ve literatürde kullanılan yöntemler ve bu çalışmada kullanılan yöntemler hakkında yapılan literatür araştırmasına yer verilmiştir.
-
ÖgeAğsız yöntem uygulamalarında kullanılması için yeni radyal temel fonksiyonlar önerilmesi ve önerilen fonksiyonların karakteristik davranışlarının belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-17) Bilgen, Ahmet Can ; Altınkaynak, Atakan ; 503181518 ; Katı Cisimlerin MekanigiAğsız yöntemler, ilk kez 1970'li yıllarda ortaya çıkmış ve yaklaşık elli yıldır mühendislik problemlerin sayısal çözümü için kullanılan bir yöntemdir. Ağsız yöntemler, çözüm bölgesine ağ yapısı oluşturmak yerine tanımlı düğüm noktaları oluşturarak sonuçlar elde etmeyi amaçlar. Ağ yapısı gerektirmemesi, büyük deformasyon problemlerini daha sağlam bir şekilde ele alabilmesi, yüksek dereceli sürekli şekil fonksiyonlarına ve yerel olmayan enterpolasyon karakterlerine hassasiyeti olmaması ve 3 boyutlu yapılar için uygun olması, bu yöntemin avantajları olarak sayılabilir. Noktasal radyal temel fonksiyon yöntemi, ağsız yönteme dayanmaktadır. Kısmı diferansiyel problemlerin çözümü için ağ yapısının olmaması ve programlamadaki esneklikten dolayı karmaşık ve düzensiz geometrilerde bile çekici bir çözüm tekniğidir. Hem sınır koşulları hem de diferansiyel denklemi sağlamak için çözüm bölgesindeki noktalar arasındaki uzaklığa bağlı olarak radyal temel fonksiyonlar ile yaklaşık olarak elde edilen özel çözüm, aynı zamanda problemdeki denklemin çözümü olur. Birden fazla radyal temel fonksiyon türü vardır. Problem yaklaşımında doğruluk ve yakınsaması için radyal temel fonksiyonların seçimi önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, ağsız yöntemlerde kullanılması için radyal özelliğe sahip yeni temel fonksiyonlar önerisinde bulunulmuştur. Önerilen radyal temel fonksiyonları, dört farklı mühendislik sayısal probleminin çözümü için kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar ile ağsız yöntemlerde sıklıkla kullanılan Gauss ve Ters Multikuadrik radyal temel fonksiyonları ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak, radyal özelliğe sahip yeni temel fonksiyonların karakterislik davranışları incelenmiştir. Yapılan sayısal deneylerin sonucunda, önerilen Sinüs, Tanh, Sech ve Sech Seri Açılımı radyal temel fonksiyonlarının Gauss ve Ters Multikuadrarik fonksiyonlara kıyasla daha az nokta sayısın daha düşük hata mertebeleri elde ettiği görülmüştür. Ayrıca, Sinüs 5.Seri Açılım radyal temel fonksiyonun dışındaki diğer önerilen fonksiyonlar ise Ters Multikuadrik ve Gauss fonksiyolarının farklı nokta sayıları ile elde edilen hata değerlerinde göstermiş oldukları davranışa benzer davranışlar gösterdiği gözlemlenmiştir. Sinüs, Sinüs Seri Açılımı, Tanh Seri Açılımı ve Sech Seri Açılımı radyal temel fonksiyonlarının, Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonlara kıyasla, nokta sayısında artışı ile aynı mertebedeki hata değerleri elde edilebilmesi için daha geniş bir aralıkta kullanılabilecek şekil parametresi seçilebileceğini göstermişlerdir. Ayrıca, Tanh ve Sech radyal temel fonksiyonları ise Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonlar ile farklı şekil parametre değerlerinde elde ettiği hata değerlerine benzer değerler elde ettikleri gözlemlenmiştir. Akış probleminde ise, şekil parametresinin hata değeri üzerinde göstermiş olduğu etki, Sinüs 5.Seri Açılım radyal temel fonksiyonu dışında önerilen diğer fonksiyonlar ile Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonlarla benzer davranışları göstermişlerdir. Bu sonuçlar neticesinde, önerilen Sinüs 5.Seri Açılım radyal temel fonksiyonu dışındaki diğer önerilen tüm fonksiyonlar, Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonları yerine ağsız yöntem uygulamalarında alternatif olarak kullanılabileceğini göstermişlerdir.
-
ÖgeGauss tipi olmayan ve durağan olmayan yükleme koşullarının frekans uzayında yorulma ömrü tahminine etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-28) Baldan, Tarık ; Muğan, Ata ; 503181514 ; Katı Cisimler MekaniğiGünümüzde ürün geliştirme süreçleri müşterilerin konfor ve güvenliği açısından önem teşkil etmektedir. Ürün geliştirme birimleri en az maliyetli tasarımı kullanıcının konforunu ve güvenliğini sağlayacak şekilde tasarım ve üretim süreçlerini ilerletmeyi hedeflerler. Tasarlanan sistemin üretim ve işletme maliyetine göre bazı sistemlerde anlık hasar incelemesi bile yeni geliştirilen yöntemlerdendir. Ürün geliştirme süreçlerinde simülasyon destekli tasarım geliştirme yöntemi sıkça kullanılır. Havacılık, ulaşım ve taşımacılık gibi sektörlerde üretilen ürünler genellikle titreşim yüklerine maruz kalırlar. Titreşim ve titreşime bağlı yorulma bu sektörlerde en çok karşılaşılan problemler arasındadır. Yapısal sistemlerde meydana gelen yorulma hasarı hem kullanıcı için risk taşırken hem de bakım ve onarım maliyetleri açısından zarara sebep olur. Yorulma hasarından kaçınmak için sistemin veya bileşenin yorulma hasarına karşı dayanıklı bir malzeme ile üretilmiş veya yorulma hasarının üstesinden gelecek bir tasarıma sahip olması gerekmektedir. Mekanik sistemlerin yorulma hasarını öngörmek amacıyla fiziksel teste veya sayısal yöntemlere dayalı birçok yöntem geliştirilmiştir. Fiziksel testler genellikle zaman ve maliyet açısından verimsiz yöntemlerdir. Fiziksel testleri mümkün olan en az tekrar sayısı ile gerçekleştirmek gerekmektedir. Bu nedenle tasarım süreçleri genellikle sayısal yöntemler ile ilerletilir ve yalnızca final tasarım ile fiziksel testler gerçekleştirilir. Ürün geliştirtirme süreçlerinde en sık başvurulan sayısal yöntemlerden biri sonlu elemanlar analizleridir (SEA). Sonlu eleman analizleri ile bir mekanik yapının statik ve dinamik birçok davranışını öngörmek mümkündür. Ürün geliştirme süreçlerinde sonlu elemanlar yöntemleri kullanılırken fiziksel test verilerinden de faydalanılır. Fiziksel test verileri sonlu elemanlar analizinde girdi olarak kullanılabilirler. Bu tez çalışması kapsamında sonlu elemanlar analizlerinin yanı sıra fiziksel test uygulamalarına veri toplama ve işleme yöntemlerine de başvurulmuştur. Bu tez çalışması kapsamında rastgele yükelemelerin genel özelliği olan gauss tipi olmama ve durağan olmama durumunun frekans uzayında yorulma ömrü hesabına etkisi incelenmiştir. Literatüre bakıldığında zaman uzayında yorulma analizlerinin uzun süredir kullanılan yöntemler olduğu ancak frekans uzayında yorulma analizlerinin son yıllarda hızlı gelişim gösterdiği görülmüştür. Bu hızlı ilerlemeye rağmen frekans uzayında yorulma analizi yöntemlerinde gelişime açık alanlar olduğu belirtilmektedir. Tez çalışması sırasında Ford Otosan Eskişehir Fabrikası ağır ticari araç test pistinden toplanan titreşim sinyalleri incelenmiş ve bu sinyallerin gauss tipi olmadığı ve durağan olmadığı belirlenmiştir. Test verilerinden faydalanarak benzer özelliğe sahip veriler üretilmiş ve korunumlu titreşim testlerinde kullanılmışlardır. Test çalışmalarında ileri seviyede veri toplama yöntemleri uygulanmış ve sonlu elemanlar analizi çalışmalarını doğrulamak amacıyla bu veriler işlenmiştir. Doğrulanan sonlu elemanlar modelleri ve zaman uzayında yorulma yöntemleri parametreleri ile yüz adet farklı sinyal kullanılarak sinyalin basıklık ve yatıklık parametrelerinin frekans uzayında yorulma analizine etkisi incelenmiştir.
-
ÖgeHibrit üç yönlü periyodik minimal yüzeyli üç boyutlu grafen yapıların mekaniği ve tasarımı(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-28) Yılmaz, Osman Furkan ; Kırca, Mesut ; 503191514 ; Katı Cisimler MekaniğiBu tez kapsamında da henüz literatürde incelenmemiş olan, üç yönlü periyodik minimal yüzeylerin hibritleştirilmesi ile oluşan yüzeylerdeki grafen yapılarının mekanik özellikleri incelenerek hibrit olmayan modelleri daha efektif bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağı üzerinde çalışılmıştır. Üç yönlü periyodik minimal yüzeylerin oluşturulması ve sonrasında bu yüzeye uygun üç boyutlu grafenin elde edilmesi, az sayıda model için "Surface Evolver" gibi programlar ile gerçekleştirilebilse de bu tez kapsamında çok farklı parametrelerle oluşturarak birçok hibritleştirilmiş yüzey için daha efektif bir çözüm gerekmektedir. Bu nedenle, parametrik üç boyutlu modelleme ve eleman ağı oluşturma yeteneklerinden ötürü Rhino Grasshopper uygulaması kullanılmasına karar verilmiştir. Program üzerinde yüzey geometrisi denkleminden üç boyutlu grafenin atom koordinatlarının elde edilebileceği bir yapı oluşturulmuştur. Bu yapı aynı zamanda atom koordinatlarının periyodik sınır koşuluna uygun olması ve bağ uzunluklarının iteratif yakınsaması gibi özellikleri de sağlamak üzere düzenlenmiştir. Nano boyuttaki yapıları incelemek için deneysel çalışmalar ve bilgisayar simülasyonları seçenekleri bulunmaktadır. Deneysel çalışmaların gerçekleştirmenin pahalı olması ve uzmanlık gerektirmesi gibi nedenlerden dolayı, çok fazla örnek kullanılarak deneylerin gerçekleştirilmesi ilk seçenek olmamaktadır. Bilgisayar simülasyonları ise tekrarlanabilir, ucuz ve daha kontrol edilebilir olmaları nedeniyle ön plana çıkmaktadırlar. Ayrıca grafen ve karbon tabanlı nano yapılar için literatürde hem deneysel hem de simülasyonun tabanlı birçok çalışma olması, deneyler ile simülasyonların tekrar tekrar doğrulanmasını sağlamış ve bu sayede bilgisayar simülasyonları için kullanılan metodolojiyi güvenli bir seçenek olarak konumlandırmıştır. Bu nedenlerden ötürü bu çalışma kapsamında bilgisayar simülasyonları kullanılmıştır.
-
ÖgeOptimization of CFRP prepreg composite rim by using MOGAII Genetic algorithm(Graduate School, 2022-06-30) Kuşkıra, Berkay ; Bakkal, Mustafa ; 503171516 ; Solid MechanicsIn the automotive industry, lightweight design is of great importance, as in other industries. Especially in performance vehicles, different material technologies have become widespread with the development of simulation and production techniques. Automotive rims are an example of these structures. Lighter rims can be obtained by using composite materials. This thesis study was carried out in order to determine the most suitable lamina sequence and number that will ensure the strength of the automobile rim under various loads, which is aimed to be developed within the scope of Carre Wheel Design Company's composite wheel development project. In the study, a 19-inch diameter and 8.5-inch wide ten-spoke rim were used as a reference. A plain weave and resin-impregnated fabric prepreg material were used in the composite wheel. The composite wheel was designed according to ETRTO standards using CATIA V5 software and the required reference surfaces for analysis were obtained. The rim is designed with a metallic plate and is inserted in the hub joint area. The finite element model of the rim was modeled with Hypermesh software. Radial, cornering, and torsion loads are applied to the composite wheel model. For the analysis to be carried out using the MSC Nastran solver, the prepreg material card was used as MAT8 in the model, and the definition of composite laminate was made with PCOMP cards. Rim optimization was performed with MOGAII (Multi Objective Genetic Algorithm II) provided by the modeFrontier software. In the optimization study conducted with elitism, ply orientation and ply number were used as input variables. In the multi-objective optimization study, minimization of the maximum deformation and minimization of the total composite mass were performed. The maximum Tsai-Wu failure index value was defined for three different load cases as constraints. A total of 60 generations of evolutionary optimization were carried out with the initial population produced with the Sobol design of experience algorithm. The Pareto front set was created from the designs obtained as a result of 60 generations. The created Pareto set was analyzed with linear multi-criteria decision making and genetic algorithm multi-criteria decision making methods. The analysis of the design with the highest grade was repeated and the results were shown.
-
ÖgePeek matrisli polimer kompozit temelli insan omurga implantı geliştirilmesi ve granül ekstrüzyon yöntemi ile eklemeli imalatı(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-13) Bilgen Bağcı, Merve ; İrez, Alaeddin Burak ; 503181509 ; Katı Cisimlerin MekanigiOmurga insan vücudunun önemli parçalarından biridir. İnsan gövdesi ve baş arasında bir köprü görevi görerek insanın ayakta dik şekilde durmasını sağlar. Omurga üzerinde bulunan hareketli eklemler sayesinde öne, arkaya, sağa, sola ve dönme hareketlerini yapmamızı sağlar. Bu hareketlerin yapılabilmesi için omurgada bulunan eklemlerin, bağların, disklerin ve kasların birbiri ile uyumlu çalışması gerekmektedir. İnsan omurgası 33 omurdan meydana gelmektedir. Kafatasının altından başlayarak kuyruk sokumuna kadar devam eder. Omurgada 7 adet servikal omur, 12 adet torasik omur, 5 adet lomber omur ve 9 adet sakrum ve koksal omurdan oluşmaktadır. Omurganın ilk 24 omuru üzerlerinde bulunan eklemler sayesinde hareketli iken geri kalan 9 adet omur hareketsizdir. Omurga implantları sırt ağrısı, skolyoz, dejeneratif disk bozuklukları ve omur kırıklarının olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için kullanılan yapılardır. Omurga implantlarının ana işlevi, şekil bozukluklarını düzeltmek, omurganın stabilitesini güçlendirmek, geliştirmek ve iki omurun kaynaşmasını kolaylaştırmaktır. Omurganın maruz kaldığı gerilmeler göz önüne alındığında geliştirilecek implant malzemesinin mekanik açıdan yeterli dayanıma sahip olması gerekir. Ek olarak, biyouyumluluk spinal implantlardan beklenen temel bir özelliktir. Bu açıdan titanyum alaşımları ve bazı gelişmiş polimerler implantlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Ti ve Ti alaşımları bio-uyumlu ve korozyona dayanıklı olmasından dolayı omurga implantlarında yaygın şekilde kullanılan malzemeler olmasına rağmen, imalat nedenli problemlerden dolayı vücut sıvısı ile Ti alaşımlarının kimyasal reaksiyona girebilme ve dolayısıyla toksik etkiye neden olması riski görülebilmektedir. Toksik etkilerin görülmesinin önüne geçmek için bu çalışmada implant materyalinin matrisi olarak PEEK (Polieter Eter Keton) kullanılmasına karar verilmiştir. Ayrıca, karbon nanotüp (CNT) gibi karbon bazlı takviyeler kullanılarak implant matrisinin kırılma tokluğu ve darbe sönümleme özelliklerinin geliştirilmiştir. İmplant malzemesi olarak kullanılacak bu kompozit malzemesinde %1 k oranında CNT kullanılmıştır. Ayrıca mikro mekanik malzeme modeli olan Mori Tanaka yöntemi ile implant malzemesi olarak kullanılacak kompozit malzemenin katılık matrisi elde edilmiştir. PEEK ve CNT malzemelerinin homojen bir şekilde karıştırılabilmesi için İTÜ ARC merkezinde bulunan Kökbir marka çift vidalı bir ekstrüder kullanılmışıtr. Karıştırılan bu malzemelerden filament elde edilmiştir. Daha sonrasında da üretilen filamentler kesici bıçaklar yardımıyla granül hale getirilmiştir. Bu granüller ile granül beslemeli olan Yuzumi markasına ait bir üç boyutlu yazıcı kullanılarak kompozitlere ait deney numuneleri üretilmiştir. Deney numuneleri kullanılarak kompozitlere ait mekanik karakterizasyonlar yapılmıştır. Bu işlemlere paralel olarak, lumbar omurganın L4 omurunun maruz kaldığı yüklemeler yapılan literatür araştırmaları sonucunda belirlenmiştir. omurlardaki gerilme hesabı yapılacaktır. Geliştirilen implantın bu gerilmeleri karşılamaya yönelik tasarımı omur gövdesi rekonstrüksiyon ameliyatlarında kullanılan LFS (Lateral Fiksasyon Sistemi) uygulamasına uygun olacak şekilde yapılmıştır. Sonlu elemanlar ortamında bir insanın günlük aktivesi olarak yaptığı ayakta durma, ayakta duruken sağa dönme, ayakta dururken arkaya esneme ve ayakta dururken sağa doğru eğilme hareketlerinin sınır koşulları tanımlanarak sonlu elemanlar yöntemiyle yapısal analize tabii tutulmuştur. Yapılan analiz sonucunda elde edilen maksimum Von Mises değerleri, ayakta duruken 21.61 MPa , ayakta dururken sağa doğru dönme durumunda 22.89 MPa, ayakta dururken arkaya doğru esneme durumunda 30.78 MPa ve ayakta duruken sağa doğru eğilme durumunda 30.52 MPa'dır. Ayrıca 2020 yılında yapılan benzer bir çalışma ile karşılaştırma yapılabilmesi için 400N basma kuvveti altında dört durum için tekrar analizler yapılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda tez kapsamında tasarımı yapılan implant geometrisi ve geliştirilmiş malzeme formülasyonunun daha başarılı olduğu ortaya çıkmıştır. Eklemeli imalat ile üretilen numunelere çekme testi, basma testi ve üç nokta eğme testi uygulanmıştır. Basma testi sonuçları dışındaki tüm testlerde CNT takviyesinin saf PEEK malzemesinin çekme ve gerinim gibi mekanik özelliklerini beklenenin aksine iyileştirmediği görülmüştür. Ayrıca üç nokta eğme testinde filamanın akış yönünün etkisi de incelenmiştir. Her iki malzemede de filamentin akış yönü numune boyunca olduğunda gerilme ve birim deformasyon gibi mekanik özellikleri iyileştirdiği gözlenmiştir.
-
ÖgePolipropilen malzemelerde mekanik özellikler ve geometrik boyutlandırma için proses parametrelerinin deney tasarımı, duyarlılık analizleri, istatistiksel analizi ve optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-01) Ballı, Yasin ; Altay, Oğuz ; 503171519 ; Katı Cisimlerin MekaniğPlastic materials are in a large part of our lives with the advantages and various disadvantages they provide in today's industrial components. With the growing interest in the products offered by the plastics industry, studies on technologies related to the production of plastic materials have increased and production methods that provide different advantages have been developed. It has become one of the most preferred production methods thanks to the ease of production provided by plastic injection molding and the possibilities it provides with mass production possibilities in high quantities. In the plastic injection molding method, which is based on the principle that the plastic raw material in granular form is melted and takes the shape of the closed volume it fills, the production process is completed when the product becomes solid. The structure in which the molten material solidifies and takes the shape it is in is called the injection mold. Although the mold designed for each product is different, the molds can be used in different injection machines. Mold design can be manufactured from different steels depending on the desired quality in the final product. In summary; it is expected that there is a cavity in the form of the desired part in the injection mold and that the melt is injected into this cavity in a fast and uniform manner, cooled and taken out of the mold. The effect of the process that takes place in the mold and on the injection bench is great in terms of the geometric dimensions, mechanical properties and desired quality of the product coming out of the mold. Therefore, the process must be kept under control in order to provide the desired properties of the final product. In order to control the process, it is necessary to understand the effect of the parameters used on the product and to understand the nature of the process. Although these processes are modeled with various simulation programs today, it can be seen that the models and the real product do not act conjugately, and it is seen that there are more deviations in this approach if the part sizes are large. In the studies conducted in the literature, they mentioned that real PvT variation diagrams cannot be measured during part production with plastic injection molding and they aimed to examine the effect of process conditions on distortion and PvT variation diagrams based on PvT measurements made under standard conditions. During the study, the injection temperature, the holding pressure, the temperature at the end of the holding pressure and the cooling liquid flow rate were investigated with an experimental design at 4 levels. Simulation was carried out with the generated DOE and it was claimed that while the injection temperature had a high effect on the specific volume, it had little effect on the distortion, and the specific volume decreased non-linearly due to the decrease in the cooling flow. In another study, it was aimed to determine the best alternative for plastic injection moldability index with polypropylene raw material. For the DOE created in the study, using the Taguchi and FAHP methodology, the case of warping, cloaking and underfilling on the piece was examined. The study was carried out in a simulation environment for a 1 mm thick plate and was experimentally controlled. The runner inlet type, injection time, cooling time, ironing pressure and melt temperature were controlled at 3 levels, and it was claimed that the moldability index of 10 trials for simulation and 5 trials in experimental trials was high in 18 trials. In the study carried out in 2020, life calculation under static and dynamic loads under notched and unnotched condition with short fiber reinforced PA6-20CF raw material on a thin-walled piece was investigated. The study was carried out by comparing simulation and experimental studies with two different model proposals. After the study, it was observed that there was a 13.7% deviation between the simulation and experimental trials. Front-loading washing machines are widely used in today's world. It aims to meet customer demands with the capacities and spin cycles it provides, and customer satisfaction and product demands are increasing with new technologies added day by day. In order to meet the increasing demands, the producers are increasing their capacity and the competitive market is getting harder day by day with the emergence of new producers. Therefore, manufacturers should update themselves in accordance with current technology and production standards. In this study, it is aimed to come to the forefront in the competitive market by improving production. With this study, it is aimed to improve the production conditions of the plastic part in the drive group in order to avoid contact with the bellows, which provides the connection between the drive group and the body group for the washing machine. It is aimed to examine the mechanical effects of the behavior of the plastic parts in the drive group under production conditions and the reactions they show under operating conditions with an optimization approach, to compare them with each other and to optimize the production parameters and take the most suitable sample. In this way, it is targeted to optimize the mechanical behavior and the change in geometric dimensions on the part, and to eliminate the situations such as abrasion, laundry tear or smoke formation that the customer may encounter. When the process parameters studied in the literature research and the previous studies of our production unit are evaluated, the parameters to be examined in this study are determined as cooling time, ironing pressure, injection speed and speed-pressure transition time. The lower and upper limits determined for the cooling time were 40 sec and 50 sec. It was observed that when the pressure was taken under 40 seconds, the part was bled, and when it was exceeded 50 seconds, the cycle time was unnecessarily prolonged. Ironing pressure limits are determined as 60 bar and 75 bar. When the production is made under 60 MPa, the volumetric shrinkage has distorted the part size. The injection speed was chosen between 30 mm/s and 38 mm/s. Incomplete injection occurred when the pressure was below the lower limit, and when the pressure was over 38 mm/s, burns occurred on the part. It is determined as 45 mm and 60 mm for the velocity-pressure transition position. The experimental design undertaken in this study was created by the response surface experimental design method. The analyses were carried out with the statistical approaches and relations obtained by Minitab. Optimization study was carried out in line with certain objectives by evaluating the parameters and the interactions between the outputs as a result of the study. The outputs obtained at the end of the study were compared with the situation before the study and the improvement levels were revealed. It is an experimental design used to determine the most important factors that are effective during a process. With the scan design, fewer attempts can be made to isolate fewer parameters that affect process quality. They are experimental designs that include the estimation of complex relationships among the identified factors and the main factor effects. The importance of factors and interactions can be understood with full factorial designs. In the experimental design known as response or response surface designs, instead of linear models to make the outputs more understandable, curvilinear models are created depending on the factors used and the surface optimization of the response output can be performed. The most commonly used response surface is the experimental design. Center response surface designs are factorial or fractional factorial design with center points enriched with a group of axial points (also called star points) that allow you to estimate curvature. The Box-Behnken design is a type of response surface design that does not include the previously studied factorial design. In the simplest mixing test, the response (product quality or performance according to some criteria) depends on the relative proportions of the ingredients (ingredients). A Taguchi design is a designed experiment that allows you to choose a product or process that works more consistently in the work environment. Taguchi designs recognize that not all factors that cause variability can be controlled. These uncontrollable factors are called noise factors. Taguchi designs attempt to identify controllable factors (control factors) that minimize the influence of noise factors. It has been revealed that the most effective single parameter in dimensional changes is the injection speed, and it has been shown that the effect of cooling time, holding pressure and velocity-pressure transition position respectively decreases. It was determined that the most effective bilateral relationship was multiplication of cooling time parameter and holding pressure parameter. It has been shown that multiplication of cooling time and injection rate is a factor in the interaction at a similar rate. It has been shown that the most effective single parameter on the mechanical properties is the velocity-pressure transition position, followed by the effect of injection speed, holding pressure and cooling time, respectively. It has been revealed that the most effective dual relationship is multiplication of cooling time and speed-pressure transition position. When all the requirements are taken into consideration, it has been shown that the most effective single parameter is the injection speed, and then the efficiency of the speed-pressure transition position is stated proportionally. It has been revealed that the most effective bilateral relationship is multiplication of cooling time and holding pressure. In the dimensional changes, it was observed that the values went to the undesirable region in some regions, while an improvement was observed at variable rates in certain regions. While the greatest improvement in mechanical properties was observed in the modulus of elasticity by 11%, no significant difference was observed in the impact energy. When the process duration before and after optimization is compared, the process cycle time was reduced from 73.5 seconds to 63.1 seconds, resulting in 14% improvement.
-
ÖgePlastik malzemelerde üretim parametrelerinin malzeme dayanımına etkisinin incelenmesi, optimizasyonu ve çamaşır makinesi kapak kancasına uygulanması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-01) Bolat, Ermiş ; Altayi Oğuz ; 503191507 ; Katı Cisimler MekaniğiPlastikler, düşük maliyetlerle yüksek mekanik özelliklere ulaşabilmesi, seri üretime uygunlukları ve geri dönüştürülebilirlik özellikleriyle endüstrinin birçok alanında kullanılmaktadır. Maliyet iyileştirme projelerinde, yeterli dayanım sağlandığı koşullarda akla ilk gelen malzeme çeşidi olarak plastik malzemeler gündeme gelmektedir. Çamaşır makinelerinin de bir çok bölgesinde plastik malzeme kullanılmaktadır. Rekabetin üst seviyeye ulaştığı beyaz eşya sektöründe geçmişten günümüze olan sürece bakıldığında maliyetlerin önem kazandığı ve plastik malzeme kullanımının arttığı görülmektedir. Gelişen teknolojiler ve elde edilen bilgi birikimleri ile yapılan analizler plastik malzemelerin kullanımının önünü açan bir etken olarak rol almaktadır. Plastik enjeksiyon ile üretim, seri üretime uygunluk ve karmaşık geometrilerin üretilebilirliği açısından en çok tercih edilen üretim yöntemlerinden birisidir. Plastik enjeksiyonda çok fazla parametre olması, üretim sonucunda elde edilen ürünün de kalitesinde farklılıklar oluşturmaktadır. Geliştirilen Moldflow analizleri sayesinde bu zorluklar aşılıp büyük zaman kayıplarından kurtularak gerçeğe yakın simülasyonların elde edilmesi mümkün hale gelmektedir. Özellikle fiber katkılı malzemelerin enjeksiyon davranışlarının yalnızca tecrübelerle tahmin edilmesinin zor olması, Moldflow analizlerinin önemini arttırmaktadır. Plastik enjeksiyon prosesi malzemenin dayanımı üzerinde de önemli bir etkiye sahip olmaktadır. Üretilen parçanın içinde malzemenin dağılımına göre farklı bölgelerde farklı dayanım değerlerine ulaşılabilmektedir. Moldflow analizleri ile enjeksiyon koşullarının belirlenmesi ile enjeksiyon sonrası parçanın geometrik, ölçüsel ve görsel kalitesinin tahmin edilmesinin yanı sıra dayanım özellikleri hakkında yorumlara xxiv Sensitivity: Public ulaşmak da mümkün olabilmektedir. Özellikle fiber katkılı malzemelerin parça içindeki fiber dağılım ve yönlenmeleri, parçanın bazı bölgelerinde dayanım artışını sağlarken bazı bölgelerde de zayıflamalara neden olabilmektedir. Yapılacak analizlerle parçanın spesifik bir bölgesinde, parçanın karşılaştığı zorlanma yönündeki dayanımının analiz ile elde edilebilmesi tasarımcıya gerçek parçada oluşacak sonuçları simüle edebilme imkanı sağlamaktadır. Çalışmada çamaşır makinesinin ön kapak gruplarında plastik kanca kullanımı amaçlanmıştır. Mevcut zamak malzemenin verdiği dayanıma cam fiber katkılı malzemenin vereceği zorlanmaya maruz kalan kritik bölgedeki dayanım artışı ile ulaşarak daha ucuz malzeme kullanımına ulaşmak istenmiştir. Çamaşır makinesinin çalışma koşullarında karşılaştığı kritik yüklenme durumu ortaya konularak yapısal analizle parçanın kritik bölgesinde maruz kaldığı gerilme değerleri belirlenmiştir. Sonrasında plastik kanca için yapılan prototip kalıp üzerinde farklı bölgelerdeki yolluk girişleri analiz edilerek optimum yolluk girişi bölgesi belirlenmiştir. Enjeksiyon koşullarında girdi olan parametreler değişken olarak tanımlanarak bu parametrelerin parça dayanımına ve diğer proses çıktılarına etkisi incelenmiştir. Her bir proses üzerinde ayrı ayrı çalışılarak karma etkiler de yorumlanmıştır. Bilgisayar ortamında yapılan çalışmalar tamamlandıktan sonra deneysel bir çalışma kurgulanıp uygulamaya sokulmuştur. Öncesinde Moldflow üzerinde yapılan proses çalışmaları enjeksiyona uygulanacak bir program halinde planlanıp prototip kalıp üzerinden baskılar alınmıştır. Alınan baskıların fiber dağılımları ışık mikroskobunda incelenerek fiber çapları ve uzunlukları ölçülmüş, fiber dağılımları Moldflow çıktılarıyla karşılaştırılmıştır. Daha sonra her bir prosesten 5'er adet numune çekme testine tabii tutularak kırılma değerleri not alınmış, grafiksel olarak Moldflow üzerinden alınan dayanım değerleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak malzemenin kritik yüklenme durumunda %50 cam fiber katkılı poliamid malzemenin en zayıf bölgesinde oluşan fiber yönlenmesi ile zamak malzemeden elde edilen kırılma performansına ulaştığı görülmüştür. Yapılan çalışma teorik modelleme, sayısal simülasyonlar ve deneysel doğrulama adımlarını içermektedir.
-
ÖgeÇok eksenli yorulma durumunda eşzamanlı ve asenkron yüklemeler için hasar ve ömür kestirim yöntemlerinin incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-07) Bulca, Burak Uğur ; Altay, Oğuz ; Muğan, Ata ; 503181520 ; Katı Cisimlerin MekaniğiGünümüzde, mühendislik alanında en çok karşılaşılan ve hasara sebebiyet veren problemlerin başında yorulma gelmektedir. Yorulma, tekrarlı veya değişken yüke maruz kalan yapıların hasara uğrama eğilimi olarak tanımlanabilir. Genellikle yorulma hasarı, malzemelerin akma dayanımlarının altında olan büyüklükteki yükler sebebiyle gerçekleşir. Tasarım yapılırken tekrarlı ya da değişken bir yükün varlığı, her zaman öncelikle yorulma etkisini göz önünde bulundurmayı gerektirir. Mühendisliğin faaliyet gösterdiği alanlara bakıldığında ise aslında birçok durumda yapıların bu tarz yüklere maruz kalması kaçınılmazdır. Sektörel olarak bakıldığında havacılık, otomotiv, denizcilik, demiryolu taşımacılığı ve inşaat sektörü gibi kısacası hayatın her alanında karşılaşılabilir olan bu durum, özellikle dönen ve güç aktarması gereken her türlü mekanizma ve yapının öncelikli problemi olmuştur. Bu problem yalnızca teknik açıdan değil, gerek maliyet düşürme odaklı tasarımların geliştirilmesi, daha hafif ve kullanımı kolay ürünlere olan ihtiyaç ve ortaya çıkabilecek muhtemel kusurlar dolayısıyla insan hayatını doğrudan etkileyebilecek bir öneme sahiptir. Bu sebeple tasarım süreçlerinde, parçanın fonksiyonel olarak kullanılacağı süre boyunca tekrarlı yüklere ne kadar ve hangi şiddette maruz kalacağı, bu parçanın ya da yapının ne kadarlık kullanım ömrüne ihtiyacının olduğu ve eğer gerekli ise düzenli bakım ve servis şartlarının nasıl olması gerektiğinin önceden belirlenmesi gerekmektedir. Dönen ve güç aktaran yapıların maruz kaldıkları dış yükler, genellikle yapı üzerinde farklı yönde gerilmeler oluşturmaktadır. Tek eksenli yorulma deneyleriyle geliştirilmiş malzeme yorulma eğrileri ve çözüm yaklaşımları, bileşik gerilmeye maruz kalan yapıların ömür tahmini hesapları için yetersiz kalmaktadır. Özellikle yüklerin tesiri sırasında aralarında faz farkı bulunması yorulma hasarı hesaplarını oldukça zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, çok eksenli yüklere maruz kalan yapıların ömür tahmini konusu özel bir konu olarak ele alınmaktadır. Tezin temel amacı ise mevcut bileşik gerilme durumlarında ömür tahmin yaklaşımlarını incelemek, literatürdeki tamamlanmış deney verileri yardımıyla ticari yazılımlar kullanılarak eşzamanlı ve faz farklı yükleme durumlarında en doğru sonuç veren yaklaşımı tespit etmek ve ömür tahmin yöntemlerinin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarını kıyaslayarak karşılaşılabilecek farklı problemler için takip edilebilir bir çözüm yöntemi sunmaktır. Literatür araştırmasında, çok eksenli yorulma durumları için oldukça çeşitli ve geniş kaynaklar bulmak mümkündür. Bu yaklaşımlar birim şekil değiştirme bazlı, gerilme bazlı ya da enerji bazlı olacak şekilde sınıflandırılabilir. Yorulma konusunun karmaşık bir problem olmasından dolayı uzun yıllardır süren araştırmalar sonucunda net bir yargıya varılamamış olduğu gözükmektedir. Bu yaklaşımların yanı sıra bileşik gerilme durumunda malzeme davranışlarını daha detaylı inceleyen ve daha isabetli ömür tahmini yapılmasını sağlayan lokal plastisite yaklaşımları ve onların matematiksel modellerinden bahsedilmiş, karmaşık yükler için uygulanan Rainflow çevrim sayma yöntemi gösterilmiş ve toplam hasarın tespiti için kullanılan Miner-Palmgren kuralı açıklanmıştır. Çalışma kapsamında, Prof. Dr. Jan Papuga'nın araştırmalarında yer alan deney verileri SolidWorks, Hypermesh, ABAQUS ve FEMFAT yazılımları yardımıyla bilgisayar ortamında modellenmiş ve farklı ömür tahmini yaklaşımlarıyla analiz edilmiştir. Ortalama gerilme değerinin sıfır olduğu senkron ve farklı faz açılarındaki asenkron yükleme sonuçları detaylıca incelenmiş, ayrıca ortalama gerilme varlığının yorulma ömrüne olan etkileri gerek senkron gerekse asenkron yükleme durumlarında karşılaştırılmıştır. FEMFAT yazılımı içerisinde, farklı bileşik gerilmeli yorulma durumları için kullanılan hesaplama yöntemleriyle elde edilen sonuçlar deney verileriyle kıyaslanmıştır. Yaklaşımların ömür tahmini sonuçları üzerinden metotların isabetliliği ile güçlü ve zayıf yanları gösterilmiştir. Son bölümde ise elde edilen sonuçlar hakkında genel yorumlar ile çalışmanın gelişime açık yanları ele alınmıştır.