LEE- Makina Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19371

Gözat

Biyokütle-kömür karısımlarının yanmasının incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-12) Canal, Cansu Deniz ; Böke, Yakup Erhan ; Benim, Ali Cemal ; 503132025 ; Makina Mühendisliği

Fosil yakıtlardan enerji üretiminin çevresel etkileri konusundaki endişelerin artması, daha sürdürülebilir enerji üretme araçlarının geliştirilmesine ve kullanılmasına yol açmıştır. Bu gelişmeye, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerjinin ulusal ve uluslararası enerji arzındaki payının artırılması da katkı sağlamıştır. Tarihsel olarak, yenilenebilir enerji kaynakları nispeten yüksek maliyetleri ve yüksek teknik riskleri nedeniyle fosil enerji ile rekabet etmekte zorlanmışlardır. Biyokütlenin geleneksel kömür yakıtlı kazanlarda kömür ile birlikte yakılması, biyokütlenin enerji ve bazı durumlarda ısı üretimi için kullanılması oldukça ilgi çekici bir seçenek haline gelmiştir. Birlikte yanma, mevcut fosil yakıta dayalı güç sistemleriyle ilişkili kapsamlı altyapıdan yararlanır ve yalnızca nispeten mütevazı bir ek sermaye yatırımı gerektirir. Çoğu ülkede, biyokütlenin birlikte yakılması önemli ölçüde karbondioksit salınımını azaltmak için mevcut olan en ekonomik teknolojilerden biridir. Dünya çapında biyokütle birlikte yakma işleminin büyük çoğunluğu, pülverize kömür gücü yüksek kazanlarda gerçekleştirmektedir. Pülverize kömür yakıtlı elektrik santralleriyle ilgili temel birlikte yakma seçenekleri vardır. Biyokütlenin kömür yakma sistemine veya doğrudan fırına beslenmesini içeren birlikte yakma, biyokütlenin gazlaştırılmasını ve ürün yakıt gazının fırında yanmasını içeren dolaylı birlikte yakma ve biyokütlenin ayrı bir yakıcı ve kazanda yakılmasını ve kömürlü termik santral buhar ve elektrik üretim sistemlerinde üretilen buharın kullanılmasını içeren paralel yakma seçenekleri mevcuttur.Biyokütle ve kömürün birlikte yakılmasının ucuz ve düşük riskli sürdürülebilir enerji seçeneği olmasına rağmen, birçok teknik mesele de vardır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, ekonomik olarak birlikte yanmadan doğacak problemlerin anlaşılması için ekonomik verimli bir araçtır. Varolan kömür yanma modelleri, biyokütle ile birlikte yakılmasının etkisini içerecek şekilde modifiye edilmektedir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yaklaşımları çerçevesinde, kömür ve biyokütle karışımı yanma hesaplamaları, gaz ve parçacık fazları için zaman ortalamalı korunum denklemlerinin sayısal çözümü ile elde edilir. Parçacıklar lagrangian çerçevesinde işlenirken, gaz fazı Euler alanında çözülür. Gaz fazı genellikle Reynolds Ortalamalı Navier Stokes denklemleri çözülerek modellenir. Katı yakıt parçacıklarının hareketi, ayrık faz modeli tarafından izlenir. Birlikte yanmadaki model, türbülanslı akışkanlar mekaniği, gazlı yanma, parçacık dağılımı, parçacık kurutma, buharlaştırma, heterojen kömür reaksiyonu, kirletici oluşumu ve ışınım için alt modellerden oluşmaktadır. Bu modeller yanma koşullarına göre çalışılmıştır. Oksi yakıt yanması karbondioksit ve azot gazındaki fiziksel farklılıklar sebebiyle hava ortamında yanmasından oldukça farklıdır. Aynı zamanda ışınımda farklı olmaktadır. CO2 ve H2O yüksek kısmi basınçlarıyla, oksi yakıt yanması altındaki gaz emisyonu, hava ortamında yanması sırasındaki baca gazlarından daha güçlüdür. Bu tez kapsamında, küçük ölçekli ve sanayi ölçekli iki farklı beslemeli sistem kullanarak kömür, biyokütle ve bu iki yakıtın birlikte yakılmasının araştırılması yapılmıştır. Küçük ölçekli sistem, RWTH Aachen Üniversitesinde ısı ve kütle transferi kürsüsüne ait deneysel düzenektir. 40kW, 60 kW ve 100 kW gücünde 3 farklı yakıcı kullanılmaktadır. Kömür olarak Ren linyitleri kullanılmaktadır. Biyokütle olarak ise kurutulmuş odunsu biyokütle kullanılmaktadır. Deneyler hem hava ortamında hem oksi ortamda gerçekleşmektedir. Sanayi ölçekli sistem ise, Tunçbilek termik santralinin 5. ünitesidir. Bu ünitenin kazanı içine kömür yakıtı ile birlikte biyokütle yakıtının da beslenmesinin sayısal modellemesi çalışılmıştır.Kömür olarak Tunçbilek linyiti ve biyokütle olarak odunsu yapıda olan Kızılçam kullanılmıştır. Bu sistem 150 MW gücündedir. Sayısal hesaplamalar için, ticari bir yazılım olan Fluent 18 programı kullanılmıştır. Bu tez kapsamında, hem Euler-Lagrangian hemde Euler-Euler modellemesi çalışılmıştır. Her bir farklı güçteki yakıcı için modelleme çalışması gerçekleştirilmiştir. 60 kW yakıcı kullanılarak hava ortamında kömür yanması, 40 kW yakıcı kapsamında biyokütle yakıtının oksi ortamda yanması, 100 kW yakıcı kullanarak ise hem kömür yanması hemde karışımlarının yanması hesaplanmıştır. EL modelinde parçacık takibi Lagrangian çerçevesinde, gaz fazı ise Euler çerçevesinde gerçekleşmektedir. 40 kW gücündeki yakıcı için hem EE hem EL çerçevesinde yanma incelenmiştir. Diğer yakıcılarda ise parçacık takibinin yapılabilmesi için EL çerçevesinde hesaplamalar yapılmıştır. Laboratuvar ölçekli küçük yanma sisteminde ve sanayi ölçekli sistemde türbülans modellemesi için 5 farklı türbülans modeli kullanılarak hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Türbülans modelleri, Standard k-epsilon, Relizable k-epsilon, RNG k-epsilon, SST k-w ve Reynolds Stres modeli olarak seçilmiştir. RANS çerçevesinde modelleme gerçekleştirilmiştir. Parçacık fazında ayrık faz modeli kullanılmıştır. Sisteme kömür beslemesi 30 iterasyonda bir yapılmaktadır. Kömür yanmasında bir enjeksiyon kullanılırken, karışımlarının yanmasında iki enjeksiyon kullanılmıştır. Parçacık dağılımı için Rosin Rammler dağılımı kullanılmıştır. Ayrıca parçacık büyüklüğüne bağlı olarak 60 kW gücündeki yakıcı için Logaritmik Rosin Rammler dağılımı da tercih edilmiştir. 100 kW gücündeki yakıcı kullanılarak deneysel verilerle doğrulama hesaplamaları yapılmıştır. Doğrulama çalışması kapsamında, eksenel ve teğetsel hızlar, sıcaklık dağılımı, emisyon miktarları dikkate alınarak hesaplamalar yapılmıştır. Bununla birlikte döngü sayısının alev oluşumuna etkisi hesaplanmıştır. Sanayi ölçekli sistemde de, duvardan 45 cm içeride alınan sıcaklık verileri ile yapılan hesaplamanın doğrulama çalışması gerçekleştirildi. Işınım ile olan ısı geçişi, Fluent programında P1 modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Hava ve oksi ortamda yanma analizi yapılan tez çalışmasında, hava ortamında yanma için absorpsiyon katsayısı olarak WSGGM domain modeli kullanılırken, oksi ortamda yanma için kullanıcı tanımlı fonksiyon (UDF) kullanılmıştır. Yanma modeli olarak Finite rate/Eddy dissipation modeli kullanılmıştır. Piroliz oranlarının hesaplanmasında hem tek oran modeli hemde iki rakip oran modeli kullanılmıştır. Parçacık yanmasında, kinetik difüzyon oranı modeli kullanılmıştır. Tez çalışması kapsamında, detaylı yanma hesaplamaları yapılmış olup farklı parametrelerin yanmaya olan etkileri belirtilmiştir. Türbülans modellerinin kıyaslanmasıyla yapılan hesaplamalar sonucunda, tüm yakıcı modellerinde RSM modelinin diğer türbülans modellerine göre daha yakın sonuç verdiği gösterilmiştir. RSM sonucuna en yakın sonuç veren türbülans modeli Standard k-epsilon modeli olmuştur. RSM modeli ile hız değerlerinin tahminindeki hata payı %4 olarak hesaplanmıştır. Kömür yanması yapılarak gerçekleştirilen hesaplamalarda, parçacık boyut sınıfının ve parçacığın türbülanslı dağılımının sıcaklığa ve hesaplama maliyetlerine etkisi olduğu belirtilmiştir. Yapılan çalışma da, parçacık boyutu için 12 adet sınıfının olması ve parçacık türbülans dağılım parametresinin ise 5 olarak tercih edilmesi, hesaplama maliyeti ve sonuçlar açısından en anlamlı veriler olduğu hesaplanmıştır. 40 kW gücündeki kazan kullanılarak ise EE ve EL modelleri arasındaki fark hesaplanmıştır. Aynı zamanda biyokütle alevi ile kömür alevinin kıyaslanması gerçekleştirilmiş olup, aralarındaki farkın piroliz oranlarına bağlı olduğu belirtilmiştir. 100 kW gücündeki yakıcı kullanılarak kömür ve biyokütle karışımlarının yanması modellenmiştir. Bu modelde, kömür yanması ve biyokütle yanmasında ulaşılan sonuçlar ışığında hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Birlikte yanma oksi ortamda ve hava ortamında yanma varsayılarak hesaplanmıştır. Birlikte yanma oranları, %25 Biyokütle/%75 Kömür, %50 Biyokütle/%50 Kömür, %75 Biyokütle/%25 Kömür olarak belirlenmiştir. Birlikte yanma olduğunda, alevin davranışı gözlemlenmiştir ve kazan içinde oluşacak sıcaklık dağılımları hesaplanmıştır. Biyokütle eklendikçe alevin ötelendiği, kazan içindeki en yüksek sıcaklığın düştüğü belirtilmiş olup, ısıl değerlerinin farkından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Çalışma yapılan kazan için, biyokütlenin yüksek oranlarda eklenmesinin bir sorun oluşturmayacağı belirtilmiştir. Yakıtların içeriklerinin benzer olması bir fayda sağlamaktadır. Aynı zamanda biyokütle eklendikçe, SO2 mol oranı düşmektedir. Biyokütle yakıtının içeriğinde bulunan kükürt, kömürden bulunandan yaklaşık 10 kat daha azdır. Sonuç olarak, %25 biyokütle eklenmesi durumunda, %75 biyokütle eklenmesi durumuna göre kıyasla %35 daha fazla SO2 oluşmaktadır. Birlikte yanma modellenirken seçilen döngü sayısı 1,2'dir. bu döngü sayısının değişmesi durumunda alevin davranışı hesaplanmış olup, döngü sayısına göre emisyon değerleri de belirtilmiştir. Döngü sayısı 0,4'den 1,4'e kadar 0,2 aralıklarla seçilmiş olup toplamda 6 farklı döngü sayısı için hesaplama gerçekleştirilmiştir. Bu hesaplamalar sonucunda, döngü sayısı arttıkça, kazan çıkışında CO2 mol oranı ve SO2 mol oranı artmaktadır. Döngü sayısı 1,2 değerinden sonra, bu artış sabit kalmaktadır. Döngü sayısının artması, karışımın etkisinin artması ve yanmanın etkili gerçekleştiğini göstermektedir. En küçük döngü sayısına kıyasla, en yüksek döngü sayısı kullanıldığında, %32 oranında daha fazla SO2 çıkışı, %6,4 oranında daha fazla CO2 çıkışı olmaktadır. Döngü sayısı arttıkça kazanda oluşan sıcaklıklarda artmaktadır. Aynı zamanda daha geniş radyal bir mesafe de alev yayılmaktadır. Döngü sayısı arttıkça daha kararlı alev yapıları çıkmaktadır. Çalışma kapsamında, oksijen derişimlerinde birlikte yanma oranlarının incelenmesi de yapılmıştır. %23, %25, %27, %30 ve %33 olmak üzere, 5 farklı oksijen seviyesi belirlenmiştir. Okijen seviyesi arttıkça diğer bir söyleyiş ile CO2 seviyesi azaldıkça kazan içerisindeki pik sıcaklık değeri artmaktadır. Çıkıştaki CO2 seviyesi azalmaktadır. Hava ortamında yanma da hesaplanmıştır. Bu hesaplamalardaki farklılık, CO2 ve N2'nin termodinamik davranış özelliklerindeki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Oksi ve hava ortamında yanma karşılaştırıldığında, hava ile yanma sonucunda oluşan CO2 mol oranı, oksi ile yanma sonucuna göre 8 kat daha azdır. Sanayi ölçekli yanma sisteminde ise, biyokütle alt grup yakıcılardan sisteme beslenmektedir. Küçük ölçekli sistem de hesaplamalar sonucunda elde edilen bilgiler ışığında, bu modellemeler gerçekleştirilmiştir. Birlikte yanma oranı olarak %42 olarak belirlenmiştir. Yapılan bu analizlerle neticesinde, sistemde değişiklik yapmadan brilikte yanma gerçekleştirilebilmektedir. Yapılan analizlerden CO2 mol oranının biyokütle kullanılarak %10 daha düşük olduğu hesaplanmıştır.
Dizel motor modeli ile entegre bir aşırı doldurma ünitesi tasarım ve optimizasyon modeli geliştirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-07-13) Alpaya, Mert ; Kavurmacıoğlu, Levent Ali ; Camcı, Cengiz ; 503162012 ; Makina Mühendisliği

Otomotiv sektöründe içten yanmalı motorların geleceği sorgulansa da mevcut batarya teknolojilerinin henüz istenilen olgunluk seviyesine ulaşamamasından dolayı; özellikle uzun mesafeler kat eden hafif ve ağır ticari araçlarda tam elektrikli güç aktarım çözümlerine geçiş kısa ve orta vadede çok olası gözükmemektedir. Bu sebeple içten yanmalı motorlarda geliştirme ve performans iyileştirme çalışmaları hala devam etmektedir. İçten yanmalı motorlarda performans iyileştirme amacıyla çalışılan en önemli bileşenlerden birisi de aşırı doldurma ünitesidir. Aşırı doldurma ünitesi ya da bir diğer deyişle turbo; temel olarak küçük boyutlu bir gaz türbini olup, içten yanmalı motorlarda silindirlere gönderilen yanma havasının yoğunluğunu arttırmak amacıyla kullanılmaktadır. Turbo temel olarak üç ana bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler sırasıyla; santrifüj kompresör, yatak ve radyal türbindir. Bu bileşenlerden kompresör ve türbinin turbonun performansı üzerinde doğrudan etkisi bulunmaktadır. Bu sebeple bu bileşenlerin, turbonun ve bu turboya sahip motorun yüksek performans vermesi için etkin şekilde tasarlanması gerekmektedir. Hâlihazırda, tamamıyla turbo özelinde olmasa da ön tasarımdan final tasarıma kadar turbomakine tasarımı yapmayı sağlayan ticari yazılımlar bulunmaktadır. Bu yazılımlar kullanılarak, eğer tasarım isterleri biliniyorsa, sıfırdan bir turbo tasarımı yapılabilmektedir. Ancak bunun için; turbonun tasarım noktasında hangi dönüş hızına, debiye ve sıkıştırma oranına sahip olacağı gibi, sıfırdan bir turbo tasarımı yapacak kişinin başlangıçta bilmesinin mümkün olmadığı birtakım parametrelerin bu yazılımlara girdi olarak verilmesi gerekmektedir. Öte yandan içten yanmalı motor modelleme alanında ise hem ticari yazılımlar hem de motor üreticileri tarafından kendileri için özel olarak geliştirdikleri araçlar mevcuttur. Bu araçlar ile, eğer turboya ait kompresör ve türbin performans haritaları mevcutsa, bu haritalar üzerinden motor-turbo eşleştirmesi yapabilmektedir. Ancak, sıfırdan turbo tasarımı yapmak isteyen bir tasarımcının elinde söz konusu performans haritaları bulunmayacağından dolayı, bu yazılımlar ancak turbo tasarımı bittikten ve performans haritaları ortaya çıktıktan sonra kullanılabilmektedir. Hem motor modellemesi yapmaya yarayan hem de bu motor için en uygun turbo tasarımı ortaya koymaya imkân tanıyan bir araç ise bulunmamaktadır. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda ortaya çıkan aracın; bir dizel motorun modellemesini gerçekleştirmesi, bunu yaparken de içereceği turbo modülüyle birlikte motorun sahip olacağı turbonun aerodinamik tasarımını ortaya koyması sağlanmıştır. Turbo tasarımı yapılırken; turbonun tek başına en yüksek performansa sahip olması değil, turbo+motor sisteminin performansının mümkün olan en üst noktaya çıkarılması amaçlanmıştır. Tez kapsamında ortaya çıkan söz konusu bu turbo tasarım aracı, motora bütünleşik bir turbo boyutlandırma modeli içerdiğinden dolayı benzerlerinden farklıdır. Geliştirilen araç; motordan bağımsız turbo tasarımı yapmak yerine, tamamen motora özgü turbo tasarımı yapmaya yaramakta ve böylece motor performansını maksimum yapacak olan turbo tasarımını ortaya koymaktadır
Düz ve genişletilmiş yüzeylerde karlanma esnasındaki ısı ve kütle geçişinin deneysel incelenmesi ve düz levha için yeni bir kütle geçişi korelasyonu geliştirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-09-04) Aksoy, Adem ; Özdemir, Mustafa ; 503112002 ; Makina Mühendisliği

Bu çalışmada düz levhada ve kanatlı levhada karlanma esnasındaki; kar kalınlığı, biriken kar kütlesi ve ısı akısı ölçülmüştür. Kurulan deney tesisatında ilk olarak yatay düz levha ön ucunda homojen kabul edilebilecek bir hava hızı dağılımı sağlanmıştır. Hava sıcaklığı 21,9°C, bağıl nem %80 ve hava hızı 0.7 m/s iken; hava çıkış tarafındaki levha yüzey sıcaklıkları her testte farklı olarak; -15,1, -11,2, -7,1°C olduğu durumda yatay düz levhada kar oluşturulmuş ve bu koşullarda anlık kar kalınlığı, test sonunda ise biriken kar kütlesi ölçülmüştür. Literatürde çok nadir rastlanan, karlanma esnasındaki sürekli ısı akısı ölçümü de yapılmıştır. Biriken kar kütlesi bilindiğinden gizli ısı akısının hesaplanması mümkün olmuştur. Gizli ısı akısının hesaplanması toplam ısı akısı bilindiğinden duyulur ısı akısının da hesaplanmasını sağlamıştır. Duyulur ısı akısından anlık ortalama taşınımla ısı geçiş katsayıları hesaplanmıştır. Biriken kar kütlesi değerlerinden ortalama taşınımla kütle geçiş katsayıları hesaplanmıştır. Ortalama kütle geçiş katsayılarından ortalama Sherwood sayıları hesaplanmıştır. Yüksek düz levha sıcaklığında karlanmanın ilk aşamalarında beklenmedik bir ısı akısı artışı gözlemlenmiştir. Kar yüzey sıcaklığını bilmeyi gerektirmeyen, boyutsuz levha uzunluğu parametresini de içeren yeni bir boyutsuz kütle geçişi korelasyonu geliştirilmiştir. Kütle geçiş korelasyonu; hava sıcaklığından, hava hızından, bağıl nemden, levha sıcaklığından, levha uzunluğundan, levha genişliğinden ve zamandan türetilen; Reynolds sayısı, Fourier sayısı, özgül nem, boyutsuz sıcaklık, boyutsuz levha uzunluğu parametrelerinden oluşmaktadır. Korelasyon oluşturulurken önceki araştırmacıların kar kütlesi ölçümleri sunulan ölçümlere dahil edilerek oldukça geniş bir aralıkta geçerli olan bir korelasyon geliştirilmiştir. Korelasyonun geçerli olduğu aralık; hava hızı için 0,7 – 2,5 m/s, hava sıcaklığı için 5 – 22°C, levha sıcaklığı için -5 – -25 °C, bağıl nem için %50 – %83,73 ve levha uzunluğu için 85,6 – 300 mm'dir. Levha uzunluğunun boyutsuzlaştırılması korelasyonun geçerliliğini artırmıştır. Kanatlı levha çalışmalarında ise düz levha çalışmalarında üniform hava hızı dağılımı sağlanmış olan deney hücresine çok az çalışmada rastlanabilen kanat aralığı olan 4 mm aralıkla levha yüzeyine 19 mm yüksekliğinde 1 mm kalınlığında kanatlar konumlanmıştır ve karlanma incelenmiştir. 10°C hava sıcaklığında %75 bağıl nemde, hava hızı 0,7 m/s iken; kanatlı yüzeyi soğutan su banyosu sıcaklığı her testte farklı olarak; -23°C, -30°C, -33°C değerlerine getirilerek kanatlı yüzey üzerinde kar oluşturulmuştur. Hava çıkış kenarına yakın konumdan levha yüzey sıcaklığı, akış doğrultusunda ve akış doğrultusuna dik sıcaklıklar ise kanat üzerinde ölçülmüştür. Bunun yanında deney sonunda biriken kar kütlesi, literatürde çok nadir rastlanan sürekli ısı akısı ve sık kanatlı bir yapıda karlanmanın ön ve üst profilini oluşturan kar kalınlığı dağılımı da ölçülmüştür. Kanatlar arasındaki kar profili incelendiğinde kanat üst ucundan itibaren uzunca bir kısımda kar profili düz devam ederken tabana yakın kısımda kar birikimi sebebiyle daha kalın bir kar tabakası oluşmuştur. Ayrıca tabanda kanatların tam ortasındaki bölgede literatürde ilk defa bir kar tepesi gözlemlenmiştir. Kanatların ön yüzünde dışarı doğru bir kar tabakası birikimi de gözlemlenmiştir. Kanatların ön bölümü tıkandıkça hava yukarıya yönlenmektedir. Kanatlı yüzeylerin duyulur ısı geçişini arttırıcı bir etki yaptığı anlaşılmaktadır. Sıcaklık ve ısı akısı grafiklerinin eğimleri incelendiğinde en sıcak levha test şartı olan -23°C su banyosu testinin ikinci yarısında grafik eğimlerinin farklı olduğu görülmüştür, bu durum karlanmanın yüksek levha sıcaklığında etkisinin daha uzun sürdüğünü göstermektedir.
Eşil mekaniğin nanoçubukların statik problemlerine uygulanması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-05-16) Koç, Hilal ; Tüfekci, Ekrem ; 503182012 ; Makina Mühendisliği

Nano boyuttaki malzemeler, boyuta bağlı olduğu için, makro boyut kabulü ile yapılan modeller gerçeği temsil etmekte yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle, literatürde nano çubukların, nano kirişlerin ve nano tüplerin statik ve dinamik davranışları, boyuta bağlı teoriler kullanılarak incelenmektedir. Boyuta bağlı teorilere, gerilme gradyanı teorisi, birim şekil değiştirme gradyanı teorisi, gerilme bağlaşımı teorisi, yerel olmayan elastisite teorisi örnek olarak verilebilir. Bu teorilerde, boyut parametresinin belirlenmesi, önemli bir problemdir. Başka bir deyişle, iç yapının karakteristik uzunluk parametresi, belli bir aralıkta seçilmekte ve probleme göre değişiklik göstermektedir. Yani, bu parametrenin değerinin kesin olarak bilinmesi mümkün değildir. Nano çubukların mekanik davranışlarının, eşil mekanik yöntemi ile incelenmesi ise oldukça yeni bir yaklaşımdır. Nano/mikro yapıyla ve iç yapının karakteristik uzunluğuyla doğrudan ilişkili olan eşil mekanik yöntemi, diğer boyuta bağlı teorilerle karşılaştırıldığında iç yapının konumlanmasını da içerdiği için önemli bir üstünlüğe sahiptir. Eşil mekanik yaklaşımında, boyut parametresi doğrudan atomlar arasındaki uzaklık olarak ele alınmaktadır. Ayrıca, bu yaklaşım atomların konumları, basit kafes yapıları gibi iç yapının konumlanmasını da ele aldığı için, aynı iç uzunluğa sahip, ancak, farklı atom konumlanması veya kafes yapısı olması durumlarını da dikkate almaktadır. Eşil mekaniğin aksine, aynı karakteristik iç uzunluğa ve farklı iç yapı konumlamalarına sahip tüm cisimler diğer boyuta bağlı teoriler kullanılarak incelendiğinde elde edilen denklemlerin aynı olduğu görülmektedir. Eşil mekanik yöntemi ile yapıdaki atomların konumlarına göre de farklı modelleme olanağı bulunmaktadır. Literatürde, iç yapının karakteristik uzunluğuna bağlı diğer teorilerin malzemenin sertleştiği veya yumuşadığı bilgisini verdiği, eşil mekaniğin ise iç yapının şekline bağlı olarak yumuşamayı ve sertleşmeyi tahmin edebildiği görülmektedir. Eşil mekaniğin en önemli üstünlüklerinden biri, deneysel sonuçlarla da uyumlu olmasıdır. Bu nedenle, tezde önerilen eşil mekanik yaklaşımının, boyut etkisini dahil eden teorilere göre oldukça avantajlı olduğu görülmektedir. Eşil mekanik yaklaşımında, şekil değiştirmeler Taylor serisi ile ifade edilir. Elde edilen diferansiyel denklemlerin mertebesi Taylor serisine bağlıdır. Nano/mikro yapının modellenmesi, Taylor serisinde kullanılacak terim sayısı ile ilgilidir. Kullanılacak terim sayısının artması ile sonuçların doğru değerlere yakınsaması arasında ilişki bulunmaması ve artan terim sayısının hesaplama yükü de getirmesi eşil mekanik yönteminin zayıf yönleri olarak ifade edilebilir. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında eşil mekanik yönteminin avantajları ise, atomlar arası iç karakteristik uzunluğun doğrudan atomlar arası uzaklığı ifade etmesi nedeniyle daha yüksek hesaplama doğruluğuna sahip olmasıdır. Bu yaklaşım sayesinde, nano ölçekli sistemlerin tasarımının çok daha güvenilir bir şekilde yapılabileceği düşünülmektedir. Birinci bölümde, nano yapıların, nano çubukların, nano kirişlerin ve nanotüplerin, mekanik davranışlarının incelenmesinde, literatürde kullanılan yöntemlere ve çalışmalara yer verilmiştir. Ayrıca, bu çalışmanın literatürdeki çalışmalardan hangi özellikler bakımından üstün olduğuna değinilmiştir. Yapılan literatür araştırmasında, genellikle yerel olmayan elastisite teorisinin diferansiyel ve integral formu kullanılarak yapılan çalışmaların yer aldığı, eşil mekanik yöntemi kullanılarak yapılan az sayıda çalışma olduğu gözlemlenmiştir.
Hibrit elektrikli araçlarda batarya performans ve yakıt tüketimi değerlerinin modellenmesi ve optimizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-12) Altun, Yavuz Eray ; Kutlar, Osman Akın ; 503132024 ; Makina Mühendisliği

Otomotiv sektöründe giderek katılaşan emisyon regülasyonları, yakıt ekonomisi ile ilgili katı mevzuatlar, sürekli artan petrol fiyatları, küresel ısınma ve çevre kirliliği ile ilgili artan tüketici farkındalığı, otomobil üreticilerinin sera gazı emisyonlarını ve yakıt tüketimini azaltmak için etkili bir önlem oldukları için elektrikli ve hibrit güç aktarma sistemlerine yönelmesine yol açmıştır. Bu teknolojilerin geliştirilmesinde, hibrit elektrikli araçların enerji yönetim sistemlerine yönelik optimizasyon çalışmaları kritik önem taşımaktadır. Yapılan bu çalışmada, ilk olarak güç bölünmüş hibrit elektrikli araç konfigürasyonuna sahip aracın güç aktarma sisteminin matematiksel modeli Matlab/Simulink ortamında oluşturularak gerçek araç dinamometre test verileriyle doğrulanarak, geliştirilen optimizasyon ve derin öğrenme tabanlı hibrit elektrikli aracın enerji yönetim algoritmalarının simülasyonlarının yapılacağı ve sonuçların analiz edilebileceği gerçekçi bir sanal test platformu geliştirilmiştir. Daha sonraki aşamada farklı sürüş çevrimleri kullanılarak aracın başlangıç batarya şarj durumu (SoC) koşullarındaki simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması sonucunda elde edilen içten yanmalı motorun özgül yakıt tüketimine (BSFC) bağlı olarak sürüş çevrimi sonunda tüketilen toplam yakıt miktarı ve elektrik motor-jeneratör çalışma verimlerine bağlı olarak sürüş çevrimi sonunda bataryadan kullanılan toplam elektrik enerjisi tüketimi analiz edilerek kullanılan farklı enerji yönetim tekniklerinin birbirlerine göre üstünlükleri ve avantajları karşılaştırılmıştır. İlk aşamada, sürüş çevrimleri ile ilgili önceden bilgi gerektiren optimizasyon tabanlı enerji algoritmaları olan ayrıklaştırılmış dinamik programlama (DDP) ve Pontryagin'in minimum prensibi (PMP) metotlarının sonuçları, literatürde bir referans olarak kabul edilen ve geliştirilmesi için yoğun araç testleri ve kalibrasyon çalışmalarına ihtiyaç duyan klasik kural tabanlı algoritması ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra bu optimizasyon tabanlı algoritmalarının simülasyon sonuçları kullanılarak önceden sürüş çevrimi ile ilgli bilgiye ihtiyaç duymayan derin öğrenme tabanlı farklı Yapay Sinir Ağları (YSA) yapıları Levenberg Marquard (LM), Bayes regülasyonu (BR), ölçeklendirilmiş konjuge gradyan (SCG) gibi farklı optimizasyon yöntemleri vasıtasıyla farklı sürüş çevrimleri ve batarya başlangıç kapasite (SoC) koşulları için eğitilerek derin öğrenme tabanlı hibrit mod seçim kontrolü algoritması elde edilmiştir. Bu aşamada, simülasyon sonuçlarının bir kısmı algoritmaların eğitimi ve bir kısmı doğrulama testleri için kullanılarak, farklı yapay sinir ağ yapıları ve gerçek zamanlı model test verileri ile eğitilen diğer yöntemlerin sonuçları birbiriyle karşılaştırılarak derin öğrenme tabanlı enerji yönetim sisteminin yüksek performansı, kesinliği ve doğruluğu ortaya konulmuştur. Simülasyon sonuçlarına göre en iyi performans sonuçları hesaplama yükü en ağır olan Pontryagin'in minimum prensibi (PMP) tabanlı kontrol algoritması kullanılarak elde edilmiştir. Ayrıklaştırılmış dinamik programlama (DDP) Yöntemi, hesaplama hızının yüksek olması nedeniyle literatürde yaygın olarak kullanılan bir yöntem olup, simülasyon sonuçlarına göre Pontryagin'in minimum prensibi (PMP) yöntemine benzer ve kural tabanlı kontrol algoritmasından çok daha iyi bir performans göstermiştir. Son olarak bu optimizasyon yöntemleriyle elde edilen simülasyon verileriyle eğitilen derin öğrenme tabanlı enerji yönetim algoritması çok daha düşük bir hesaplama yükü ile farklı çevrimlerde başarılı sonuçlar göstermiştir. Derin öğrenme tabanlı farklı yapay sinir ağı eğitim yöntemlerinin, klasik kural tabanlı enerji yönetimi kontrol yöntemlerine olan üstünlükleri ortaya konmuş, kural tabanlı referans algoritma ile farklı sürüş çevrimlerinde karşılaştırıldığında yakıt ekonomisinde sürekli bir iyileştirme sağladığı ve ne kadar başarılı sonuçlar verebileceği gösterilmiştir.
Implementation of novel carbon-based nanomaterials for high-performance gas sensors

(Graduate School, 2024-02-15) Hejazi, Mohamad Anas ; Trabzon, Levent ; 503192015 ; Mechanical Engineering

Environmental pollution has emerged as a critical dilemma due to the rapid escalation of industrial activities on a global scale. Toxic gas emissions stand out as a primary contributor to numerous climate issues, such as global warming and acid rain, posing a threat to both the environment and public health in the short and long term. The precise detection of such pollutants holds immense significance across various sectors, including environmental management, defense, healthcare, and industry. Substantial research efforts have been dedicated to advancing high-performance gas sensors that can accurately detect low gas concentrations while exhibiting robust sensing characteristics and durability Carbon nanomaterials have gained significant attention for numerous applications. Their outstanding physical and chemical properties. Extensive research has been conducted to assess the potential of various carbon-based nanomaterials, such as fullerenes, carbon onions, carbon quantum dots, nanodiamonds, carbon nanotubes, and graphene, as gas sensing materials. This thesis aims to explore the potential of novel carbon materials and their implementation in gas sensing applications. The thesis consists of five chapters and is organized as follows: The first chapter comprises a published comprehensive review of the literature discussing recent progress in the utilization of carbon nanomaterials and their composites in gas sensing devices. The chapter introduces the sensing mechanism, design, and preparation techniques of such sensors. It also discusses the modification of carbon-based nanostructures with other nanomaterials and their effects on sensing performance. The second, third, and fourth chapters consist of published and in-press articles presenting the research findings obtained in the thesis research. The research reported in these three chapters and the related findings are summarized in the following paragraphs. The final chapter provides a complementary conclusion, addresses existing challenges, and offers inspiring recommendations for future research. In the second chapter, the synthesis of a novel composite involving quantum dots enhanced carbon nanotubes (CNTs) and graphene nanoplates (GNPs) is reported, along with its application as a sensing material for detecting various concentrations of ethanol at room temperature. Carbon quantum dots (CQDs) employed in this study were synthesized via a solvothermal process and integrated with CNTs and GNPs to investigate their synergistic effects on the structure of the resulting composite and its sensing properties. Transmission electron microscopy (TEM) images provided evidence of the successful integration between CNTs and GNPs. CNTs were observed to interconnect with GNPs, forming a web-like three-dimensional hybrid structure that significantly enhanced the specific surface area (SSA) of the composite. The introduction of CQDs influenced the final hybrid structure by introducing zero-dimensional roughness, achieved through the attachment of CQDs to the surfaces of both CNTs and GNPs. The hybrid composite served as a sensitive film deposited onto the surface of a 5 MHz quartz crystal microbalance (QCM) sensor through drop-casting. The hybrid nanocomposite-based sensor exhibited significantly enhanced sensing sensitivity. At a concentration of 500 ppm, the CQD-enhanced CNT-GNP composite showed approximately 10- and 15-fold higher responses compared to CNT- and GNP-coated sensors, respectively. The response and recovery times of the CQD-enhanced CNT-GNP composite sensor were found to be approximately 2 minutes and 0.5 minutes, respectively. The sensor demonstrated reasonable repeatability and good recovery. The sensing mechanism was attributed to the adsorption and desorption processes via interactions between ethanol molecules and the composite surface functional groups. In the pursuit of cost-efficient alternative sensing materials, asphaltenes, a byproduct of the petroleum industry, have garnered attention as a potentially valuable waste material. The third chapter of the dissertation presents the initial utilization of asphaltenes as an affordable carbon-based material for gas sensing. Asphaltenes, derived from various oil sources, underwent facile cross-linking reactions to produce nanoporous carbon materials, where asphaltene molecules from different layers are interconnected via covalent bonds. Characterization results of these cross-linked asphaltenes revealed a substantial enhancement in their SSA and surface functionality. QCM sensors with sensing films derived from various asphaltene samples were prepared to detect different ethanol concentrations at room temperature. All cross-linked asphaltene samples exhibited a significant enhancement in the sensing response (up to 430%) compared to their respective raw parent samples. This response of the cross-linked asphaltene samples was comparable to that obtained from graphene oxide. The sensor based on cross-linked asphaltenes demonstrated good linearity, with a response time of approximately 2.4 minutes, a recovery time of around 8 minutes, and excellent response repeatability. After 30 days, the sensor based on cross-linked asphaltenes showed an approximate 40% reduction in its response, suggesting long-term aging. This decline is partially attributed to the observed swelling. This study opens the door to a deeper exploration of asphaltenes and highlights their potential as a promising carbon-based material for sensing applications. In the fourth chapter, the thesis research went far to an interesting unexplored form of carbon materials. Despite all carbon nanomaterials being composed of sp2 and sp3 hybridized carbons, the one-dimensional (1D) sp carbon, known as Carbyne, remains elusive, and the properties of this novel carbon form have not been fully discovered yet. However, the unique structure of carbyne suggests its potential possession of significant chemical, optical, and magnetic properties. In this chapter of the study, the synthesis and characterization of these carbyne nanostructures were investigated to gain a better understanding of their unique properties and potentials. Carbyne synthesis was achieved through two different processes: ion-assisted pulse-plasma deposition (IA-PPD) and laser ablation in liquid (LAL). Raman, XPS, and FTIR observations for the LA-PPD sample indicated the successful synthesis of sp carbon chains of carbyne. However, these chains existed at low concentrations in the obtained nanofilms, alongside a high concentration of sp2 and sp3 carbon. On the other hand, characterization results of the LAL sample showed higher carbyne content, as confirmed by Raman spectra measurements, along with high crystallinity observed from XRD results. The practical application of the synthesized carbyne as sensing materials was investigated on QCM sensors to detect various pollutants at room temperature. The LAL carbyne also exhibited higher sensitivity in gas experiments compared to IA-PPD carbyne. In detecting various analytes, LAL carbyne showed greater selectivity for ammonia gas. The sensor exhibited a moderate response time of 4.7 minutes with full recovery in approximately 9.3 minutes. However, compared to other available carbon materials, the sensitivity of carbyne was found to be relatively low, revealing the need for further research to optimize carbyne synthesis and the fabrication of its sensors.
Investigation of fuel sloshing in an aircraft wing fuel tank using ANN and CFD

(Graduate School, 2025-01-22) Kayahan, Kerem ; Çadırcı, Sertaç ; 503192011 ; Mechanical Engineering

In civil and military aviation, it is crucial to develop designs that adhere to specific requirements based on their intended use. This process involves thoroughly completing and documenting flight tests, as well as securing airworthiness certificates for the relevant aerial domain. Thus, aircraft and their associated systems, comprising subsystems and equipment that operate in conjunction, undergo a variety of performance evaluations. This approach ensures that all systems function seamlessly and achieve optimal performance levels, as evidenced by numerical data and recognized international documentation. Fuel systems, essential for flight operations, encompass all stages, from refueling the tanks to supplying fuel to the engine that generates thrust for the aircraft. These systems comprise several components that interact with other systems, including hydraulic, avionics, structural, and landing gear systems, and must align with the specific requirements imposed by each of these interrelated systems. The applicable requirements dictate that considerations such as structural integrity, thermal dissipation limits, compatibility with electronic equipment, and overall equipment weight must be addressed concurrently. The primary subsystems within the aviation fuel system are categorized under several critical headings, including hydraulic cooling, engine feeding, indication, and storage. Among these subsystems, the storage component significantly influences flight mechanics and has a considerable impact on overall weight. Given the specified requirements for the flight range, the stored fuel must adhere to a maximum mass limit, which means that a substantial fluid mass must be integrated into the aircraft's flight mechanics. Since this mass is fluid, its response to maneuvers manifests as sloshing mechanics. Consequently, the aircraft's center of gravity tends to shift as sloshing persists. The movement of the fuel and its effects on the center of gravity can be managed through design considerations in the storage area. Tanks that result in variations of the center of gravity due to fuel sloshing are typically incorporated into the aircraft's wings, fuselage, and, in some cases, external fuel tanks. However, as general-purpose primary training aircraft are the focus of this thesis study, no fuselage or external tanks are considered; the research is thus limited to the fuel stored within the wings. The wing tanks of the aircraft are designed symmetrically, with their placement mirrored across both wings. Under ideal conditions, the engine supply is also maintained to be as symmetrical as possible. However, since ideal flight conditions are nearly never achieved in practice, this symmetry is frequently disrupted by external factors and flight maneuvers. As a result, the movement of fuel within the wing can cause the center of gravity to deviate from the intended position due to gravitational effects. Various design features are integrated into the structural components of the wing to mitigate this issue. These features serve two primary purposes: firstly, to minimize the rate at which fuel deviates from its original position during maneuvers, and secondly, to facilitate the rapid return of the fuel to its initial position once the maneuver is completed. The qualitative and quantitative aspects of these design features are subject to constraints related to manufacturing feasibility, weight requirements, and structural integrity. The design elements discussed in this thesis focus on practical applications in the industry rather than purely theoretical approaches, and they provide examples that can be implemented in many primary training aircraft. In this context, the design details studied are discussed in the structural parts of the rib, which form the structure inside the wing tank and divide the tank into subsections. These ribs, called baffles, contain cutout holes that allow the movement of fuel and air between the subsections in the tank, and the usage, number, diameter, and placement of these cutouts constitute the design parameters within the study. The qualitative diversity of these parameters is created by considering different values for each parameter. The name barrier is used for baffle structures that do not use cutouts, and in the situation where no barrier is used in the design, it is used on the first, third, and sixth ribs, as well as use on the second, fourth, and seventh ribs, are also considered. On the other hand, the diameters of the cutouts on these flanges are added to the designs with values ranging from 30 mm to 156 mm. In cutout placement, the centered cutout and 20 mm upward and downward placements are also considered. The use of single, twin, and triple cutouts on each baffle is also added to the study as another parameter. In addition, sloshing effects are examined by taking into account different fuel volume fractions, which are operational parameters, and these volume fractions are considered 30%, 45%, and 60%, which are the rates where the sloshing effect can be clearly observed. The study examines a flight maneuver known as bank-to-bank, in which the aircraft is tilted at a 45° angle for a duration of 10 seconds, serving as a measure of input acceleration. Additionally, the structural components that divide the wing tank into compartments and enhance structural integrity are regarded in this study as elements functioning as breakwaters. Their effectiveness in influencing the movement of fuel is analyzed. The thesis focuses on numerical modeling of fluid movements, utilizing numerical solver programs to conduct analyses. An analysis set is developed, comprising various combinations of design and operational parameters. Given the necessity for extensive calculations, one-dimensional analyses are initially performed under specific assumptions. The results are substantial, with all five input parameters interrelatedly influencing two output parameters. The complexity of this data network renders traditional analytical or numerical methods impractical for human examination. Consequently, big data analytics, aided by artificial intelligence, is employed to examine this complex data landscape. A DNN is constructed to further investigate the relationship between inputs and outputs, yielding quantitative insights into how inputs affect outputs. The data gathered indicates the dominance of input parameters expressed as a percentage. To investigate these parameters more thoroughly, three-dimensional CFD analyses are planned by selecting specific design combinations that exhibit a significant impact. CFD analyses have been performed by varying the relevant parameters while keeping others constant, allowing for comparative assessments. Following these studies, we have concluded by determining the sensitivity of one-dimensional analysis in relation to CFD, the accuracy of ANN calculations, and the effectiveness ranking of the parameters affecting fuel sloshing. The effects of fuel sloshing are examined not only from a theoretical standpoint but also in the context of specific maneuvers involving aircraft wing geometry. Additionally, the effectiveness of various design and operational parameters employed to mitigate these effects is demonstrated through real-world examples encountered in the aviation industry. Furthermore, the applicability of big data analytics processes in analyzing flow interactions with mechanical systems is validated using DNN, with results achieved at a level suitable for industry application.
Karayolu taşıtlarından kaynaklanan egzoz gazı emisyonlarının gerçek hayat seyir koşullarına göre modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-20) Aydın, Muhammet ; Soruşbay, Cem ; 503162018 ; Makina Mühendisliği

Karayolu taşıtlarından kaynaklanan kirletici emisyonlar atmosferdeki toplam emisyon salımının önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Bu sebeple taşıtlardan kaynaklanan egzoz emisyonlarını kısıtlayan regülasyonlar oluşturulmuştur. Bu regülasyonlar, yasa koyucular tarafından güncellenerek emisyonları daha da sınırlamaktadır. Bu çalışmada son Euro emisyon regülasyonuna göre gerçek sürüş testleri yapabilmek için güzergah oluşturma metodolojisi türetilmiştir. Oluşturulan metodolojinin çıktılarına göre farklı taşıtlarla emisyon testleri yapılarak metodoloji doğrulanmıştır. Gerçekleştirilen emisyon testlerinin dinamik şartları incelenmiş ve dinamik olarak testlerin tamamlanıp tamamlanmadığı incelenmiş ve türetilen yeni bir yorumlama metodu ile sonuçlar irdelenmiştir. Ayrıca bu tez çalışmasında, İstanbul trafik akış örneklemi kullanılarak emisyon envanteri oluşturma metodolojisi oluşturulmuştur. Bu metodoloji kullanılarak genel İstanbul envanteri örneklemi için bir uygulama türetilmiş ve ayrıca Covid -19 pandemisinin trafik akışına ve emisyonlara etkisi incelenmiştir.
Kompakt grafitli dökme demirde frezeleme işlemi sonrası kalıntı gerilmelerin incelenmesi ve kesme parametreleri için süreç optimizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-08-18) Kara, Mehmet Emre ; Bakkal, Mustafa ; 503142020 ; Makina Mühendisliği

Kullanımı günden güne artan kompakt grafitli dökme demir, özellikle içten yanmalı motor parçaları malzemesi olarak tercih edilmektedir. Kompakt grafitli dökme demir; bir yandan küresel grafitli dökme demirin sahip olduğu mekanik özelliklere yakın değerler sergilerken, diğer yandan kır dökme demirin sahip olduğu ısıl özelliklere benzer değerler ortaya koymaktadır. Kır dökme demirle kıyaslandığı zaman, çekme dayanımının %75, uzama değerlerinin ise %40'a varan değerlerde artıyor olması, bu malzemeyi kullanarak kesit kalınlıklarının inceltilebileceğini dolayısıyla da döküm parçaların hafifletilebileceğini göstermektedir. Kompakt grafitli dökme demirin bahsedilen bu avantajlarına döküm esnasında alaşıma ilave edilen magnezyum, krom ve titanyum gibi elementler sayesinde ulaşılırken bu elementlerin ilavesi kompakt grafitli dökme demirin işlenebilirliğini olumsuz şekilde etkilemektedir. Döküm parçalar, yüksek yüzey kalitesi ve sıkı toleransları karşılamak için çoğunlukla dökümden sonra talaşlı imalat işlemlerine tabi tutulurlar ve bu da bazen döküm işleminden çok daha pahalıya mal olabilmektedir. Bu nedenle, malzemenin işlenebilirliğini incelemek ve kesme parametreleri seçimini etkileyecek faktörleri belirlemek oldukça önemlidir. Bu tezde, kompakt grafitli dökme demirin frezelemenmesi sırasında iş parçası sıcaklık dağılımının tahmini için yeni bir hibrit kesme modeli sunulmuştur. Hibrit model, mekanistik yaklaşıma dayalı bir analitik kuvvet modeli ve termal modele dayalı sonlu elemanlar analizinden oluşmaktadır. Tezin 3. bölümü frezeleme işleminde kesme kuvvetlerinin modellenmesine ayrılmıştır. Kesme kuvvetleri mekanistik model kullanılarak tahmin edilmiştir. Mekanistik modelin kullanımı için gerekli kesme katsayıları, ortogonal test gerçekleştirilerek takım ve iş parçası çifti için elde edilen sürtünme açısı, kayma açısı ve kayma gerilmesi parametreleri kullanılarak hesaplanmıştır. Kayma gerilmesi, kayma açısı ve sürtünme açısı ise doğrusal regresyon kullanılarak türetilmiştir. Mekanistik model frezeleme testleri ile doğrulanmıştır. Doğrulanmış kuvvet modeli kullanılarak teğetsel kuvvet, tork, güç ve aktif iş hesaplanmış, farklı kesme parametrelerinin bu mekanik yüklere olan etkisi incelenmiştir. Enerji ve aktif iş hesaplamaları, kompakt grafitli dökme demirin frezelemesinde ilerlemenin iki katına çıkarılmasıyla, kesme kuvvetlerinin neredeyse iki katına çıkmasına rağmen yaklaşık %10'luk bir enerji tasarrufu sağlanabildiğini göstermiştir. 4. bölümde iş parçasının sıcaklık dağılımını elde etmek için hareketli ısı kaynağı modeli ile ısı transferi modeli oluşturulmuştur. Frezeleme işlemi sırasında üretilen ve iş parçasına aktarılan ısı, adveksiyon ısı paylaşım modeli aracılığıyla hesaplanabilmektedir. Frezeleme işlemi sırasında ısı akısı bölümlenmiş elemanlara uygulanmış ve takip eden çözüm adımında bu elemanlar silinerek bir yandaki gruba ısı akısı uygulanmıştır. Bu durum, hareketli ısı kaynağı ve talaş kaldırma işlemini ifade etmektedir. Çalışmada ısı yükleri, modelden elde edilen kuvvet değerleri yardımı ile hesaplanmış ve sonlu elemanlar yazılımında sınır şartı olarak kullanılmıştır. Sıcaklık modelini doğrulamak için yüzey frezeleme işlemi esnasında oluşan sıcaklıklar gömülü termokupllar yardımıyla ölçülmüştür. Geliştirilen hibrit model ile ölçüm sonuçları karşılaştırıldığında aralarında iyi bir uyum olduğu gözlemlenmiştir. 5. bölümde, farklı kesme parametreleri ile frezelenmiş kompakt grafitli dökme demir yüzeylerindeki kalıntı gerilmeler X-ışını kırınımı kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen kalıntı gerilme sonuçları incelendiğinde tüm kalıntı gerilmelerin çekme yönünde olduğu görülmüştür. Kompakt grafitli dökme demirin ısıl iletkenliğinin yüksek olması nedeniyle malzeme üzerindeki termal gerilmelerin etkisi düşüktür. Bu nedenle termal yükler neticesi oluşan çekme kalıntı gerilmelerinin etkisi az olmaktadır. Mekanik yükler kaynaklı oluşan kalıntı gerilmelerin ise parça üzerinde daha etkin olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca ölçüm sonuçlarına göre, kesme hızının artmasıyla kalıntı gerilmelerin arttığı fakat belirli bir hızdan sonra ısı birikiminin iyice azalmasıyla bu etkinin tersine döndüğü tespit edilmiştir. Diş başına ilerleme miktarının artmasıyla çekme yönündeki kalıntı gerilmelerin arttığı görülmüştür. 6. bölümde öncelikle kompakt grafitli dökme demirin yüzey frezelemesinde kesme parametrelerinin takım ömrü ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda takım ömrü ve yüzey pürüzlülüğü için regresyon modeline dayalı tahmin modelleri geliştirilmiştir. Kesme testlerinde, kesme hızı ve diş başına ilerleme işlem parametreleri olarak seçilmiştir ve etkileri ANOVA kullanılarak istatistiksel olarak araştırılmıştır. İşleme operasyonlarında kesme parametrelerinin seçimi, kaynakların verimli kullanımı için önemlidir. Bu nedenle, seçkin bir genetik algoritma yöntemi olan baskılanamayan sıralama genetik algoritması II (NSGA-II) kullanılarak Pareto-optimal çözüm kümeleri elde edilmiştir. Elde edilen çözüm kümeleri sayesinde karar vericiye daha hızlı, daha kaliteli ve daha ekonomik üretim için önerilerde bulunulmuştur. Daha hızlı bir üretim için yüksek malzeme kaldırma hızına izin veren, daha kaliteli üretim için iyi yüzey özellikleri elde edilmesini sağlayan ve ekonomik üretim için takım aşınmasını azaltacak kesme parametreleri önerilmiştir. KGDD frezeleme süreci optimize edildiğinde elde edilebilecek kazanımlar gösterilmiştir. Sonuçlar NSGA-II'nin diğer talaşlı imalat optimizasyon problemlerine de uyarlanabileceğini göstermektedir.
Mekanik sistemlerde temas problemlerinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-27) Kaya, İsmail ; Baykara, Cemal ; 503162010 ; Makina Mühendisliği

Verim, belirli bir amaç veya hedefi gerçekleştirmek için zaman, enerji, finans veya malzeme gibi kaynakların optimum kullanımını değerlendiren bir kavramdır. Çıktının girdi değerine oranıdır ve genellikle yüzde olarak ifade edilir veya 0 ile 1 arasında bir değer olarak verilebilir. Başka bir deyişle verim, israfı en aza indirirken hedefe ulaşmak için kaynakların ne kadar etkili kullanıldığının bir ölçüsüdür. Yaygın olarak kabul edildiği gibi, izafi hareket içeren sistemlerde birbiri ile temas halindeki makina elemanları arasında sürtünme meydana gelmektedir. Meydana gelen bu sürtünme enerji kayıplarına sebep olmaktadır. İnsanlık tarihi boyunca toplumlar bu sürtünme direncinin farkında olmuş ve bu direnci yenebilmek için yöntemler geliştirme, çözümler elde etme girişiminde bulunmuştur. Malzeme teknolojisinin gelişmesi, yeni konstrüksiyonların oluşturulması, mevcut sistemlerin daha verimli hale getirilmesinin amaçlanmasında bu farkındalık büyük bir itki kuvveti oluşturmuştur. Günümüzde dünya çapında üretilen enerjinin yaklaşık olarak dörtte biri meydana gelen sürtünme direncini yenmek için harcanmaktadır veya sürtünme direnci sebebiyle ısıl kayıp olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu kayıplar ele alındığında küresel ölçekte ciddi bir enerji miktarı ile karşı karşıya kalınmaktadır. İzafi hareketli sistemlerde yapılacak iyileştirmeler ile bu kayıpları azaltabilmek enerji kaynaklarının verimli kullanılmasını sağlayacaktır. Gelecek nesillerin yakın gelecekte bile ciddi bir enerji problemi yaşayacağı göz önünde bulundurulduğunda enerji kaynaklarının yerinde ve verimli kullanımı insanlığın büyük kazanımlarından biri haline gelmektedir. Birçok sistemde makina karakteristiği ile sürücü motor karakteristiği uyumlu olmadığından birbiri ile doğrudan bağlanmaya uygun değildir. Bu uyumu oluşturulabilmek için hız moment dönüşümü sağlayabileceğimiz mekanizmalar kullanılmaktadır. Hız moment dönüşümünü gerçekleştiren mekanizmalardan ilk akla gelenler kayış kasnak mekanizmaları, zincir mekanizmaları ve dişli çark mekanizmalarıdır. Bu mekanizmalardan dişli çarklar şekil bağlı olmaları, yüksek mukavemete sahip olmaları ve birim hacimde daha yüksek güç aktarma kabiliyetleri sebebiyle ön plana çıkmaktadır. Güç iletimini Watt'tan Megawatt seviyelerine kadar sağlayabilen çeşitli tipleri ve ebatları mevcuttur. Dişli çark mekanizmaları oyuncaktan rüzgâr türbinlerine kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. Kullanım alanlarına bağlı olarak çeşitli dişli tipleri, dişli çifti malzemeleri ve imalat kaliteleri ile dişli kutuları adı verilen dişli çark mekanizmaları oluşturulabilmektedir. Ödeve özel dişli kutuları tasarlanabileceği gibi ticari açıdan belli dönme hızı ve yükler için hazırlanmış dişli kutuları da mevcuttur. Bu sayede modüler olarak uygun dişli kutusu seçimleri yapılabilmekte ve motor-makina uyumuna göre performans açısından işlevi yerine getirebilecek kurulumlar gerçekleştirilebilmektedir. Otomotiv sektöründen inşaat sektörüne, makina endüstrisinden tekstile kadar hemen her alanda dişli kutuları ile karşılaşılmaktadır. Dişli kutularının güç aktarımında yaygın kullanımı sonucunda bu mekanizmalardaki sürtünme kayıplarının küresel ölçekteki genel enerji kayıpları içerisindeki payı kayda değer bir yer almaktadır. Dişli kutularındaki bu kayıplar, dişli çark çiftlerindeki diş sürtünmesinden, sızdırmazlık elemanlarındaki sürtünme direncinden, yuvarlanma elemanlı yataklardaki sürtünmeden ve sistemde kullanılan yağlayıcının etkisinden kaynaklanabilmektedir ve bunların tümü çevre koşullarından da etkilenmektedir. Bu sebeple bu enerji kayıplarını hesaplayabilmek birçok parametreye sahip çözümü zor bir hal almaktadır. Her bir eleman için literatürde yoğun çalışmalar yapılmış ve eleman performansları, çalışma iyileştirmeleri, hasar mekanizmaları vesair konularda geliştirmeler gerçekleştirilmiştir. Dişli çarklar özelinde dişli malzemeleri, diş profilleri, dişli imalat iyileştirmeleri alanlarında birçok çalışma bulunmaktadır. Bununla birlikte dişli çarklarda yağlama konusunda akademik ve ticari alanda yapılmış çalışmalar mevcuttur. Aynı şekilde sızdırmazlık elemanlarında ve yuvarlanma elemanlı yataklarda sürtünme direnci oluşumundaki etkiler çalışılmış, bu çalışmalar neticesinde sızdırmazlık elemanı geometrilerinin nasıl şekillendirileceği, bu geometrideki değişikliklerin etkilerinin incelendiği araştırmalar oluşturulmuştur. Yuvarlanma elemanlı yataklarda da benzer şekilde yatak tiplerinin geometrilerindeki değişikliklerin sürtünme direnci açısından incelendiği çalışmalar ile verimin iyileştirilmesi yönünde adımlar atılmıştır. Yuvarlanma elemanlı yatakların yağlanma koşulları ve sürtünme direncinin azaltılması amacıyla modeller geliştirilmiştir. Ancak herhangi bir eleman için yapılan gerek geometrik gerekse çalışma koşullarındaki iyileştirmeler diğer bir eleman için çalışma performansını kötüleştirebilmektedir. Hatta bazı durumlarda eleman bazında kötü olarak düşünebileceğimiz eksen kaçıklıkları veya geometrik tolerans hataları diğer elemanlardaki montaj hataları veya imalat hataları ile birleşerek genel performans iyileşmesini sağlayabilmektedir. Tüm bu bilgiler ışığında dişli kutularındaki elemanları tekil olarak incelemenin dişli kutusu verimini iyileştirme açısından yetersiz kalacağı ve sadece incelenen elemanın performansı ile sınırlı kalacağı gerçeğini ortaya çıkarmaktadır. Bu durum dişli kutuları gibi çok sayıda makina elemanından oluşan bir sistemin, bütün olarak incelenmesi gereksinimini doğurmuştur. Bununla birlikte tüm etkenlerin göz önünde bulundurularak verimin sayısal olarak hesaplanabilmesi zor bir problem haline gelmektedir. Her ne kadar literatürde bu hesaplamalar hakkında yaklaşımlar bulunsa da tekil ölçümlerde dahi deneysel çalışmanın verdiği sonuçlar ile doğrulanmadan kullanılmaları pek mümkün olamamaktadır. Birçok hesaplamada ise düzeltme katsayıları ile yapılan matematiksel hesaplamaların düzeltilmesi ihtiyacı oluşmaktadır. Bu çalışma, dişli kutusunu tüm bileşenleri ile ele alarak, dişli kutusunun çeşitli çalışma koşullarındaki verimini deneysel olarak belirlemeyi amaçlamaktadır. Bu sayede dişli kutularının verim odaklı en uygun çalışma aralığının belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda bir dişli kutusunun verimini elde edebilecek bir ölçüm sistemi tasarlanmıştır. Deneylerin yapılabilmesi ve ölçümlerin yapılıp kaydedilmesi ölçüm sistemine uygun bir arayüz oluşturularak yazılım desteği ile gerçekleştirilmiştir. Ölçüm sistemi iki adet moment transdüseri, elektrik dirençli yük motoru, sıcaklık ölçüm sensörü, bir elektrik motoru ve iki kademeli helisel dişli kutusundan oluşmaktadır. Dişli kutusu giriş milinden okunan moment ve dönme hızı değerleri ile dişli kutusunun çıkış milinden okunan moment ve dönme hızı değerlerinden eş zamanlı olarak giriş ve çıkış güçleri hesaplanmış ve çıkış gücünün giriş gücüne oranı ile verim elde edilmiştir. Veriler toplanırken asenkron olarak çalışan elektrik motorunun kaymasından doğabilecek anlık veri akış problemlerini en aza indirebilme amacıyla veriler 1024 Hz'te toplanarak kaydedilmiştir. Bu çalışma açısından mevcut bir dişli kutusunda herhangi bir makina elemanını değiştirmeden sadece çalışma koşullarının verime olan etkisi ele alınmak istenmiştir. Bu doğrultuda parametre olarak dişli kutusu girişindeki dönme hızı, yağlayıcı sıcaklığı ve yağlayıcı seviyesi ile yağ tipi seçimleri yapılmıştır. Parametreler belirlendikten sonra parametre sayısı ve her bir parametredeki seviye dikkate alınarak deneysel tasarım oluşturulmuştur. Parametrelerin ve parametre seviyelerinin verime etkileri genel bir tam faktöriyel tasarım kullanılarak incelenmiştir. Bu parametrelerin her biri için farklı değerlerde sistem çalıştırılarak parametrelerin ve parametre seviyelerinin verime etkilerine bakılmıştır. Bilgisayar komutları ile yapılan deneylerde giriş devirleri 700 ile 2700 devir/dakika aralığında 400 devir/dakika'lık değişiklikler ile kademeli olarak arttırılarak 700, 1100, 1500, 1900, 2300 ve 2700 devir/dakika hızlarında 6 farklı kademe kullanılmıştır. Ayrıca dişli kutusunda farklı yağlayıcı miktarlarında deneyler yapılmıştır. Mevcut dişli kutusunun tasarımı göz önünde bulundurularak 150, 200, 250, 300 ve 400 ml yağ miktarları deneylerde kullanılmıştır. Aynı zamanda yağ sıcaklığı, deney öncesinde 25, 30 ve 35 ℃ seviyelerinde koşullandırılmış ve deney esnasında da ölçümler yapılarak dişli kutusu verimine etkisi araştırılmıştır. Ardından farklı viskozite indekslerine sahip yağlayıcıların sisteme ve verime etkisini görebilmek amacıyla VG220 ve 5W30 yağları kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Görüleceği üzere birbirinden farklı 180 kontrollü deney oluşturulmuştur. Deneyler tekrarlı şekilde yapılarak deneylerin doğruluğu ve tekrarlanabilir olmasına dikkat edilmiştir. Doğrulama tekrarları ile birlikte bir dişli kutusu için yaklaşık 400 deney gerçekleştirilmiştir. Bu deneysel tasarım sonucunda her durum için rejim verim değerleri elde edilmiştir. Böylece dişli kutusu sisteminin farklı çalışma koşullarında sergilediği davranış ve sistemdeki güç kaybı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar istatistiki olarak değerlendirilmiştir. Varyans analizi (ANOVA) tabloları oluşturularak parametrelerin birbirleriyle etkileşim halinde olup olmadığı kontrol edilerek parametrelerin sistem üzerindeki etkileri ve verim sonuçları belirlenmiştir. Buradan elde edilen bulgular ile regresyon analizi yapılmış ve bir dişli kutusunun verimini öngörmek için tahmine dayalı bir model geliştirmek amacıyla regresyon fonksiyonu elde edilmiştir. Sonuç olarak matematiksel olarak yapılan hesaplamalarda dönme hızı ve sıcaklık gibi gövde yapısının bile etkili olabileceği parametreler deneysel olarak anlamlı bağıntılar haline getirilmiş ve hızlı çözüm elde etme seviyesinde incelenebilecek bir model oluşturulmuştur.
Önburulmalı fonksiyonel olarak derecelendirilmiş çubukların statik ve dinamik davranışlarının incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-08-22) Genel, Ömer Ekim ; Tüfekci, Ekrem ; 503182017 ; Makina Mühendisliği

Önburulmalı yapılar, kapalı bir düzlemsel eğriye belirli bir referans ekseni boyunca derinlik kazandırılması esnasında, bu kapalı düzlemsel eğrinin referans ekseni etrafında döndürülmesiyle elde edilen üç boyutlu yapılardır. Genel olarak makina mühendisliğindeki birçok uygulamada karşılaşılabilen bu yapılar, özellikle yüksek sıcaklık, nem ve sürtünme gibi zorlu ortamlarda işletilen turbomakinalarda, havacılık elemanlarında ve delme makinelerinde önburulmalı geometrilerinden dolayı ana sistem bileşeni olarak tercih edilmekte ve bu sebeple bu zorlu ortamların etkilerine doğrudan maruz kalabilmektedir. Bu zorlu ortam etkilerine direnç gösterirken aynı zamanda dayanımın da korunması ihtiyacı doğrultusunda, tabakalar arası gerilmelerin yüksek olduğu geleneksel kompozit malzemelerin aksine sürekli bir malzeme dağılımına sahip olmalarından dolayı ve süperalaşımlara kıyasla da daha düşük maliyetli olmaları sebebiyle, genel olarak özellikleri konuma bağlı olarak değişen malzemeler (homojen olmayan malzemeler) grubu, özel olarak da bu grubun bir alt kümesi olarak değerlendirilebilen fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeler, zorlu ortamlarda bulunan önburulmalı yapıların dayanımlarını korurken ortam etkilerine de direnç gösterebilmelerine olanak sağlayan etkili bir malzeme grubu olarak öne çıkmaktadır. Özellikleri konuma bağlı olarak değişen malzemelerden imal edilmiş bu önburulmalı yapılar genellikle, işlevleri nedeniyle, referans eksenini içeren boyutun (yani uzunluğun), derinlik kazandırılan kapalı düzlemsel eğrinin (yani kesitin) karakteristik boyutuna oranı yüksek bir değer sahip olacak şekilde tasarlanmaktadır. Bu sebeple, özellikle konuma bağlı malzeme özelliklerinin ifade edilebilmesi için detaylı bir model geliştirme süreci ve hassas bir analiz için fazla sayıda eleman kullanımına ihtiyaç duyan sonlu elemanlar yöntemi gibi bir yöntemden elde edilen üç boyutlu sayısal modellerin aksine, bir boyutlu mekanik modellerin geliştirilmesi bu yapıların mekanik davranışlarının analizinde daha verimli bir modelleme yaklaşımı olarak değerlendirilebilmektedir. Bir boyutlu modeller çerçevesinde bu yapılarda, geometrik olarak çift simetrik ve homojen malzemeye sahip bir kesit için bile önburulma sebebiyle eğilme davranışı üç boyutlu olarak meydana gelir ve eksenel uzama ile burulma arasında bağlaşıklık oluşur. Önburulmalı geometriden kaynaklanan bu iki karakteristik bağlaşıklığın, malzeme özelliklerinin konuma bağlı olarak değişmesinden nasıl ve ne ölçüde etkileneceği bu yapıların gelişmiş tasarımları için makina mühendisleri tarafından yanıtlanması gereken önemli sorulardandır. Bu bağlamda, bu çalışma kapsamında, konuma bağlı olarak değişen özelliklere sahip malzemeden imal edilen önburulmalı yapıların eğilme-eğilme bağlaşık statik, eğilme-eğilme bağlaşık dinamik ve uzama-burulma bağlaşık statik davranışları üzerinde, toplam önburulma açısı, malzeme dağılımı ve gözeneklilik gibi parametrelerin etkilerinin bir boyutlu mekanik modeller çerçevesinde incelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, literatürde homojen malzemeden imal edilen önburulmalı yapıların uzama-burulma bağlaşık dinamik davranışını incelemeye yönelik geliştirilen bir boyutlu mekanik modelden hareketle bir sonlu eleman formülasyonu da geliştirilmiştir. Bu doğrultuda, ilk olarak eğilme-eğilme bağlaşık ve uzama-burulma bağlaşık davranışlar, bu noktaya kadar ki geçmiş çalışmalara da değinilerek, temel olarak açıklanmıştır. Ayrıca malzeme özellikleri konuma bağlı olarak değişen önburulmalı çubukların uzama-burulma davranışlarının incelenebilmesi için öncelikle genel olarak malzeme özellikleri konuma bağlı olarak değişen önburulmasız çubukların burulmasına dair önbilgiye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bağlamda, malzeme özellikleri konuma bağlı olarak değişen önburulmasız çubukların burulmasına dair çalışmalar da özetlenmiştir. Ardından malzeme özelliklerinin kesit üzerinde değişmesi durumunda üç boyutlu eğilme davranışını, uzama-burulma bağlaşık davranışından ayırmak için kullanılması gereken malzeme dağılım profilinin niteliğinin belirlenmesini amaçlayan bir araştırma yapılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda, kesit kalınlığı boyunca kesit orta düzlemine göre simetrik malzeme dağılımına sahip önburulmalı çubuklarda, eğilme davranışı ile uzama-burulma bağlaşık davranışının birbirinden ayrı olarak incelenebileceği tespit edilmiştir. Eğilme-eğilme bağlaşık statik davranışa dair incelemeler özelinde, malzeme özelliklerinin kesit kalınlığı doğrultusunda simetrik ve üstel olarak değiştiği varsayılmıştır. Ayrıca kesitin gözenek içerdiği varsayılarak, bu gözenekliliğin kesit üzerinde homojen olarak ve kesit kalınlığı doğrultusunda simetrik olarak değiştiği iki ayrı senaryo ele alınmıştır. Bu kabuller altında, birinci mertebe kayma şekil değişimi varsayımı yapılarak önburulmalı çubuğun yönetici denklemleri ilk olarak sabit koordinat sistemine göre; sonrasında da eğri eksenli koordinat sistemine göre, minimum toplam potansiyel enerji prensibi kullanılarak elde edilmiştir. Her iki durumda da yönetici denklemler, birinci mertebeden diferansiyel denklem sistemi olarak ifade edilmiştir ve başlangıç değerleri yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Bu bağlamda, sabit koordinat sistemine göre geliştirilen formülasyonda katsayılar matrisinin elemanlarının konuma bağlı olarak değişen nitelikte olması sebebiyle, asal matris Volterra'nın çarpımsal integrali kullanılarak yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Öte yandan, eğri eksenli koordinat sistemine göre geliştirilen formülasyonda ise katsayılar matrisinin sabitlerden oluşması sebebiyle asal matris, matris eksponansiyeli kullanılarak kesin analitik olarak hesaplanmıştır. Kesin analitik çözümü elde etmeye olarak veren ikinci formülasyon sayesinde, uzay-sabit düşey uç kuvveti ve cisim-sabit üniform yayılı kuvvet yükleme senaryoları için tarafsız eksenin ötelenmesine ait kesin analitik ifadeler sunulmuştur. Ayrıca bir boyutlu mekanik model yaklaşımının uygulanabilirlik sınırları tespit edilerek, her iki formülasyon yaklaşımından elde edilen sonuçların birbiriyle olan uyumu ve sonlu eleman analizinden elde edilen sonuçlarla tutarlılığı gösterilmiştir. Son olarak ise toplam önburulma açısının, hacim oranı indisinin, gözeneklilik oranının ve gözeneklilik dağılımının uç tarafsız eksen ötelenmeleri üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Eğilme-eğilme bağlaşık dinamik davranışa dair incelemeler özelinde, önburumalı çubuğun malzeme özelliklerinin çubuk ekseni doğrultusunda eksponansiyel olarak değiştiği varsayılmıştır. Birinci mertebe kayma şekil değişimi varsayımı yapılarak önburulmalı çubuğun serbest titreşimlerine ait yönetici denklemler, sabit koordinat sistemine göre Hamilton prensibi kullanılarak formüle edilmiştir ve birinci mertebeden diferansiyel denklem sistemi olarak ifade edilmiştir. Burada, hem sabit koordinat sistemine göre formülasyon neticesinde önburulmadan dolayı hem de çubuğun malzeme özelliklerinin çubuk ekseninin bir fonksiyonu olarak değişmesinden dolayı, katsayılar matrisi konuma bağlı olarak değişmektedir. Bu sebeple çözüm, harmonik diferansiyel kuadratür yöntemi kullanılarak sayısal olarak elde edilmiştir. Bir boyutlu mekanik modelden elde edilen sonuçların, sonlu eleman analizinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmasının ve bir boyutlu mekanik modelin uygulanabilirlik sınırlarının belirlenmesinin ardından, ilk dört eğilme-eğilme bağlaşık moduna dair mod şekilleri sunulmuştur. Ardından, malzeme parametresinin ilk dört eğilme-eğilme bağlaşık doğal frekansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Uzama-burulma bağlaşık statik davranışa dair incelemeler özelinde, malzeme özelliklerinin önburulmalı çubuk kesiti üzerinde kalınlık doğrultusunda simetrik ve parabolik olarak değiştiği varsayılmıştır. Poisson oranı sabit olarak alınmıştır. Uzama-burulma bağlaşıklığını modellemek için ise Saint-Venant burulma kabulü çerçevesinde çarpılma fonksiyonu temelli bir boyutlu mekanik model kullanılmıştır. Diferansiyel denklemler minimum toplam potansiyel enerji prensibi kullanılarak elde edilmiştir. Çarpılma-kaynaklı rijitlik katsayıları, çarpılma fonksiyonu yerine Prandtl gerilme fonksiyonu kullanılarak ifade edilmiştir. Böylece çarpılma-kaynaklı rijitlik katsayılarını hesaplamak için, malzeme özelliklerinin kalınlık boyunca değişmesi durumunda çözülmesi daha zor olan Neumann tipi sınır değer problemi yerine, Dirichlet tipi sınır değer probleminin kullanılması sağlanmıştır. Çarpılma-kaynaklı rijitlik katsayılarının hesaplanmasından sorumlu bilgisayar kodunun sınanması amacıyla gerçekleştirilen bir dizi doğrulama çalışmasının ardından, çalışma kapsamında kullanılan yaklaşım, literatürdeki çoklu malzemeli membran analojisi ile karşılaştırılmıştır. Ardından, uç çekme kuvveti ve uç burulma momenti yükleme senaryoları için, bir boyutlu mekanik modelin, uygulanabilirlik sınırları içerisinde, sonlu eleman analizinden elde edilen sonuçlarla uyumlu olan sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Son olarak, toplam önburulma açısının ve malzeme parametresinin, uç burulma açısı ve uç tarafsız eksen ötelenmesi üzerindeki etkisi sırasıyla bu iki yükleme senaryosu için araştırılmıştır. Uzama-burulma bağlaşık dinamik davranış özelinde, literatürde homojen malzemeden imal edilen önburulmalı çubuklar için geliştirilen uniform olmayan burulma kabulü temelli bir boyutlu mekanik modeli temel alarak bir boyutlu bir sonlu eleman modeli geliştirilmiştir. İnterpolasyon fonksiyonlarına yönelik kısa bir değerlendirmeden sonra, geliştirilen sonlu eleman modeline dair yakınsama çalışması farklı geometrik parametrelere sahip önburulmalı çubuklar için yapılmıştır. Ardından, geliştirilen sonlu eleman modelinden elde edilen ilk dört uzama-burulma bağlaşık moduna ait doğal frekanslar, üç boyutlu sonlu eleman modelinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır ve ilgili mod şekilleri sunulmuştur. Yukarıda özetlenen incelemeler doğrultusunda, özellikleri konuma bağlı olarak değişen malzemeden imal edilmiş ve gerekli uygulanabilirlik sınırları içerisinde tasarlanmış önburulmalı yapıların, eğilme-eğilme bağlaşık statik, eğilme-eğilme bağlaşık dinamik ve uzama-burulma bağlaşık statik davranışları üzerinde, toplam önburulma açısı, malzeme dağılımı ve gözeneklilik gibi parametrelerin etkilerinin, bir boyutlu mekanik modeller kullanılarak incelenebileceği belirtilmiştir. Ayrıca, literatürde daha önceden sunulmuş olan bir boyutlu mekanik modelden hareketle, homojen malzemeden imal edilmiş önburulmalı yapıların uzama-burulma bağlaşık dinamik davranışının bir boyutlu sonlu eleman formülasyonu kullanılarak incelenebileceği belirtilmiştir.

Gözat

Sustainable Development Goal "Goal 7: Affordable and Clean Energy" ile LEE- Makina Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri