LEE- Katı Cisimlerin Mekaniği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19329

Gözat

Başlık ile LEE- Katı Cisimlerin Mekaniği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    3 boyutlu yapısal analizlerde minimum model büyüklüğünün belirlenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-25) Güldağlı, Hayri ; Altınkaynak, Atakan ; 503191512 ; Katı Cisimlerin Mekaniği
    Yapılan tez çalışmasında üç boyutlu sonlu elemanlar modellerinin büyüklüğünü belirlemek için farklı parametreler incelendi. Sonlu elemanlar modelleri havacılık, otomotiv, beyaz eşya vb. pek çok sektörde düşük çevrimli ve yüksek çevrimli yorulma ömrü hesaplamaları, yapının rijitliği, yapının dinamik yüklere dayanım hesaplamaları gibi farklı konularda kullanılmaktadır. Bu çalışma yapılırken havacılıkta ulaşım amacıyla, şehirlerde anlık elektrik ihtiyacı artışı durumunda elektrik üretimini sağlamak amacıyla ya da akaryakıt firmalarında yer altından akaryakıt çıkarmak amacıyla kullanılan gaz türbinleri baz alınmıştır. Gaz türbinlerinin modülleri açıklanmıştır ve bu modüllerden yanma odası ile türbin arasında bulunan türbin orta karkas yapı, gerçekleştirilecek analizler için seçilmiştir. Türbin orta karkas yapıyı analiz etmek için kurulan sonlu elemanlar modelleri herhangi bir bilgisayarın kabul edilebilir zaman dilimlerinde çözebileceğinden çok daha büyük modeller olabilmektedir. Bu süre modelin büyüklüğüne ve amacına göre haftalar ya da aylar olabilmektedir. Bu yüzden model büyüklüğünün belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Model büyüklüğünde yapılacak %10 ya da %15 gibi bir azaltma, bu analiz süreleri göz önünde bulundurulduğunda çok büyük katkı sağlamaktadır. Yapılan literatür taramasında, sonlu elemanlar modellerinin minimum model büyüklüğünü belirlemek için oluşturulan formüller temel olarak ince cidarlı basınçlı kap hesaplamalarına dayanmaktadır. Bu formüller √(yarıçap∗kalınlık) değerinin farklı doğrusal katları olarak verilmiştir. Bu çalışmada türbin orta karkas yapının rotor kaynaklı dengesizlik yüklerine dayanımını hesaplamak için oluşturulan sonlu elemanlar modellerinin eksenel büyüklüğünü etkileyen kalınlık, yarıçap ve uygulanan yük faktörleri incelenmiş ve bu faktörleri göz önünde bulundurarak model büyüklüğü hesaplaması için formüller oluşturulmuştur. Farklı yükleme çeşitleri ve büyüklüklerine göre ilgili sonucun, model büyüklüğüne karar verildiği aşamada kullanılması planlanmaktadır. Malzeme seçimi yapılırken, oluşturulan karkas yapı modelinin sadece mahfaza kısmı doğrusal malzeme tanımıyla kullanılmıştır. Bu sonuçlardan elde edilen minimum model uzunluğu değerlerine göre malzeme seçimi yapılmıştır. Karkas yapının sonlu elemanlar modeli oluşturulurken yapının rijitliğini doğru olarak yansıtacak miktarda eleman kullanılmıştır. Mahfaza, karkas yapı ve bağlantı elemanları arasında temas yüzeyleri tanımlanırken 0.3 sürtünme katsayılı standart kontak kullanılmıştır. Karkas yapının tekrar eden kısmı modellenerek periyodik sınır koşullarıyla model oluşturulmuştur. Karkas yapının iç kısmına rotor dengesizliği kaynaklı radyal ve eksenel yükler, mahfazanın arka ucuna gaz yüklerini simüle eden eksenel yük uygulanmıştır. Sonuçlardan her bir kalınlık-yarıçap ikilisi için minimum model büyüklüğü belirlenirken, mahfazadan, her adımda bir eleman sırası silinmiştir ve nominal gerilme değeriyle aradaki fark %1'i geçtiği uzunluk minimum model uzunluğu olarak tanımlanmıştır. Yüzey tepki metodu kullanılarak, minimum model uzunluğu değerlerinin kalınlık ve yarıçapa bağlı değişimi yüzeyler üzerinde gösterilmiştir. Ayrıca literatürdeki çalışmalar ile kıyaslama yapabilmek için √(yarıçap∗kalınlık) birleşik parametresine göre nasıl değiştiği de incelenmiştir. Karkas yapının iç kısmına ve mahfazanın arka ucuna uygulanan yük büyüklükleri değiştirilerek, farklı yük büyüklüklerinin, minimum model uzunluğunu nasıl etkilediği incelenmiştir. Elde edilen sonuçlarda sadece mahfazayı içeren doğrusal modelin, minimum model büyüklüğü açısından bir üst limit tanımladığı görülmüştür. Farklı büyüklüklerde yük uygulandığında, minimum model büyüklüğünün kalınlık-yarıçap parametrelerine göre farklı yollar izlediği sonucuna ulaşılmıştır. Bu çalışmada uygulanan yüklerden yakın olanı seçilip ilgili kalınlık ve yarıçaptaki minimum model uzunluğunun hesaplanması sonucuna ulaşılmıştır. Hassasiyet değeri olarak %1'e ek olarak, başlangıç seviye tasarım çalışmalarını göz önünde bulundurmak için %5 ve %10 değerleri de aynı şekilde incelenmiştir ve elde edilen minimum model uzunluğu sonuçları paylaşılmıştır.
  • Öge
    Ağsız yöntem uygulamalarında kullanılması için yeni radyal temel fonksiyonlar önerilmesi ve önerilen fonksiyonların karakteristik davranışlarının belirlenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-17) Bilgen, Ahmet Can ; Altınkaynak, Atakan ; 503181518 ; Katı Cisimlerin Mekanigi
    Ağsız yöntemler, ilk kez 1970'li yıllarda ortaya çıkmış ve yaklaşık elli yıldır mühendislik problemlerin sayısal çözümü için kullanılan bir yöntemdir. Ağsız yöntemler, çözüm bölgesine ağ yapısı oluşturmak yerine tanımlı düğüm noktaları oluşturarak sonuçlar elde etmeyi amaçlar. Ağ yapısı gerektirmemesi, büyük deformasyon problemlerini daha sağlam bir şekilde ele alabilmesi, yüksek dereceli sürekli şekil fonksiyonlarına ve yerel olmayan enterpolasyon karakterlerine hassasiyeti olmaması ve 3 boyutlu yapılar için uygun olması, bu yöntemin avantajları olarak sayılabilir. Noktasal radyal temel fonksiyon yöntemi, ağsız yönteme dayanmaktadır. Kısmı diferansiyel problemlerin çözümü için ağ yapısının olmaması ve programlamadaki esneklikten dolayı karmaşık ve düzensiz geometrilerde bile çekici bir çözüm tekniğidir. Hem sınır koşulları hem de diferansiyel denklemi sağlamak için çözüm bölgesindeki noktalar arasındaki uzaklığa bağlı olarak radyal temel fonksiyonlar ile yaklaşık olarak elde edilen özel çözüm, aynı zamanda problemdeki denklemin çözümü olur. Birden fazla radyal temel fonksiyon türü vardır. Problem yaklaşımında doğruluk ve yakınsaması için radyal temel fonksiyonların seçimi önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, ağsız yöntemlerde kullanılması için radyal özelliğe sahip yeni temel fonksiyonlar önerisinde bulunulmuştur. Önerilen radyal temel fonksiyonları, dört farklı mühendislik sayısal probleminin çözümü için kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar ile ağsız yöntemlerde sıklıkla kullanılan Gauss ve Ters Multikuadrik radyal temel fonksiyonları ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak, radyal özelliğe sahip yeni temel fonksiyonların karakterislik davranışları incelenmiştir. Yapılan sayısal deneylerin sonucunda, önerilen Sinüs, Tanh, Sech ve Sech Seri Açılımı radyal temel fonksiyonlarının Gauss ve Ters Multikuadrarik fonksiyonlara kıyasla daha az nokta sayısın daha düşük hata mertebeleri elde ettiği görülmüştür. Ayrıca, Sinüs 5.Seri Açılım radyal temel fonksiyonun dışındaki diğer önerilen fonksiyonlar ise Ters Multikuadrik ve Gauss fonksiyolarının farklı nokta sayıları ile elde edilen hata değerlerinde göstermiş oldukları davranışa benzer davranışlar gösterdiği gözlemlenmiştir. Sinüs, Sinüs Seri Açılımı, Tanh Seri Açılımı ve Sech Seri Açılımı radyal temel fonksiyonlarının, Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonlara kıyasla, nokta sayısında artışı ile aynı mertebedeki hata değerleri elde edilebilmesi için daha geniş bir aralıkta kullanılabilecek şekil parametresi seçilebileceğini göstermişlerdir. Ayrıca, Tanh ve Sech radyal temel fonksiyonları ise Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonlar ile farklı şekil parametre değerlerinde elde ettiği hata değerlerine benzer değerler elde ettikleri gözlemlenmiştir. Akış probleminde ise, şekil parametresinin hata değeri üzerinde göstermiş olduğu etki, Sinüs 5.Seri Açılım radyal temel fonksiyonu dışında önerilen diğer fonksiyonlar ile Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonlarla benzer davranışları göstermişlerdir. Bu sonuçlar neticesinde, önerilen Sinüs 5.Seri Açılım radyal temel fonksiyonu dışındaki diğer önerilen tüm fonksiyonlar, Gauss ve Ters Multikuadrik fonksiyonları yerine ağsız yöntem uygulamalarında alternatif olarak kullanılabileceğini göstermişlerdir.
  • Öge
    Akrilik bazlı çok katmanlı sürdürülebilir kompozitlerin yönlenmeye bağlı mekanik özelliklerinin analitik ve sayısal olarak doğrulanması
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Kılıç, Kerem ; Bakkal, Mustafa ; 809661 ; Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
    Günümüzde hızla gelişen teknolojiye bağlı olarak endüstrinin birçok alanında yeni üretim teknikleri ile beraber daha karmaşık yapılar inşa edilmeye başlanmıştır. Karmaşık yapıların getirdiği ağırlık artışı hareketli sistemlerde bu ağırlığı hareket ettirebilmek için harcanması gereken gücü arttırmış ve dolayısıyla da hem yakıt ihtiyacı hem de artık gazların çevreye olan zararı artmıştır. Güncel gidişat ve geleceğe yönelik yapılan kaynak araştırmaları sonucu gelişen sanayinin bu ilerleyişin tam tersi yöne evrilerek gelişimini sürdürmesi sağlıklı hayat şartları, verimlilik ve ekonomi alanlarında kritik bir önem taşımaktadır. Bu gerekçeler ile ilk adım hafifletme açısından yapılmış olup klasik metallerin ve alaşımların yerine aynı işletme koşullarını sağlayabilecek ancak daha hafif olan kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Kompozit malzemelerden imal edilen parçalar ve aksamlar günümüzde hayatımızın birçok alanında aktif şekilde kullanılmaktadırlar. Ancak bu hafifletmenin etkisi de endüstrinin gelişiminden ortaya çıkan zararlı çevre etkisinin ivmelenmesinin önünü yeterli ölçüde kesememiştir. Günümüzde hala kompozitlerin kullanımları yeterince her alanda yaygınlaşamamıştır. Bundan dolayı kompozit sektöründe yeni bir adım atılmış olup artık geri dönüştürülebilir kompozitler üretilmeye başlanmıştır. Kompozitler üzerine yapılmış ve yapılmakta olan birçok doğrulama ve analiz çalışmaları literatürde yer almaktadır. Bunlara paralel olarak ise yeni yaygınlaşmaya başlayan geri dönüştürülebilir kompozitler için çalışmalar litaratürde yeteri kadar bulunmamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında Arkema firmasını tarafından geliştirilen ve üretilen Elium bazlı kompozit malzeme için bir doğrulama çalışması yapılmıştır. Bu malzeme ile güncelde çelik malzemeye sahip Mercedes Benz kamyonlarının kabin destek parçasının yeniden üretilip aynı şekilde ve görevde eskisinin yerinde aracı daha hafifletici olarak kullanılması üzerine bir çalışma yürütülmüştür. Genel olarak hem aracı hafifletici hem de çevreye daha az zararlı üretlebilirlik hedeflerinde bir çalışma yapılmıştır. Çalışma dahilinde bu doğrulama işlemi numuneler bazında başlamıştır. Öncelikle farklı katman özelliklerine sahip numuneler çekme, basma ve eğilme testlerine tabi tutulmuştur. Bu testlerin ardından tüm numuneler için bilinen birleşim detaylarından faydalanılarak test senaryoları ile birşetirilen bir analitik hesaplama çalışması yapılmıştır. Böylelikle numuneler ve katmanları üzerlerindeki yükler hesaplanabilmiştir.
  • Öge
    Analysis of tube spinning process
    (Graduate School, 2021-07) Sarıyarlıoğlu, Eren Can ; Bakkal, Mustafa ; Music, Omer ; Solid Mechanics Programme
    Tube spinning is a continuous bulk-forming process used to produce seamless, cylindrical, conical and contoured tubes. Over the last six decades, tube spinning process has been applied in a wide range of engineering applications; especially in automotive, aerospace and nuclear industry. However, the process has seen little change, and despite a large volume of literature investigating the process, understanding of the process mechanics is limited and the key references have been published about 50 years ago. This thesis aims to provide an insight into tube spinning process and its process mechanics, looking into mechanism of deformation, subsequently using this insight to explain phenomena observed in tube spinning. To do this, tube spinning was investigated in detail using three different theoretical investigation methods. To understand the effects of process parameters on tube geometry in terms of tube geometry: bell-mouth, material accumulation and wave phenomena, a set of physical trials was performed with varying process parameters: feed ratio, reduction ratio, staggered spinning and lubrication. The results show that bell-mouth, material accumulation and wave increase with an increase in feed ratio and reduction ratio, number of passes and decrease when staggered roller setup is used. However, the results indicate that there is no relationship between friction (lubrication) and dimensional accuracy. Also, to give insights into the mechanics of tube spinning process, numerical and analytical modelling approaches have been developed. The process is investigated using a numerical model with an implicit time integration and Lagrangian scheme. Full tube model and a set of fast angular segment tube models have been developed and validated against physical trials in terms of tube profile and forming forces. According to the tube profile comparison between the model and physical trial, the results show that the model agrees with the physical trial to within %97.
  • Öge
    Çok eksenli yorulma durumunda eşzamanlı ve asenkron yüklemeler için hasar ve ömür kestirim yöntemlerinin incelenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-07) Bulca, Burak Uğur ; Altay, Oğuz ; Muğan, Ata ; 503181520 ; Katı Cisimlerin Mekaniği
    Günümüzde, mühendislik alanında en çok karşılaşılan ve hasara sebebiyet veren problemlerin başında yorulma gelmektedir. Yorulma, tekrarlı veya değişken yüke maruz kalan yapıların hasara uğrama eğilimi olarak tanımlanabilir. Genellikle yorulma hasarı, malzemelerin akma dayanımlarının altında olan büyüklükteki yükler sebebiyle gerçekleşir. Tasarım yapılırken tekrarlı ya da değişken bir yükün varlığı, her zaman öncelikle yorulma etkisini göz önünde bulundurmayı gerektirir. Mühendisliğin faaliyet gösterdiği alanlara bakıldığında ise aslında birçok durumda yapıların bu tarz yüklere maruz kalması kaçınılmazdır. Sektörel olarak bakıldığında havacılık, otomotiv, denizcilik, demiryolu taşımacılığı ve inşaat sektörü gibi kısacası hayatın her alanında karşılaşılabilir olan bu durum, özellikle dönen ve güç aktarması gereken her türlü mekanizma ve yapının öncelikli problemi olmuştur. Bu problem yalnızca teknik açıdan değil, gerek maliyet düşürme odaklı tasarımların geliştirilmesi, daha hafif ve kullanımı kolay ürünlere olan ihtiyaç ve ortaya çıkabilecek muhtemel kusurlar dolayısıyla insan hayatını doğrudan etkileyebilecek bir öneme sahiptir. Bu sebeple tasarım süreçlerinde, parçanın fonksiyonel olarak kullanılacağı süre boyunca tekrarlı yüklere ne kadar ve hangi şiddette maruz kalacağı, bu parçanın ya da yapının ne kadarlık kullanım ömrüne ihtiyacının olduğu ve eğer gerekli ise düzenli bakım ve servis şartlarının nasıl olması gerektiğinin önceden belirlenmesi gerekmektedir. Dönen ve güç aktaran yapıların maruz kaldıkları dış yükler, genellikle yapı üzerinde farklı yönde gerilmeler oluşturmaktadır. Tek eksenli yorulma deneyleriyle geliştirilmiş malzeme yorulma eğrileri ve çözüm yaklaşımları, bileşik gerilmeye maruz kalan yapıların ömür tahmini hesapları için yetersiz kalmaktadır. Özellikle yüklerin tesiri sırasında aralarında faz farkı bulunması yorulma hasarı hesaplarını oldukça zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, çok eksenli yüklere maruz kalan yapıların ömür tahmini konusu özel bir konu olarak ele alınmaktadır. Tezin temel amacı ise mevcut bileşik gerilme durumlarında ömür tahmin yaklaşımlarını incelemek, literatürdeki tamamlanmış deney verileri yardımıyla ticari yazılımlar kullanılarak eşzamanlı ve faz farklı yükleme durumlarında en doğru sonuç veren yaklaşımı tespit etmek ve ömür tahmin yöntemlerinin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarını kıyaslayarak karşılaşılabilecek farklı problemler için takip edilebilir bir çözüm yöntemi sunmaktır. Literatür araştırmasında, çok eksenli yorulma durumları için oldukça çeşitli ve geniş kaynaklar bulmak mümkündür. Bu yaklaşımlar birim şekil değiştirme bazlı, gerilme bazlı ya da enerji bazlı olacak şekilde sınıflandırılabilir. Yorulma konusunun karmaşık bir problem olmasından dolayı uzun yıllardır süren araştırmalar sonucunda net bir yargıya varılamamış olduğu gözükmektedir. Bu yaklaşımların yanı sıra bileşik gerilme durumunda malzeme davranışlarını daha detaylı inceleyen ve daha isabetli ömür tahmini yapılmasını sağlayan lokal plastisite yaklaşımları ve onların matematiksel modellerinden bahsedilmiş, karmaşık yükler için uygulanan Rainflow çevrim sayma yöntemi gösterilmiş ve toplam hasarın tespiti için kullanılan Miner-Palmgren kuralı açıklanmıştır. Çalışma kapsamında, Prof. Dr. Jan Papuga'nın araştırmalarında yer alan deney verileri SolidWorks, Hypermesh, ABAQUS ve FEMFAT yazılımları yardımıyla bilgisayar ortamında modellenmiş ve farklı ömür tahmini yaklaşımlarıyla analiz edilmiştir. Ortalama gerilme değerinin sıfır olduğu senkron ve farklı faz açılarındaki asenkron yükleme sonuçları detaylıca incelenmiş, ayrıca ortalama gerilme varlığının yorulma ömrüne olan etkileri gerek senkron gerekse asenkron yükleme durumlarında karşılaştırılmıştır. FEMFAT yazılımı içerisinde, farklı bileşik gerilmeli yorulma durumları için kullanılan hesaplama yöntemleriyle elde edilen sonuçlar deney verileriyle kıyaslanmıştır. Yaklaşımların ömür tahmini sonuçları üzerinden metotların isabetliliği ile güçlü ve zayıf yanları gösterilmiştir. Son bölümde ise elde edilen sonuçlar hakkında genel yorumlar ile çalışmanın gelişime açık yanları ele alınmıştır.
  • Öge
    Development of H-BN and CNT reinforced polymer composites for electronic warfare receivers and transmitters: Examination of thermal performance
    (Graduate School, 2023-06-21) Cengiz, Gürcan ; İrez, Burak Aleaddin ; 503201522 ; Solid Mechanics
    Electronic warfare (EW) is specified as military capabilities concerning electromagnetic spectrum (EM) manipulation to the greatest extent possible to achieve control over the spectrum and provide the capability of attacking an opponent or obstructing adversary attacks. EW provides the capability to counter hostile acts utilizing the electromagnetic spectrum throughout the conflict. Electronic warfare attempts to detect the presence of the adversary's electronic supports as part of combat capabilities, eliminate the efficacy of the adversary's electronic warfare supports, and prevent the destruction of friendly EW resources' effectiveness. The main subsystems of a typical radar system include a transmitter, an antenna system, a receiver, and signal-processing electronics. The transmitter is used to generate a high-powered RF signal with variable frequency. The antenna system radiates energy and collects reflected waves. The receiver detects signal return. Meanwhile, the signal-calculating electronics transcribe range, speed, and bearing target measurements. The reliable operations of electronic warfare systems rely profoundly on their electronic components and communication systems, which dissipate significant amounts of energy over their lifetime due to the Joule effect and must endure tensile and bending stresses. Effective thermal management is essential to remove this energy from the system. Tensile and flexural strength are also critical mechanical qualities. Typically, metallic alloys such as aluminium are used in the casings of these components due to their high thermal conductivity coefficients and excellent mechanical properties. However, the high density of such metals increases the system's overall weight. Therefore, the aerospace industry actively seeks lightweight polymer composites to reduce the weight of the casings. This thesis aims to create a high-performance composite material with improved thermal and mechanical properties for electronic warfare transmitter and receiver casings while lowering their overall weight. To accomplish this goal, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), hexagonal boron nitride (h-BN), and thermoplastic vulcanizate (TPV) were integrated into a thermoplastic matrix composed of acrylonitrile butadiene styrene (ABS). Theoretical models and calculations, as well as material homogenization, were established in order to estimate tensile properties and thermal conductivity. Matrix and reinforcements were melt mixed using a twin screw extruder. The coupling agent maleated polyethylene (MAPE) was added in the twin-screw extrusion process to ensure the homogeneous mixing of the reinforcements and the matrix. For the experimental characterizations, specimens were manufactured using the injection molding process. Experimental characterizations such as FTIR spectrography analysis, SEM analysis of fracture surfaces, density analysis, tensile and flexural tests, impact tests, hardness tests, DSC analysis, and thermal diffusivity testing of the composite were conducted to assess its mechanical and thermal properties, as well as to explore the influence of the reinforcements on the composites' properties. The newly developed composites were evaluated and assessed for their usability as an alternative to aluminium in transmitter and receiver unit casings regarding critical qualities such as density, tensile strength, flexural strength, impact resistance, and thermal conductivity.
  • Öge
    Energy absorption and deformation mechanisms of triply periodic minimal cellular hybrid structures
    (Graduate School, 2022-02-11) Deniz, Alper ; Kırca, Mesut ; 503181519 ; Solid Mechanics
    One of the fields in which TMPS are aimed to be employed is energy absorption owing to their cellular topologies. As a result, studies show that some types are superior in acoustic and some other types have superior heat resistance. Some of the recent studies aim to create hybrid formulations in some ways like changing density gradient or function modifications etc. For instance, recent studies in tissue engineering aim to find hybrid designs which meet the requirements to use them as bones in medical applications. This study proposes by showing the energy absorptions with deformation mechanics of hybrid structures that obtained from common TMPS in order to guide the researches to choose which model in certain applications.This study aims to show a systematic design -including FE model- of hybrid structures and their energy absorption abilities with deformation mechanics comparison in purpose of finding the possibility to use hybrid models instead of basic functions in some areas including public and private safety issues.
  • Öge
    Fatigue crack propagation in thin walled structures
    (Graduate School, 2024-01-16) Kanbak, Yiğit ; Altay, Oğuz ; Türkmen, Halit Süleyman ; 503201538 ; Solid Mechanics
    In engineering, damage tolerance can be defined as durability of a structure in the presence of a crack. Damage tolerance applications are used in variety of engineering disciplines to control the extension of a crack such as aerospace engineering, mechanical engineering and civil engineering. If the structure can be maintained before when the failure occurs, this structure said to be damage tolerant. The study examined how tolerant the C shape beam was against damages. In this study, a C shape beam was analyzed with using Ansys Workbench software. It is intended to determine how many cycles can the beam endure under 0-1 kN variable load. Since several difficulties were encountered when performed tests using the beam, a plate was preferred to use to do tests and analyzes. Firstly, in the intend of getting elasticity modulus and young's modulus of the material tensile test was done. Following this, crack propagation tests were done in Composite and Structure laboratory, ITU Aerospace Engineering Faculty, with the plate. An analysis was also done to get a model for the plate. When compared, it was seen that there was a 29% difference among tests and analyzes results. Model which was used for the plate was used for the beam. In the analysis, linear elastic fracture mechanics assumptions were used which were: material is isotropic and linearly elastic. Linear tetrahedral elements were used for the model. For whole body 10 mm elements, near the crack tip 0.15 mm elements were used. Element sizes were at its optimum level in terms of solution time and precision of solution. Pre-meshed crack option of the software was used to define the crack. The dimensions of C shape beam was specified with respect to literature. The beam was applied 0-1000 N varying force. The applying force was ramped. Finally, it was found that the beam could endure this load along 107 cycles.
  • Öge
    Gauss tipi olmayan ve durağan olmayan yükleme koşullarının frekans uzayında yorulma ömrü tahminine etkisi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-28) Baldan, Tarık ; Muğan, Ata ; 503181514 ; Katı Cisimler Mekaniği
    Günümüzde ürün geliştirme süreçleri müşterilerin konfor ve güvenliği açısından önem teşkil etmektedir. Ürün geliştirme birimleri en az maliyetli tasarımı kullanıcının konforunu ve güvenliğini sağlayacak şekilde tasarım ve üretim süreçlerini ilerletmeyi hedeflerler. Tasarlanan sistemin üretim ve işletme maliyetine göre bazı sistemlerde anlık hasar incelemesi bile yeni geliştirilen yöntemlerdendir. Ürün geliştirme süreçlerinde simülasyon destekli tasarım geliştirme yöntemi sıkça kullanılır. Havacılık, ulaşım ve taşımacılık gibi sektörlerde üretilen ürünler genellikle titreşim yüklerine maruz kalırlar. Titreşim ve titreşime bağlı yorulma bu sektörlerde en çok karşılaşılan problemler arasındadır. Yapısal sistemlerde meydana gelen yorulma hasarı hem kullanıcı için risk taşırken hem de bakım ve onarım maliyetleri açısından zarara sebep olur. Yorulma hasarından kaçınmak için sistemin veya bileşenin yorulma hasarına karşı dayanıklı bir malzeme ile üretilmiş veya yorulma hasarının üstesinden gelecek bir tasarıma sahip olması gerekmektedir. Mekanik sistemlerin yorulma hasarını öngörmek amacıyla fiziksel teste veya sayısal yöntemlere dayalı birçok yöntem geliştirilmiştir. Fiziksel testler genellikle zaman ve maliyet açısından verimsiz yöntemlerdir. Fiziksel testleri mümkün olan en az tekrar sayısı ile gerçekleştirmek gerekmektedir. Bu nedenle tasarım süreçleri genellikle sayısal yöntemler ile ilerletilir ve yalnızca final tasarım ile fiziksel testler gerçekleştirilir. Ürün geliştirtirme süreçlerinde en sık başvurulan sayısal yöntemlerden biri sonlu elemanlar analizleridir (SEA). Sonlu eleman analizleri ile bir mekanik yapının statik ve dinamik birçok davranışını öngörmek mümkündür. Ürün geliştirme süreçlerinde sonlu elemanlar yöntemleri kullanılırken fiziksel test verilerinden de faydalanılır. Fiziksel test verileri sonlu elemanlar analizinde girdi olarak kullanılabilirler. Bu tez çalışması kapsamında sonlu elemanlar analizlerinin yanı sıra fiziksel test uygulamalarına veri toplama ve işleme yöntemlerine de başvurulmuştur. Bu tez çalışması kapsamında rastgele yükelemelerin genel özelliği olan gauss tipi olmama ve durağan olmama durumunun frekans uzayında yorulma ömrü hesabına etkisi incelenmiştir. Literatüre bakıldığında zaman uzayında yorulma analizlerinin uzun süredir kullanılan yöntemler olduğu ancak frekans uzayında yorulma analizlerinin son yıllarda hızlı gelişim gösterdiği görülmüştür. Bu hızlı ilerlemeye rağmen frekans uzayında yorulma analizi yöntemlerinde gelişime açık alanlar olduğu belirtilmektedir. Tez çalışması sırasında Ford Otosan Eskişehir Fabrikası ağır ticari araç test pistinden toplanan titreşim sinyalleri incelenmiş ve bu sinyallerin gauss tipi olmadığı ve durağan olmadığı belirlenmiştir. Test verilerinden faydalanarak benzer özelliğe sahip veriler üretilmiş ve korunumlu titreşim testlerinde kullanılmışlardır. Test çalışmalarında ileri seviyede veri toplama yöntemleri uygulanmış ve sonlu elemanlar analizi çalışmalarını doğrulamak amacıyla bu veriler işlenmiştir. Doğrulanan sonlu elemanlar modelleri ve zaman uzayında yorulma yöntemleri parametreleri ile yüz adet farklı sinyal kullanılarak sinyalin basıklık ve yatıklık parametrelerinin frekans uzayında yorulma analizine etkisi incelenmiştir.
  • Öge
    Gaz türbinli motorlarda döner disk ön tasarımında optimum boyutlandırma aracının geliştirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Savrun, Filiz Sena ; Kırca, Mesut ; 793687 ; Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
    Gaz türbinli motorlar havacılıktan enerji sektörüne geniş bir yelpaze ile güç sağlayıcı olarak tercih edilmektedir. En geniş kullanım alanını havacılık sektöründe bulmaktadır. Havacılık sektöründeki motorların büyük bir çoğunluğu gaz türbinli motorlardır ve Brayton Çevrimi prensibi ile çalışmaktadır. Bu prensipte çalışan motorlarda havanın sıkıştırıldığı kompresör, yakıldığı yanma odası, kompresör için güç sağlayan türbinin bulunduğu çekirdek bir yapı vardır. Bu yapılarda dönen ve sabit olmak üzere birçok yapısal parça bulunmaktadır. Bu çalışmada yüksek hız ve sıcaklık ortamında dönerek çalışan türbin bölümünün döner parçalarından disk ele alınacaktır. Gaz türbinli motorların döner parçalarının en yüksek ağırlık oranı dönen disklerdedir. Motor tasarımlarında ise minimum ağırlık önemli tasarım kriterlerinden biridir. Ağırlığın yanı sıra bir motor parçasının dayanım, ömür, sürünme hasar toleransı gibi birçok tasarım kriterini yerine getirmesi beklenir. Motor parçaları tasarımı tek iterasyonla tasarlanması güç parçalardır. Tasarım yapılırken ön tasarım süreci ve detay tasarım süreçleri bulunmaktadır. Bir motor ön tasarımında ne kadar optimum bir tasarım çıktısı olursa detay tasarımda o kadar zaman kazanılmış olur. Bu çalışmada bir ön tasarım çalışması yapılmış, detay tasarım fazı öncesinde minimum ağırlık maksimum dayanıma sahip optimum bir disk tasarımı metoduna çalışılmıştır. İterasyon ve optimizasyon çalışmalarından önce nasıl bir disk tasarlanacağı belirlenmiştir. Disk tasarımında uygulanan yöntemde diskin değişken kalınlığa sahip olması gerektiği, bir sıcaklık gradyanına ve kanatçık taşıyan diskin dış çapından bir kanat merkezkaç kuvvetine maruz kalacağı şartlarını içermektedir. Daha sonrasında disk denklemleri bu ışıkta çözülmüştür. Çalışmada önce disk denklemlerinin çözülmesi için Hook kanunu ile elde edilmiş dönen disk denge denklemlerinin çözülmesi gerekmekteydi. Disk denge denklemlerinin çözümü için "Sonlu Farklar Yöntemi" ve "Toplam ve Fark Yöntemi" tanıtıldı ve disk denge denkleminin son formuna uygulandı. İki yaklaşımda da disk denge denklemlerinin çözümü için diskin sektörlere ayrılması ve bu birbirine bağlı sektörlerin bütün olarak çözülmesi yöntemi uygulandı. Ayrıca, dönen diskler için önemli kontrol kriterlerinden olan infilak fenomeni tanıtıldı. İnfilak için literatürde çalışılan alan ağırlıklı ortalama teğetsel gerilme kriteri (Robinson kriteri) , Hallinan kriteri, radyal gerilme kriteri, enine kesit boyunca kritik birim şekil değiştirme kriteri tanıtıldı. Bu çalışma için malzeme testlerine ihtiyaç duymayan ağırlıklı ortalama teğetsel gerilme kriteri (Robinson Kriteri) seçildi. Çalışmada iterasyon ve optimizasyon süreçleri için "Sonlu Farklar Yöntemi" seçildi. Literatürde uygulanan optimizasyon yöntemlerinden yazılı hiperküreler optimizasyonu (scripted hyperspheres optimizastion), seçkinleri koruyan genetik algoritma (genetic algorithm retains elite), sıralı kısıtsız minimizasyon teknikleri (Sequence of Unconstrained Minimization Technique) tanıtıldı. Uygulamasının pratik olması ve seçilen denge denklemlerinin çözüm metoduna uygunluğu sebebi ile Sıralı Kısıtsız Minimizasyon Tekniklerinden Bariyer Metodu optimizasyon süreci için seçildi. Teori çalışmaları tamamlandıktan sonra tasarlanması istenen disk için çalışma ortamı oluşturuldu. Bir türbin diskinin tasarımında sınırları belirleyen yanma odası çıkışı akış yolu tasarımı literatürdeki benzer örnekler ile boyutlandırıldı. Bu boyut diskin en dış çapı için radyal sınır olarak alındı. Kanatçık ağırlığı, kanatçık sayısı, iç çap, ve dış çaplara etki eden sıcaklıklar belirlendi. Disk ilk boyutları içinse sabit kalınlıklı iç çapında delik bulunan bir katı disk modeli seçildi. Disk malzemesi için, izin verilen yüksek çalışma sıcaklığı ve yüksek dayanımı sebebi ile alaşım 718 dövme malzeme seçildi. Literatürde bulunan ve çalışmada kullanılacak malzeme verisinin sıcaklık etkisi ile malzeme özelliklerinin değişimini içermesine dikkat edildi. Yapılan sonlu elemanlar analizinde kullanılmak üzere bu verilerden bir malzeme kartı oluşturuldu. Böylece hem el hesaplarında hem de yapılan analizlerde kullanılmak üzere seçilen malzemenin malzeme özelliklerinin de sıcaklığa bağlı olarak değişimi bu çalışmada göz önüne alınmış oldu. Çalışmanın iterasyon safhasında disk bölüm boyutlarının değişiminin, disk üzerine etkiyen radyal ve teğetsel gerilmelerine etkileri gösterildi. Bu yapılırken gerilme denklemleri hem sonlu farklar metodu hem de ayrıklaştırma metodu ile çözüldü. Karşılaştırma yapmak adına Ansys Workbench 2022 R2 programı ile sonlu elemanlar analizi ile her bir geometrinin analizi yapıldı. Yapılan analizler disk sektörlerin radyal ve teğetsel gerilme karşılaştırmaları için kullanıldı. Sonlu farklar metodunda hesaplanan teğetsel gerilmeler ile sonlu elemanlar metodu sonuçları ile karşılaştırıldığında sonlu farklar metodu gerilme sonuçlarının daha yüksek değerler verdiği gözlemlendi. Toplam ve fark metodununsa radyal gerilmelerde daha yüksek sonuç verdiği gözlemlendi. İki metodun da ön tasarım için sağlıklı bir şekilde kullanılabileceği gözlemlendi. İterasyon aşamasında disk boyutlarının disk radyal ve teğetsel gerilmelerine etkileri gösterildikten sonra sonlu farklar metodu çıktısı olan disk denge denklemi ile optimizasyon çalışması gerçekleştirildi. Radyal ve teğetsel gerilmeler Excel programı ile çözülen denge denklemlerinden çıkarıldı. Daha sonrasında bulunan teğetsel ve radyal gerilmeler Von Mises denklemi ile eşdeğer gerilme formuna getirildi. Optimizasyon için sektörlerin eşdeğer gerilmelerinin malzemenin akma dayanımından daha az olması gerektiği şartı konuldu. Aynı zamanda Robinson kriteri ile bulunan infilak hızının, çalışma hızının %115' den küçük olmaması gerektiği şartı kurgulandı. Optimizasyon hedef fonksiyonu "ağırlık olarak" seçildi. Bariyer fonksiyonu için sektör gerilmelerinin malzemenin akma dayanımına oranının 1'den küçük olması kısıtı ile kurgulandı. Optimizasyon süreci Excel programı içerisindeki "Visual Basic" eklentisi ile gerçekleştirildi. Hedef fonksiyonun ağırlık, kısıt fonksiyonunun eşdeğer gerilme olduğu bu kurgu için optimizasyon çalışması yürütüldü. 10 sektörlü modelin 80. İterasyonda optimuma yakınsadığı, 20 sektörlü modelin 152. İterasyonda optimuma yakınsadığı gözlemlendi. Gerçekleştirilen iterasyon ve optimizasyon çalışmaları sonrasında diskin ilk durumundan son durumuna %51 ağırlık düşüşü sağlandığı gösterildi. Ek olarak yöntemin sektörel malzeme özellik tanımına izin vermesi sebebi ile fonksiyonel derecelendirilmiş disklerde kullanımına izin verdiği gösterildi. Literatürde bulunan örnek bir fonksiyonel derecelendirilmiş disk malzemesi ile optimizasyon yapılarak final çıktı geometrisi çalışma içerisinde gösterildi.
  • Öge
    Halloysite nanotüp ve nano kauçuk parçacık takviyeli epoksi imalatı ve mekanik karakterizasyonu
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-02) Pir, İnci ; Tüfekci, Ekrem ; 503201501 ; Katı Cisimlerin Mekaniği
    Bu çalışmada halloysite nanotüp (HNT) takviyeli epoksi kompozit, CTBN (carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile) kauçuk takviyeli epoksi kompozit ve hem HNT hem CTBN kauçuk takviye edilmiş epoksi kompozit malzemeler üzerine çalışmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalar kapsamında epoksi matrisli kompozit malzemelerin mekanik karakterizasyonunun sayısal yöntemlerle, deneysel yöntemlerle ve taramalı elektron mikroskobu ile yapılması amaçlanmıştır. Birinci bölümde kompozit malzemelerin kullanım alanları, bu çalışma kapsamında kullanılan takviye malzemeleri olan HNT ve CTBN kauçuk hakkında ve matris malzemesi olan epoksi reçine hakkında bilgilendirme yapılmıştır. HNT ve CTBN kauçuk takviyelerinin epoksi matris üzerindeki etkileri literatürden araştırılmış ve bu bölümde sunulmuştur. Ayrıca bu bölümde, kompozit malzemelerin mekanik karakterizasyonu için kullanılan sayısal ve deneysel yöntemlerden bahsedilmiş ve literatürde kullanılan yöntemler ve bu çalışmada kullanılan yöntemler hakkında yapılan literatür araştırmasına yer verilmiştir.
  • Öge
    Hibrit üç yönlü periyodik minimal yüzeyli üç boyutlu grafen yapıların mekaniği ve tasarımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-28) Yılmaz, Osman Furkan ; Kırca, Mesut ; 503191514 ; Katı Cisimler Mekaniği
    Bu tez kapsamında da henüz literatürde incelenmemiş olan, üç yönlü periyodik minimal yüzeylerin hibritleştirilmesi ile oluşan yüzeylerdeki grafen yapılarının mekanik özellikleri incelenerek hibrit olmayan modelleri daha efektif bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağı üzerinde çalışılmıştır. Üç yönlü periyodik minimal yüzeylerin oluşturulması ve sonrasında bu yüzeye uygun üç boyutlu grafenin elde edilmesi, az sayıda model için "Surface Evolver" gibi programlar ile gerçekleştirilebilse de bu tez kapsamında çok farklı parametrelerle oluşturarak birçok hibritleştirilmiş yüzey için daha efektif bir çözüm gerekmektedir. Bu nedenle, parametrik üç boyutlu modelleme ve eleman ağı oluşturma yeteneklerinden ötürü Rhino Grasshopper uygulaması kullanılmasına karar verilmiştir. Program üzerinde yüzey geometrisi denkleminden üç boyutlu grafenin atom koordinatlarının elde edilebileceği bir yapı oluşturulmuştur. Bu yapı aynı zamanda atom koordinatlarının periyodik sınır koşuluna uygun olması ve bağ uzunluklarının iteratif yakınsaması gibi özellikleri de sağlamak üzere düzenlenmiştir. Nano boyuttaki yapıları incelemek için deneysel çalışmalar ve bilgisayar simülasyonları seçenekleri bulunmaktadır. Deneysel çalışmaların gerçekleştirmenin pahalı olması ve uzmanlık gerektirmesi gibi nedenlerden dolayı, çok fazla örnek kullanılarak deneylerin gerçekleştirilmesi ilk seçenek olmamaktadır. Bilgisayar simülasyonları ise tekrarlanabilir, ucuz ve daha kontrol edilebilir olmaları nedeniyle ön plana çıkmaktadırlar. Ayrıca grafen ve karbon tabanlı nano yapılar için literatürde hem deneysel hem de simülasyonun tabanlı birçok çalışma olması, deneyler ile simülasyonların tekrar tekrar doğrulanmasını sağlamış ve bu sayede bilgisayar simülasyonları için kullanılan metodolojiyi güvenli bir seçenek olarak konumlandırmıştır. Bu nedenlerden ötürü bu çalışma kapsamında bilgisayar simülasyonları kullanılmıştır.
  • Öge
    High cycle fatigue life estimation in frequency domain using multi input multi output Q-T matrix method
    (Graduate School, 2019-12-19) Topak Kula, Emel ; Mugan, Ata ; 503171502 ; Solid Mechanics ; Katı Cisimlerin Mekaniği
    Component failures due to vibrational fatigue damage is a common problem in automotive industry. There are many studies in literature to predict the fatigue life of vehicle components. It is reported that frequency domain fatigue life estimation methods (FDFEMs) have advantages over time domain approaches. In this study, FDFEMs are applied to vibrational fatigue problems having multi inputs and multi outputs (MIMO). In particular, high cycle fatigue life estimation problem was considered and S-N diagrams were mainly employed in analyses. Input-output relations are obtained in frequency domain using the Q-T matrix method that enables using a reduced order model in frequency domain. The Q-T matrix method for MIMO system representation is convenient to obtain transfer functions between selected input and output degrees of freedom (DOFs) considering the cross-correlations among the DOFs. Following, popular FDFEMs such as Narrow Band Approximation, Tovo- Benasciutti, Zhao and Baker, and Dirlik Methods are applied to some critical components in a truck chassis based on MIMO Q-T matrix models. The FDFEMs considered in this study can be classified as narrow band (namely, Narrow Band Approximation) and wide band (namely, Tovo- Benasciutti, Zhao and Baker, and Dirlik Methods) processes. Comparisons are made with the Ncode solutions and experimental results. It is concluded that the FDFEMs associated with the MIMO Q-T matrix method yield accurate fatigue life estimations and their CPU times are much less than those of full order models. In this thesis, it is analyzed how to get the transfer functions between accelerations of input DOFs and accelerations of critical DOFs of some critical parts. Q-T matrix method is a convenient method to obtain transfer functions of critical locations on a vehicle using some chassis input locations, from inputs' power spectral density (PSD) to outputs' PSD. Acceleration values at each input point are measured by an accelerometer. Output PSDs are obtained by Q-T matrix method and turned into stress values. Q-T matrix method which is entegrated with FDFEMs can be applied to random excitation and MIMO problems in frequency domain. Due to the accuracy of results and consideration of cross-coupling effects, Q-T matrix method was preferred in this study. Due to the fact that knowledge of input force is not neccesary, operational modal analysis can be implemented. Therefore, it is cheaper and faster compared to experimental modal analyses. The Frequency Response Functions (FRFs) used in the formulations of Q-T matrix method were obtained by finite element models. To this end, Nastran software was used to obtain FRFs. Nonetheless, the FRFs could be obtained by experimental modal tests in which multiple shakers should be employed. Applicability of this study is in real-time and on-board for heavy duty truck is investigated. The instrumentation of a heavy duty truck produced by Otosan was completed, accelerometers were attached to the critical locatons of the truck chassis. Then, the Raspberry Pi controller was used for computational tasks. The thesis was a part of a Tubitak Ardeb project focusing on merely vibrational fatigue damage. Besides the truck use case, this study is feasible also for other complicated structures such as airplanes, ships, buses and otomobiles. All algorithms for this study, first, was written in Matlab for Ardunio. Later, this algorithms were converted to Python codes for Raspberry Pi as Python is free software, which means cost reduction. The developed approach was applied to a heavy duty truck chassis. The critical components that were examined in this study were the exhaust muffler bracket and fuel tank bracket. Experimental verifications were made on test roads and vibration test bench excited by shakers. The validation of computational models, mathematical derivations and programs were made by making comparisons with numerical results of Ncode software and experimental tests. It is observed that although the input excitations (namely, forces) were wide band processes, the chassis dynamic behaves like a filter and the PSDs of stresses at selected locations on the chassis were found to be narrow band processes. It was surprising that the fatigue life estimations at critical locations obtained by the Dirlik method which was originally developed for wide band processes yielded larger errors than those of the Narrow Band Approximation which was originally developed for narrow band processes. It is also noteworthy that the computational load of the Narrow Band Approximation is lower than that of the Dirlik method.
  • Öge
    Kalman filtresi ve yapay sinir ağları yardımı ile kuvvet tahmini
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Mıdıklı, Çağdaş ; Muğan, Ata ; 807129 ; Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
    Geçmişten günümüze yapıların incelenmesi ve değerlendirilmesi insanlığın işlevsel ve güvenilir yapılar üretmesinin kilit adımı olmuştur. Bir sistem, makine yada yapı hayata geçirilirken en optimum yaklaşım ile üretilmek ve ortaya konmak istenmektedir. Bir yapı hayata geçirilirken işlevselliğini uzun süreler boyunca koruması, dayanım ihtiyaçlarını karşılaması, üretilebilirliğinin, kütlesinin ihtiyaçlar doğrultusunda şekillenmesi ve ekonomik olması gibi en optimum tasarımı ortaya koymak için sistemler sonradan karşılaşabilecekleri durumlara karşın hazırlanmak istenmiştir. Bu yolculukta sistemin maruz kalacağı etkileri bilmek doğru incelemenin ve hedeflere ulaşabilmenin kilit adımı olmuştur. Dışarıdan gelen hesaplanamaz etkiler sistemleri karşılaşabilecekleri zorlanma durumlarına maruz bırakılmış ve etkiler öngörülmeye çalışılmıştı. Dış etkiler dışardan gelen raslantısal uyaranlar sebebi ile kolaylıkla hesaplanamadığından dolayı bu yol tercih edilmiştir. Bir aracı ele aldığımızda karşılaşabileceği yol yükleri, rüzgar sürtünmesi, içinde ki ağırlık bileşeni gibi etkiler ve bunların pozisyonları dolayısı ile yol ile temasını sağlayan aracın bütün bu etkilerin izdüşümü olarak şaftında, aksında vb. birçok bölgesinde zorlanmalar meydana gelir. Bu zorlanmalar ele alındığında hesaplanmak yerine kullanılması planlana ortamlarda test edilir. Bu test esnasında üzerine gelen etkilerin öğrenilmeye çalışılan komponentin üzerine ivme ölçerler ve straingaugeler konularak en kilit bölgelerinden yapı hakkında bilgiler toplanır. Bu toplanılan bilgiler doğrultusunda sistemin bütünü için önem taşıyan bu komponentlerin üzerine gelen yükler hesaplanılmaya çalışır. Bu sayede en doğru şekilde validasyon girdilerine sahip olunup sanala validasyon metodları ile lokal etkilerden aracın bütünün analizi yapılabilir. Bu gelişme daha az test sayısı ile güvenli bir yapıya ulaşmayı sağlar ve aracın tümü incelenir. Daha az maliyet ve zamanla ortaya bir ürünün çıkması süreci özünde sistemin üzerine gelen etkileri bilmekten geçer. Bu etkiler özellikle uçak, rüzgar türbini gibi akışkanlar vasıtası ile zorlanma durumuna maruz kalan komponentlerde etkiyen yükler, zor hesaplanabilmesinden öte hesaplanması mümkün olmayan durumları oluşturur. Bu gibi durumlarda benzer bir yol izlenerek yapının üzerine ivme ölçer, straingauge, basınç ve hız ölçerler yerleştirilerek elde edilen veriler yardımı ile kuvvet tahmin edilmeye çalışılır. Bu veriler birçok metod yardımı ile kuvvete tahmini yapmakta kullanılınır. Bu çalışmada kuvvet kestirim metodları incelenmiş. Başlıca kullanılanlar anlatılmıştır. Literatürden farklı kuvvete kestirim metodlarının etkinlikleri araştırılmıştır. Kalman filtresi tabanlı olan, doğrudan bir metod olarak değerlendirilen, frekans yanıt fonksiyonu tabanlı metot ve ağırlıklandırılmış ivmeler metodu karşılaştırılmış ve en doğru kuvvet kestirim sonucun kalman filtresi tabanlı metod yardımı ile ulaşılabileceği değerlendirilerek devam edilmiştir. Bunlar yapılırken kalman filtresi sadece sistemin dinamik durumunu öngörmeye yaradığı ve çıktıyı elde edebilmek için elde edilen durum vektörleri vasıtası ile en küçük kareler metodu kullanılarak kuvvet öngörüsü yapmaktadır. En küçük kareler yöntemi ile yapılan kuvvet tahminlerinin literatür araştırması yapıldığında sapmaları olduğu ve kalman filtresi yardımı ile iyi bir durum tahmini yapılsa da kuvvet kestirimi için kullanılan en küçük kareler metodunun yetersizlikleri olduğu gözlemlenmiştir.
  • Öge
    Kiriş destekli plak yapılarının serbest titreşimlerinin teorik ve sonlu eleman yöntemiyle analizi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-05) Gündüz, Fulde ; Yücel, Adil ; 503201505 ; Katı Cisimlerin Mekaniği
    Hız ve hafif yapıya eğilimin arttığı günümüz teknolojisinde, makina ve tesislerin titreşim etkilerinin göz önüne alınması büyük önem arz etmektedir. Bu kapsamda titreşim kontrolünde kullanılan çeşitli metotlar arasında dinamik titreşim absorberlerinin özel bir yeri vardır. Dinamik absorberler, klasik kütle yay sistemlerinin sönümlemesine ek olarak kiriş, plak ve kabuk titreşimlerinin sönümlenmesinde de başarıyla kullanılmaktadır. Günümüz modern teknolojisinde ise klasik kütle yay absorberleri yerine farklı yapıda kirişler dinamik absorber olarak kullanılabilmektedir. Bu çalışma, klasik kütle-yay absorberinden sonraki aşamayı, kiriş biçimli dinamik titreşim absorberini araştırmakta; bu absorberlerle plak titreşimlerinin etkin biçimde kontrol edilebileceğini teorik ve numerik olarak göstermektedir. Bu çalışmada eğimli kiriş biçimli dinamik titreşim absorberleri ile desteklenmiş; üç kenarı serbest, bir kenarı ankastre mesnetli olan konsol plak modelinin serbest titreşim davranışı incelenmiştir. n sayıda kiriş için farklı açı değerlerinde teorik ve numerik çözümleme gerçekleştirilmiştir. Doğal frekans değerlerinin analitik olarak hesaplanmasında enerji metodu uygulanmıştır. Bu şekilde kiriş biçimli absorberlerin sayısının ve açısının ana sisteme tabii frekans değişimi yönünden etkisi ve rezonans tehlikesini minimize etmek için en uygun kiriş kombinasyonu araştırılmıştır. Analitik çözüm sonucunda kiriş açısı ve sayısına bağlı olarak doğal frekans değerini Ritz enerji metodu kullanarak hesaplanmıştır. Teorik çözümlemeye ek olarak sonlu eleman analizleri ile incelen yapının doğal frekans değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre plak teorisi ve enerji metodu kullanılarak yapılan analitik çözüm sonuçlarının ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak elde edilen analiz sonuçlarının örtüştüğü görülmüştür. Sonlu eleman yöntemleri ile elde edilen sonuçlar kiriş sayısı ve açı değerine bağlı olarak grafikler haline getirilmiştir. Elde edilen grafik sonuçlara göre kiriş sayısının ve mesnetleme açısının plağın titreşim davranışı üzerine etkisi incelenmiştir. Plak titreşimi ile ilgili literatürde sönüm elemanı olarak sembolik viskoz damper kullanılarak yapılan birçok çalışma mevcuttur. Bunun yanında dinamik sönüm elemanı olarak kiriş kullanılan yapılarla ilgili çalışmaların yetersiz olduğu görülmüştür. Bu çalışmada sönüm elemanı olarak kullanılan kiriş destekli konsol plakların serbest titreşimleri araştırılarak literatürdeki eksikliğe katkı sağlamak amaçlanmıştır.
  • Öge
    Mechanical properties of boron nanotubes
    ( 2021-11-05) Çalışkan, Emre ; Kırca, Mesut ; 503191531 ; Solid Mechanics ; Katı Cisimlerin Mekaniği
    Boron nanotubes (BNTs) which can be considered as structural analogs of carbon nanotubes (CNTs) and boron nitride nanotubes (BNNTs) offer remarkable mechanical, electrical, and chemical properties. As the building unit of BNTs, boron, the fifth element in the periodic table, is the lightest elemental substance that can form interatomic covalent bonds possessing multiple bonding states, which in turn provides a variety of allotropes with diverse physical and chemical properties. BNTs exhibit metallic behavior regardless of their chirality and diameters, which renders them extremely attractive in the design of novel electronic nanodevices, such as field-effect transistors, light-emitting diodes, field emission displays. In these applications, mechanical properties play a significant role since the mechanical strain is usually employed to adjust the electronic properties of the BNTs. Therefore, mechanical properties, such as tensile strength and elastic Young's modulus, of the boron nanotube structures hold significant importance. In literature, most of the theoretical studies regarding the boron nanotubes are based on the first-principles density functional theory calculations. As an alternative approach, reactive molecular dynamics can provide accurate and quick results depending on the accuracy of the force field. Furthermore, unlike density functional theory calculations, molecular dynamics can be used to investigate large systems. In the present study, boron nanotubes are simulated using reactive molecular dynamics simulations. Although this method has been extensively practiced for borophene, to the best of our knowledge, it has not been used to simulate BNTs yet. We created 10 different BNTs with different vacancy ratios ranging between 0 and 0.33 in two different chiral directions, zigzag and armchair. Simulations are conducted for different diameters, lengths, and aspect ratios using four different strain rates and three different temperatures, 1, 300, and 600 K. We conducted tensile tests to inspect the mechanical properties. Mechanical properties and thermal stabilities of BNTs are highly dependent on their vacancy ratio, atomic configuration, and chirality. Our results indicate that BNTs with exhibit highly anisotropic behavior. Young moduli and ultimate tensile stress of nanotubes are generally two times higher in the zigzag direction, yet the ultimate tensile strain is two times higher in the armchair direction, except for some configurations. Stiffness and strength in general decrease while the vