LEE- Makina Dinamiği, Titreşim ve Akustik-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19370

Gözat

Ağır taşıtlarda ayna titreşimlerinin incelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-09-09) Er, İsmail Oğuz ; Erol, Haluk ; 503111404 ; Makina Dinamiği, Titreşim ve Akustik ; Machine Dynamics, Vibration and Aquistics

Otomotiv sektöründeki rekabet, araç ağırlıklarının azaltılması konusunda firmaları zorlamakta, hafif tasarım yapılırken ise aracın yapısal rijidliği düşmekte ve titreşim hassasiyeti artmaktadır. Araç alt sistemlerinden biri olan ayna sisteminin titreşimlere duyarlı olması, aynanın yüksek genlikli titreşim yapmasına sebep olur. Yüksek genlikli titreşimler sonucunda ayna üstündeki görüntü bulanıklaşarak kaybolur ve bu görüntü kaybı trafik kazalarıyla sonuçlanabilir. Diğer bir değişle ayna sistemindeki aşırı titreşimler aktif güvenlik zafiyetine yol açmaktadır. Aynadaki görüntü kaybının sebep olduğu problemleri çözmek için ayna titreşimlerinin incelenmesi gerekmektedir. Tez kapsamında yapılan literatür araştırmaları, deneysel çalışmalar ve tecrübelerden yararlanarak titreşim duyarlılığı düşük bir aynanın sağlaması gereken dört adet kriter oluşturulmuştur. Bu kriterler ağır taşıtlar hedef alınarak belirlenmiştir. Kriterler modların ayrılması, modal sönüm, dinamik rijidlik ve araç çalışırken ayna üstündeki maksimum ivme değeri ile ilişkilidir. Titreşim performansı subjektif olarak değerlendirildiğinde geliştirilebilir seviyede olan geri görüş aynası, belirlenen kriterler doğrultusunda incelenmiştir. İnceleme çeşitli sonlu elemanlar analizleri ve fiziksel testlerle gerçekleştirilmiştir. Yapılan analiz ve testler sonucu aynanın kriterleri sağlamadığı görülmüştür. Sonlu elemanlar modeli ile çalışılarak aynanın kriterleri sağlaması için gerekli özellikleri bulunmuş ve öneriler oluşturulmuştur. Bu önerilere uyan bir ayna temin edilmiş ve gerekli analiz ve testler yapılmıştır. Analiz ve test sonusunda ayna, modal sönüm haricindeki tüm kriterleri sağlamıştır. Prototip ayna subjektif olarak değerlendirildiğinde de titreşim problemi görülmemiştir. Prototip aynanın, modal sönüm kriterini sağlamamasına rağmen subjektif değerlendirmelerde problemsiz olarak görülmesi, bu kriterin tekrar ele alınmasını gerektirmiştir. Maksimum ivme kriteri sonlu elemanlar metodu ile de incelenebilir. Ancak ayrıntılı sonlu elemanlar modeli ve motor yüklerine ihtiyaç duyulur.
Analytical and numerical analysis of coupled linear vibrations of fgm beams and frames

(Graduate School, 2022-10-22) Aytemür, Nedimcan ; Tüfekçi, Ekrem ; Eroğlu, Uğurcan ; 503181418 ; Machine Dynamics, Vibration and Acoustics

Functionally graded materials (FGM) are composite materials with continuously varying material properties. They have been used in aerospace, defense, aviation industries as structural elements such as rods, beams, frames, plates or shells due to their advantages. Researchers have been investigating mechanical behavior of FGM structures for static deflection, buckling, free or forced vibration cases. In this study, vibration analysis of FGM beam and frames are studied via analytical and numerical methods for different beam theories. In the first chapter, literature review is presented about FGM beam vibrations. Scope, purpose and the method of the thesis are stated. In the second chapter, analytical model is derived for Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories. To this aim, Hamilton Principle is utilized for obtaining the governing equations and boundary conditions of beams. In the third chapter, finite element method (FEM) is revisited and a brief theoretical background is provided. For analysis of Euler-Bernoulli beam theory; linear and quadratic formulations are derived. FEM modelling of Timoshenko beam theory requires methods to eliminate "shear locking" phenomenon which is a numerical error that overestimates shear strain potential energy. In order to eliminate that the shear locking error; interdependent interpolation element method and reduced order integration element method are utilized. Another numerical problem, arising for linear elements of reduced order integration, which is called "hourglassing", is eliminated by using quadratic elements in case of reduced order integration. In the fourth chapter, analytical and FEM results of beams are compared with each other and verified by comparison with literature. Once the models are verified, a parametric studies are conducted for Euler-Bernoulli beam theory and Timoshenko beam theory in order to observe non-dimensional natural frequency change with respect to variations of $L/h$ ratio and power index (k) for clamped-clamped, simply-supported, clamped-pinned and clamped free ends. Mass normalized mode shapes are also presented for numerical and analytical solutions with Modal Assurance Criterion (MAC) matrices. Verified FEM formulations are applied to frames which are more complex structures than beams the analytical investigation of which cumbersome. FEM results of frames are also compared with literature studies. For frame analysis three different scenarios are presented with varying power index (k). In fifth chapter, results of parametric study are discussed and commented on. Effects of L/h ratio, power index (k) and boundary conditions on non-dimensional natural frequencies are explained and highlighted. Final remarks are made and possible next steps are recommended.
Hoparlör ızgarasının akustik davranışa etkisinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-05-30) Kılıçkaya, Ali Bekir ; Erol, Haluk ; 503211401 ; Makina Dinamiği, Titreşim ve Akustik

Hoparlörler elektrik enerjisini sese dönüştürerek çalışan cihazlardır. Günümüzde akıllı elektronik cihazların çoğu, sesi oluşturabilmek için bünyesinde hoparlör bulundurmaktadır. Hoparlör ızgaraları bir taraftan sesin kendi üzerinden geçmesine izin verirken, bir taraftan da hoparlör bileşenlerini korumak amacıyla kullanılmaktadır. Hoparlör ızgaraları çoğu tüketici elektroniğinde hoparlörlerin önünde bulunduğundan, estetik açıdan da önem arz etmektedir. Hoparlör ızgaraları, tasarımlarına bağlı olarak yüksek frekanslı sesler üzerinde önemli değişiklikler oluşturabilmektedir. Hoparlöre ızgara eklenmesiyle birlikte, ızgara ile hoparlör diyaframı arasında kalan hacimde sesin önemli yansıma ve kırınımları oluşmaktadır. Bu da özellikle yüksek frekanslarda dalga boyunun küçülmesiyle, ızgaranın yüksek frekanslarda seste oluşturacağı etkinin anlaşılmasını zorlaştırmaktadır. Izgara estetik görünümünün ve akustik geçirgenliğinin mekanik tasarım ile optimize edilebilmesi için, hoparlör ızgarasının ses üzerindeki etkisinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi önem kazanmaktadır. Literatürde hoparlör üzerine ızgara eklenmesiyle seste oluşan değişimi yüksek tutarlılıkla tahmin edebilen sayısal çalışmalar mevcuttur. Çalışmalarda ızgara deliklerinin boyutları artırıldığında ses geçirgenliğinin iyileştiği sonucuna ulaşılmıştır. Ancak ızgara delik boyutları büyütülürken her bir delik için kesit alanı genişletildiğinde, ızgara delik/yüzey alanı da artarak sesin aktarılabileceği alanda artış olmaktadır. Bu tez çalışmasında homojen delik dağılımına sahip ızgaranın, hoparlör diyafram alanına izdüşümünde delik/yüzey oranı eşit seçilip, farklı delik tipleri ve delik büyüklüklerinin ses geçirgenliğine olan etkilerinin daha tutarlı olarak karşılaştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca literatürdeki hoparlör ızgara çalışmalarında altıgen ve daire tipi delikler kullanılmışken, bu tez çalışmasında daire, kare ve delik boyunca kesit alanı sabit olmayan kavisli, genişleyen ve daralan tip ızgara modelleri farklı kalınlıklarda karşılaştırılmıştır. Ayrıca daire, kare ve kavisli delikler için ana delikler eş alana sahip olacak şekilde ayarlanarak, delik tiplerinin efektif şekilde karşılaştırılması hedeflenmiştir. Buna yönelik olarak, yüksek frekans üreten hoparlör (tweeter) önüne yerleştirilen ızgaranın frekans tepkisi üzerindeki etkisini tahmin etmek için bir bilgisayar simülasyonu yapılmıştır. Izgara kalınlığının ve ızgara delik şekil ve boyutlarının sese olan etkisini anlayabilmek için, farklı kalınlık ve delik tiplerine sahip ızgaralar modellenmiştir. Izgarasız hoparlör frekans cevabı referans alınarak, ızgaraların frekans cevabı üzerinde oluşturduğu değişimler karşılaştırmalı olarak grafik ve istatistiksel araçlarla gösterilmiştir. Sayısal çalışmalarla hoparlör ızgarasının frekans tepkisindeki değişim sonuçlarını doğrulamak için deneysel çalışma yapılmıştır. Bu amaçla sayısal modeldeki hoparlör ve ızgaralar referans alınıp, eklemeli imalat yöntemiyle farklı kalınlıkta ve delik tipinde ızgaralar üretilmiştir. Oluşturulan deney düzeneği ile elde edilen deneysel sonuçlar sayısal sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Deneysel sonuçlar ile sayısal sonuçların genel olarak uyumlu olduğu görülmüştür. Yüksek (15 kHz ve üzeri) frekans değerlerinde farklılıklar görülmüşse de, oluşan bu sapma değerleri literatürde yer alan diğer çalışmalara benzer seviyededir. Elde edilen sonuçlara göre hoparlör ızgaralarında kalınlık artışı frekans cevabında pozitif ve negatif sapmalara neden olmakta ve hoparlör yönelimini de olumsuz etkilemektedir. Mümkün olan en ince kalınlıklı ızgara modellerinin tercih edilmesi ses kalitesi açısından en avantajlı durumu oluşturacaktır. Homojen delik dağılımına sahip ve efektif delik kesit alanının sabit olduğu ızgaralarda, delik boyutu değişiminin, frekans-ses basınç seviyesine etkisi arasında anlamlı bir ilişki bulunamamıştır. Genişleyen, daralan ve kavisli (hiperboloidal) delik tiplerine sahip ızgaralar kendi arasında mukayese edildiğinde; daralan tiplerdeki ızgaraların diğerlerine göre daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Ses yutumunun daha çok istendiği alanlarda kavisli delik tipine sahip ızgaraların tercih edilmesi daha avantajlı olabilir. Kesit çapı değişen ve kesit çapı sabit delikler arasında bir seçim yapılmak istendiğinde, ızgara delik hacmini artıracak şekilde bir seçim yapmak ses geçirgenliği açısından avantaj sağlayabilir. Son olarak, homojen delik dağılımına sahip olan ızgaralarla, faz tıpasına benzerlik gösteren ızgara sonuçları sayısal model ile karşılaştırılmıştır. Açıklık oranı sabit tutulan (%50) ve aynı kalınlıktaki modellerden faz tıpasına benzeyen ızgara tiplerinin ses geçirme performansını iyileştirdiği görülmüştür.
Investigation of the damping effectiveness of particle damper integrated structures design produced by laser powder bed fusion under different boundary conditions

(Graduate School, 2023) Özçevik, Birol ; Söylemez, Emrecan ; 802876 ; Machine Dynamics, Vibration and Acoustics Programme

Particle damper (PD) technology has been increasingly adopted as a passive damping mechanism in structures to minimize vibrations and improve their performance. This technology is particularly advantageous due to its design simplicity, low cost, and applicability in harsh conditions, making it an attractive alternative to traditional damping techniques. The production of structures with integrated PDs using additive manufacturing, particularly the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process, has become increasingly studied in recent times. This approach eliminates the need for external dampers to be implemented into the structure, simplifying the design process and reducing costs. However, in order to fully utilize the potential of PDs, a deeper understanding of their dynamic behavior is required. To this end, a study is conducted to investigate the impacts of integrated PDs on the dynamic behavior of additively manufactured structures. The study examined 16 different cases of integrated PDs with different sizes, numbers, and positions on the structure. For example, PDs with different total volumes were designed and located at various positions in the structure to understand the size and position impact on the dynamic behavior at the first and second modes of the structure. Hammer impact tests were performed on the additively manufactured samples to calculate the frequency response functions (FRFs). The modal parameters such as the natural frequency and damping ratio were obtained using the rational fraction polynomial (RFP) method. According to the findings, the damping performance of the parts was improved up to 10 times by using body-integrated PDs compared to the fully fused specimen. It was also observed that the effectiveness of body-integrated PDs depend significantly on the volume and spatial location. For instance, damping was generally increased when the volume fraction was increased. This increase in volume fraction also reduced the total weight of the specimens by up to 60 g. Moreover, the damping performance significantly increased for a specific mode if the PDs were located around the maximum displacement regions. Another design group was created to investigate the boundary conditions. The samples in this group were tested with both free-free and fixed-free boundary conditions. According to the results, although higher results were obtained for the fixed-free boundary conditions for the first mode, it was revealed that there are many parameters to be investigated such as mode shapes and system dampings. The findings of this study are of great significance to the manufacturing industry as they provide insights into the potential benefits of using integrated PDs in structures. With the ability to reduce vibrations and improve performance, structures incorporating PDs can be designed to fulfill the particular requirements of various industries such as aerospace, automotive, and civil engineering. Additionally, the study highlights the potential of additive manufacturing to produce structures with integrated PDs. With the flexibility of the powder bed fusion process, designers can easily incorporate PDs into their designs, without the need for external dampers. This approach not only simplifies the design process but also reduces costs, making it an attractive alternative to traditional damping techniques. It is worth noting that while the results of this study are promising, additional researches are required to fully understand the dynamic behavior of structures with integrated PDs. Future studies should focus on optimizing the size, shape, and location of PDs to achieve maximum damping performance. Moreover, research is required to investigate the effectiveness of integrated PDs on other modes of the structure, as well as on structures subjected to different loads and operating conditions. In conclusion, the use of particle damper technology in structures has the potential to improve their performance and reduce vibrations. By incorporating PDs into structures using additive manufacturing, designers can achieve greater design flexibility and reduce costs. However, further research is needed to fully realize the potential of this technology and optimize the design of structures with integrated PDs.
Modal balancing of flexible rotors with gyroscopic effects using kalman filter

(Graduate School, 2023) Namık, Canberk ; Erol, Haluk ; 841393 ; Machine Dynamics, Vibration and Acoustics Programme

At present day, rotating machinery is being used at numerous different fields. Looking to its development so far, demand from the rotating components is evolving towards becoming lighter and spinning faster by still keeping the same or higher amount of life cycles. The mentioned trend makes rotating components less stiff and increases their operating speed range. This can possibly introduce vibration driven problems such as noise, excessive wear or shortened fatigue life. One topic related with vibrations is the balancing of the rotating hardware. Balancing approach of rotating components differ depending on the classification of a rotor being "rigid" or "flexible". The difference between the two is, a rigid rotor operates significantly less than its first critical bending speed and a flexible rotor operates close to or above its first critical bending speed. Balancing of rigid rotors are very well-known theoretically and practically. On the other hand, flexible rotor balancing is not standardized and there are various approaches for the process. This study will try to develop a robust and precise flexible balancing procedure considering the gyroscopic effect which is usually neglected at many flexible balancing techniques. The developed approach will be suitable for both test rig and in-site balancing. The approach hosts a FE model to be used and does not require any trial mass. It is necessary to collect displacement data from the rotating hardware at close to critical speeds. FE model and sensor data are adequate to generate the unbalance values and positions using a series of calculations. These calculations require a force reconstruction method to be used and it is decided to use Augmented Kalman Filter. A regular Augmented Kalman Filter is not suitable for capturing the desired phenomena's, thus, some additional tweaks are made so that it fits better for the nature of rotordynamics. When the forces are generated, it is an easy effort to obtain unbalance masses and positions. The balancing can be done at close to critical speeds, mode by mode using modal approach and without upsetting the previously balanced modes. An important point on setting the balancing criteria is using the complex eigenvalue analysis to obtain modal properties due to existence of gyroscopic effect.
Modelling and analysis of gyroscopic effects in undamped rotating systems

(Graduate School, 2023-05-29) Erkan, Abdülsamet ; Şanlıtürk, Kenan Yüce ; Körük, Hasan ; 503201402 ; Machine Dynamics, Vibrations and Acoustics

The gyroscopic effect has always been an interesting phenomenon in the field of rotor dynamics owing to its unique and complicated results on the dynamics of rotating systems. The finite element method is commonly used in this field to model and analyse this effect. This method is based on developing discrete mathematical models of rotating finite elements and using them to discretise rotating structures. Structures with complex geometries are usually discretised using finite solid or shell elements while simpler systems composing of flexible shaft and rigid discs or isolated blades are discretised using finite beam elements. Despite the accuracy provided by solid/shell elements for complex structures, the requirement of significant modelling and computational effort becomes a drawback for this modelling technique. On the contrary, for simpler structures, beam elements provide satisfactorily accurate results with relatively less effort put into the modelling and computation stages. Using these relatively simpler models, the gyroscopic effects generated by the flexible rotating structures can be modelled and the outcomes of this phenomenon on the dynamics of a rotor can be investigated effectively. In this thesis, it is aimed to include the gyroscopic effects in the models of rotating flexible shaft-disc-blade systems and analyse the results using finite beam elements. Besides the conventional beam element model of rotating shafts and blades, a flexible disc structure in the form of a so-called spiderweb is proposed. By doing so, a fully flexible rotating shaft-disc-blade system's dynamics under the gyroscopic influence is examined with relatively less degrees of freedom. Moreover, the effects of disc and blade flexibility on the dynamics are discussed using the proposed disc model. Considering the lack of capabilities of some popular computer programs for modelling the gyroscopic effects of rotating beam elements, it is also aimed to contribute to this field with the models presented throughout this thesis. A comprehensive literature survey summarises the development of the rotor dynamics field over the years and reveals modern studies' focal points in the dynamics of rotating systems and the methods they employ. Furthermore, the place and the importance of the gyroscopic effects and finite element method in the literature is emphasised. The gyroscopic effect is caused by the gyroscopic moments in stationary reference frame, or the Coriolis forces in rotating reference frame. Although at first glance they seem different, they are directly related to each other over the Coriolis acceleration. It is noticed that the relation between these two cases is not sufficiently explained in the the rotor dynamics literature, therefore, the generation of the gyroscopic moments and the Coriolis forces, as well as the relation between these two is explained and clarified in some detail in the second chapter of the thesis. The gyroscopic effect's distinctive feature is its ability to generate complicated results on the dynamic behaviour of rotating objects. The gyroscopic effect is a speeddependent phenomenon and causes the system's dynamics to change with changing rotational speed. This leads to the natural frequencies of the system to become speeddependent as well. Some mode shapes, can also be highly influenced by the gyroscopic effects. Therefore, the gyroscopic effects necessitate to carry out the analyses at a range of rotational speeds. The gyroscopic effect introduces complexity to the mode shapes of rotating systems, which in return manifests itself as whirling motion of shafts and occurrence of travelling waves on discs. With these radical changes in the dynamics of rotors, the gyroscopic effect is accepted to be crucial to be accounted for in modelling and analysis of rotating structures. In the modelling stage, first, the conventionel model of flexible shaft-rigid disc system is presented. The flexible shaft is discretised using Timoshenko beam elements with 8 degrees of freedom. The dynamics of these elements, as well as the rigid disc's, are expressed in stationary reference frame while taking the gyroscopic effects caused by the gyroscopic moments into account. Later, a more general Timoshenko beam element with 12 degrees of freedom is presented. This element is used to discretise flexible shaft-disc-blade system. Due to the nonaxissymmetric geometry of the system, the modelling is carried out in rotating reference frame. Therefore, the gyroscopic effect is taken into account by modelling the Coriolis forces. Owing to the orientation difference between a shaft and a blade with respect to the axis of rotation, separate beam element models are presented and used for modelling shafts and blades. Although the formulation of structural stiffness and mass matrices are the same, the gyroscopic and spin softening matrices differ between the shaft and the blade elements. In order to account for the disc flexibility, a special disc model in the form of a socalled spiderweb is presented. This structure is composed of radial and connecting elements, both of which use the same mathematical model with the blade elements. Finally, an 8-noded isoparametric hexahedral solid element and the derivation of its matrices are presented. With the models developed, a flexibe shaft-rigid disc system's dynamics is analysed first. The free vibration problem of the system is solved at different rotational speeds, and the natural frequencies and mode shapes are predicted. The gyroscopic effect is observed to vary with the order of the shaft's bending vibrations. As expected, depending on the location of the disc on the shaft, some modes experience strong gyroscopic effect generated by the disc. It is seen that the natural frequencies split almost linearly with increasing rotational speed, and there, naturally, occurs no shaftdisc interactions because of the disc's rigidity. With the intention to investigate the gyroscopic effects in rotors, flexible shaft-flexible disc system, flexible shaft-disc-blade system and flexible bladed disc systems are also analysed. In these models, the so-called spiderweb disc is used to model a flexible disc, and the blades are intentionally oriented perpendicular to the disc in order to enchance the gyroscopic coupling in rotating reference frame. The natural frequencies in rotating reference frame and the mode shapes of the systems are predicted at different rotational speeds. Accordingly, Campbell diagrams are utilised to present the natural frequencies as a function of rotational speed. When the blades are attached, it is seen that the system dynamics gets tremendously complicated. The complex mode shapes of the shaft and the disc are presented by visualising the vibration patterns of the nodes on the bodies in various modes. It is seen that the spiderweb disc is capable of exhibiting the occurance of travelling waves on the disc. Taking the disc's flexibility into account is found to be essential in order to be able to predict shaft-disc interactions and the so-called veering phenomenon in several mode shapes of different systems. Moreover, with the proposed model, a merging type of instability is predicted in a flexible shaft-disc-blade system. Following the analyses of rotor models using beam finite elements, a solid bladed disc model is developed using 8-noded solid elements. The results of this model are used to predict how a solid bladed disc system behaves under the rotational effects. Then, the results are compared with those corresponding to previous systems modelled using beam elements. It is found that both types of models yield quite similar results in terms of the frequency splits caused by the gyroscopic effect, spin softening effect in blade dominated modes and the occurance of travelling waves on the disc. This thesis investigated the complicated and interesing nature of the gyroscopic effects in rotating systems using various models based on the finite element approach. Besides the gyroscopic effect's generation mechanism, the relationship between the gyroscopic moments in stationary reference frame and the Coriolis forces in rotating reference frame are explained in some detail. By proposing a spiderweb disc structure discretised using finite beam elements, a cost-effective model of flexible shaft-disc-blade system is obtained. It is concluded that this system can provide accurate results and insight into the dynamics of rotating simplified shaft-disc-blade systems which can be highly influenced by rotational effects such as the gyroscopic effects.
NiCoCrAlY+YSZ ile kaplanmış kanatçıklı diskin dinamik sonluelemanlar analizi ve toplu parametreli sistem ile modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Otay, Mustafa Yiğit ; Mermertaş, Vahit ; 834217 ; Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Bilim Dalı

Günümüzde havacılık sektörü her geçen gün hızla gelişmekte ve ortaya çıkan yeni üretim yöntemleriyle kullanılan teknolojinin sürekli olarak ilerlemesi üzerine çalışmalar devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, havacılık endüstrisinin üzerine çalıştığı araştırma ve geliştirme faaliyetlerinin bir hedefi olan hafif, dayanıklı, etkili uçak yapılarının tasarımı ve analizine yönelik bir çalışma ele alınmıştır. Bu bağlamda, türbin motorlarında kullanılan yüksek hızlı dönen yüzeylere sahip entegre kanat ve disk yapıları olan kanatçıklı diskler, hava taşıtlarının performansını doğrudan etkileyen önemli bileşenler arasında yer almaktadır. Ancak, kanatçıklı diskler gibi bileşenlerde meydana gelen düzensizlikler, yapısal kusurları etkileyebilmekte ve hatta titreşim davranışlarını değiştirebilmektedir. Bu yapısal düzensizlikle; malzemeden kaynaklı düzensizlikler, üretim prosedürleri ve kullanım sırasında meydana gelen hasarlar gibi çeşitli faktörlerden kaynaklanabilmektedir. Bu nedenle, kanatçıklı diskler (blisk)'lerin doğal frekanslarını belirlemek ve bozulmaların bu frekansları nasıl etkilediğini anlamak son derece önemlidir. Bu çalışmada, kaplanmış kanatlı bir diskin dinamik davranışını analiz etmek ve modellemek için toplu parametreli sistem kullanılmıştır. Parametreli sistemde, öncelikle sektörel bağlamda ilgili model kurulup devamında toplu parametre modeli ile sistem geneli incelenmiştir. İlerleyen aşamalarda çözüm yöntemine dair geliştirmede bulunulup mevcuttaki toplu parametreli sistemin serbestlik dereceleri arttırılmış ve çıkan sonuçlar sonlu elemanlar çözümü ile karşılaştırılarak sistemin optimizasyonu ve daha detaylı bir çözümleme tekniği ele alınmıştır. Ayrıca, bu çalışma blisklerde meydana gelen düzensiz titreşimlerin sert kaplamalar aracılığıyla düşürülmesi ve literatürdeki analitik çözüm yöntemlerine alternatif bir çözüm sunma amacını taşımaktadır. Sistemin doğal frekans değerlerinin incelenmesi ve analitiksonlu elemanlar çözümleri arasındaki hata paylarının yeni parametreli sistem ile azaltılması hedeflenmektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, ilgili literatürde yapılan çalışmalar detaylı bir şekilde incelenmiş ve elde edilen bulgular, tezin yönünü belirlemede önemli bir rehberlik sağlamıştır. Ardından, kanatçıklı diskin çözümlemesinin temelini oluşturan sayısal analiz ve sonlu elemanlar model aşamaları için kullanılan yazılımların yöntem ve teknikleri detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Teorik bilgilerin edinilmesinden sonra, sonlu elemanlar simülasyon çalışmaları için sıklıkla tercih edilen bir dinamik analiz yazılımında kanatçıklı diske ait katı cisim geometrisine paralel ilgili parçanın önceden belirlenmiş sınır koşulları altında dinamik frekans analizi kurulumu gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda, analitik sistem modeli kurulmuş ve çözüm için gerekli parametrelerin elde edilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır ve ilgili sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen veriler, yeni oluşturulan toplu kütle modeliyle sonlu elemanlar modelinden gelen sonuçların uyumlu olduğunu göstermiştir. Sayısal ve dinamik sistem çözümlemelerine ait sonuçlar ayrı bir bölümde detaylı bir şekilde paylaşılmıştır. Çalışmanın son bölümünde, genel bir değerlendirme yapılmış ve gelecekte yapılacak çalışmalar için öneriler sunulmuştur. Yapılan çalışma, kanatçıklı disklerde meydana gelen düzensiz titreşimlerin analizine ve sistem karakteristiklerinin incelenmesine yönelik bir katkı sunulması hedeflemektedir. Ayrıca, geliştirilmiş toplu parametreli sistem analitik ve sonlu elemanlar çözümleri arasındaki hata paylarını azaltma potansiyelini göstermektedir.
Parametric investigation of a piezoelectric tuned dynamic vibration absorber

(Graduate School, 2024-02-02) Ünal, Hadi ; Şen, Osman Yaha ; 503201418 ; Machine Dynamics, Vibration and Acoustics

Dynamic vibration absorbers, which are attached as secondary subsystems on primary systems, are passive devices that are used to suppress the vibrations of primary systems. The idea is well-known and proven by many researchers, and it was first introduced by Ormondroyd and Den Hartog in 1928. Nowadays, the different versions of dynamic vibration absorbers are developed. In this study, piezoelectric tuned dynamic vibration absorbers which are one of these versions of dynamic vibration absorbers are investigated. The classical dynamic vibration absorber model is extended with an attachment of a piezoelectric transducer. Hence an electromechanical system model is developed. Furthermore, the chief objective of this study is to investigate the effects of system parameters on the vibration absorption performance of the proposed piezoelectric tuned dynamic vibration absorber. Especially, effects of resistance and inductance on system are determined. The model developed in this study consists of a primary structure attached to common ground via a linear elastic and dissipative path. The secondary system is directly attached on the primary structure through the piezoelectric transducer with the external shunt circuit. Though, the mechanical stiffness and damping characteristics of the piezoelectric transducer are also considered. Hence, when the effect of piezoelectric transducer is off, the system behaves like a classical dynamic vibration absorber. First, the governing multi-physics equations are obtained and numerically solved for both classical and shunted systems. The results are investigated in both time and frequency domains, and the differences between the dynamic responses of both systems are observed. The investigation is conveyed mainly on the vibratory motion of the primary structure. Second, the coefficients of the electrical resistance and inductance on the shunt circuit are altered at given interval, and the effect of these element on vibration absorption performance of the tuned dynamic vibration absorber is investigated. In conclusion, the system parameters that leads to a maximum vibration attenuation on the primary system are obtained.
Roller bearing fault detection using rotary encoder

(Graduate School, 2024-01-26) Yaldız, Samet ; Şanlıtürk, Kenan Yüce ; 503191422 ; Machine Dynamics, Vibrations and Acoustics

For many industrial complex machines, there are various challenging issues which include reducing machine downtime, managing repairs and maximising operating times. Any problem or fault in machines can cause failures and downtimes which in turn can lead to significant economic losses. Therefore, industrial companies need to plan organized maintenance strategies for optimum productivity. Condition based monitoring stands out as a highly effective and dependable method widely utilized in the field of maintenance. For rotating systems, rolling bearings are one of the commonly used essential machine elements that are prone to unexpected failures. Traditional monitoring methods predominantly rely on conventional vibration measurements. In recent years, a novel approach to monitoring the condition of bearings using torsional vibration signals via encoder has attracted great attention by scholars. Encoder signals offer notable benefits over standard vibration signals. For instance, encoders have higher signal to noise ratio than accelerometers because they are located close to the rotary components while accelerometers suffer from long and complicated transfer paths. Moreover, encoders are usually built-in type sensors which make them part of the available systems, and this brings additional economic advantages for condition monitoring. However, captured encoder signals are impacted by adverse factors like speed uncertainties due to random load fluctuations and variations in electric supply. These factors predominantly affect low-level signals, where diagnostic information is frequently masked by noise. In order to overcome this challenging problem, researchers continuously strive to create sophisticated signal processing strategies for the effective extraction of crucial diagnostic insights from signals with significant noise interference. In this thesis, conventional and relatively well-established signal processing methods typically employed in vibration-based fault detection are examined and their implementations in encoder-based fault diagnosis are investigated. Particular attention is paid to signal de-noising and enhancement of the measured signals to improve fault detection performance of proposed method. In the first chapter, the problem addressed in this thesis is introduced in detail and the existing literature is thoroughly reviewed. In the second chapter, encoder specific details and employed signal processing methods are described. Briefly, working principle of encoders and Instantaneous Angular Speed (IAS) measurement concept are examined. Theoretical background of the the signal processing methods used in this thesis are also presented in this chapter. The subsequent chapter details the experimental setup and outlines the specifics of the measurement campaign. For the experimental part of the study, an existing Bosch test bench, designed for endurance validation of high-pressure pumps, is employed. For the experimental validation of the fault detection methods used in this thesis, artificial faults are created on the inner rings of cylindrical roller bearings. Due to the complicated design of the setup and the adverse effects encountered during the signal acquisition, measured data inherently contained significant amount of background noise. Chapter four focuses on the signal processing of the measured raw data, aiming to extract hidden information which is critical for detecting bearing faults. An open-source software, Python, along with its signal processing libraries, are employed to process the measured signal and apply various signal processing methods for extracting diagnosic information from measured data. This software choice is based on the diverse range of available techniques and exponential growth observed in this area. In this chapter, three different methodologies for fault detection are introduced. The first employs envelope analysis and spectral kurtosis for detection of faults on the bearing's inner ring. In this context, different fault sizes are examined, and the effectiveness of a hybrid approach is investigated. The results clearly indicate that successful identification of the fault frequency of the bearing's inner ring can be captured via the envelope spectra. In the second method, signal de-noising is the main focus of the investigation. Empirical mode decomposition and singular value decomposition-based bearing fault detection methodology is proposed and proposed method is compared with direct empirical mode decomposition applied signal without prior signal de-noising. The findings reveal that the proposed methodology effectively identifies the bearing inner ring fault frequency in the presence of considerable amount of background noise. In contrast, approaches relying solely on spectrum analysis and the direct application of empirical mode decomposition demonstrate limited effectiveness under similar conditions. When analyzing instantaneous angular speed variations captured by an encoder, directly detecting fault-indicative frequency components is challenging since the bearing fault carries low energy in the signal. Therefore, the third method focuses on removing the most deterministic components from the signal. After filtering, fault frequencies and harmonics were distinguishable in the signal spectra at various speeds, yielding consistent results. Modulation-related sidebands were also observed in the signal. Upon examining the effect of speed, it was found that in our case, detecting bearing frequencies at relatively lower rpms was easier due to the increase in noise content with rising speed. As a result, findings in this thesis leads to the conclusion that encoder signal-based fault detection methods offer an important alternative in bearing condition monitoring. Besides, bearing fault detection capability of the existing methods can be significantly improved by the use of signal de-noising.
Uçak modal parametrelerinin uçuş esnasında takibi için operasyonel modal analiz kullanılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-08) Köken, Metin ; Altuğ, Erdinç ; 503201409 ; Makina Dinamiği, Titreşim ve Akustik

Yapıların dinamik karakterleri bir çok endüstride olduğu gibi hava araçları için de çok önemli olmuştur. Yapının dinamik karakteri; aeroelastisite, yapı kararlılığı, uçuş dinamiği ve yapıların yorulma dayanımları gibi farklı yönlerden etkilere sahip olması sebebiyle, hava aracı tasarım ve üretimi yapan mühendisler tarafından incelenmektedir. Bu amaçla, nümerik ve deneysel modal analiz yöntemleri kullanılarak hava aracının doğal frekans, mod şekilleri ve modal sönüm oranları gibi modal parametreleri hesaplanmakta ve doğrulanmaktadır. Ancak, nümerik modeldeki belirsizlikler ve yer testleri imkanlarının kısıtlı oluşu sebebiyle doğrudan uçuş esnasında modal analiz yapılması da gereklilik haline gelmiştir. Model doğrulamanın yanında, yapı sağlığı izleme, çırpınma testi ve gerçek zamanlı yapı kararlılığı takibi açısından da operasyonel modal analiz yöntemlerinin geliştirilmesi önem kazanmaktadır. Telemetri ve günümüz bilgisayar teknolojisi ile birlikte veri işlemenin kolaylaşması ile operasyonel modal analiz yöntemleri de doğru orantılı olarak ilerleme kaydetmektedir. Genellikle, yapı mühendisliği alanında kullanılan operasyonel modal analiz yöntemlerinin havacılık alanında kullanımı da test edilmektedir. Ancak, zamana bağlı olarak değişmeyen sistemlerden farklı olarak, hava aracı yapıları hem kütle durumu hem aerodinamik açısından zamanla değişmeyen sistem kabulü yapılmasından oldukça uzaktır. Özellikle geniş uçuş zarfına sahip uçaklarda modal parametreler farklı uçuş koşullarından farklı modal karakteristik göstermektedir. Dolayısıyla, yapılan operasyonel modal analiz çalışmaları da bu bağlamda zamanla değişen sistemler için uyarlanmaktadır. Bu tez çalışmasında operasyonel modal analiz yöntemleri hem nümerik sistemde hem uçuş test verisiyle test edilerek performansları farklı açılardan kıyaslanmıştır. Gerçek zamanlı operasyonel modal analizin gerekliliği olarak otonomlaştırılan algoritmaların belirli zaman aralıklarıyla modal parametreleri tespit etmeleri ve zamanla değişen modal parametreleri izlemesi sağlanmıştır. Hem frekans bölgesi hem zaman bölgesi yöntemleri test edilerek her yöntemin kendine göre belli koşullardaki avantajlarını kullanma amacıyla, algoritmalar arası oylama yöntemiyle hataya daha dayanıklı bir gerçek zamanlı operasyonel modal analiz algoritması elde edilmesi amaçlanmıştır. Frekans-Uzamsal Bölge Ayrıştırması (FSDD), Ibrahim Zaman Bölgesi (ITD), Özsistem Gerçekleme Algoritması (ERA), Özbağlanımlı ve Çoklu Referans (AR/PR) ve Olasılıksal Alt Uzay Tanımlama (SSI) yöntemleri gerçeklenerek nümerik sistem üzerinde test edildikten sonra uçuş verisiyle operasyonel modal analiz yapılıp, hava aracının deneysel modal analiz sonuçlarıyla kıyaslandığındaki peformansları ele alınmıştır. Nihai olarak ise, otonom şekilde gerçek zamanlı modal parametre takibi yapılarak modal parametrelerin değişimi izlenmiştir. Oylama algoritmasıyla birlikte, her yöntemin katılım gösterdiği modal parametre takibinin çeşitli uçuş koşullarında hataya daha dayanıklı olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçların, çırpınma testleri, gerçek zamanlı sönüm oranı ve doğal frekans takibi, yapı sağlığı izleme çalışmalarına katkı sağlaması öngörülmüştür.
Yapısal ses kaynaklarının konumunun akustik emisyon yöntemi kullanılarak belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-10-18) Meriç, Tolga ; Erol, Haluk ; 503201423 ; Makina Dinamiği Titreşim ve Akustik

Yapısal Sağlık İzleme (SHM) teknolojileri, mühendislik uygulamalarında giderek daha geniş bir kullanım alanı bulmakta ve teknolojik ilerlemelerle birlikte bu alanlar daha da çeşitlenmektedir. SHM uygulamaları içerisinde, yapıya zarar vermeden izleme kabiliyeti sunan ve önemi giderek artan akustik emisyon yöntemine dayalı yaklaşımlar dikkat çekmektedir. Bu yaklaşımlar, yapının üzerine yerleştirilen sensörler aracılığıyla yapının sürekli olarak izlenmesini sağlamakta ve toplanan veriler doğrultusunda hasara yol açan durumların tespit edilmesi ve konumlarının belirlenmesini hedeflemektedir. Akustik emisyon yöntemine dayalı birçok teknik mevcut olup, her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Özellikle kompleks ve anizotropik özelliklere sahip yapıların yapısal ses kaynaklarının konumlandırılmasında kullanılan önemli yöntemlerden biri, Delta-T haritalandırma yöntemidir. Diğer tekniklerle karşılaştırıldığında, yenilikçi yaklaşımlara açık yapısıyla öne çıkan bu yöntem, konum tahmini konusunda gelişime son derece elverişlidir. Delta-T yönteminin geleneksel yaklaşımının geliştirilmesiyle elde edilebilecek yeni yöntemler, yapısal ses kaynaklarının konumlarını yüksek hassasiyetle ve düşük maliyetli sensörler kullanarak tespit etmeyi mümkün kılabilir. Bu sayede, SHM uygulamalarında maliyet etkin ekipmanlar kullanılarak yapı sağlığının izlenmesi mümkün hale gelebilir. Tez çalışması, dört ana bölümden oluşmaktadır. Bu çalışmada, literatürdeki Delta-T tabanlı yöntemlerin incelenmesi, Delta-T uygulamasının geliştirilmesi gereken yönlerinin değerlendirilmesi, uygulama adımlarında optimizasyon teknikleri kullanılarak noktasal konum tahmini elde edilmesi ve uygun maliyetli sensörlerle daha hassas konum tahmini sağlamak amacıyla veri tabanı yapısının önerilen konum tahmin yöntemi doğrultusunda yeniden yapılandırılması amaçlanmaktadır. Ayrıca, tez çalışması kapsamında geliştirilen algoritmalarının açık kaynak kodlu programlar kullanılarak geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmalar kapsamında gerçekleştirilen test faaliyetlerinde, önerilen yöntem ve geliştirilen yazılımlar kullanılarak doğrulamalar yapılmış ve konum tahmininde iyileşme sağlandığı gözlenmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde, problemin tanımı, literatür araştırması, tezin kapsamı ve ulaşılması beklenen hedeflere yer verilmektedir. İkinci bölümde, akustik emisyon yaklaşımı, akustik emisyon sonucu oluşan elastik dalgaların detaylı incelenmesi, bu dalgaların yapıda iletim temelleri ve dalga yayılımında etkili olan parametrelerin analizi ele alınmaktadır. Çeşitli akustik emisyon yöntemlerinin incelemeleri yapılmıştır. Çalışmalar için seçilen Delta-T yönteminin sonucunu etkileyen parametreler ayrıntılı şekilde incelenmiş ve yöntemin adımları analiz edilmiştir. Bu bölüm, aynı zamanda deneysel doğrulamalarda kullanılacak yazılım uygulamasının teorik temellerini ve kullanılan algoritmik yaklaşımların ayrıntılı açıklamalarını içermektedir. Üçüncü bölümde, önerilen yöntem ve hazırlanan yazılımın doğrulanmasına yönelik yapılan test çalışmaları, uygulama adımları detaylandırılarak açıklanmıştır. Deneysel faaliyetler sonucunda elde edilen zaman farkı haritaları, kontur çizgi grafikleri, noktasal konum tahminleri ve testlerin tutarlılık analizleri incelenmiş; grafikler üzerinde kapsamlı değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışmanın son bölümünde, tez çalışmasının sonuçları kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiş; ileride bu çalışmadan faydalanılarak yapılabilecek araştırmalar için öneriler sunulmuştur.

Gözat

Başlık ile LEE- Makina Dinamiği, Titreşim ve Akustik-Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri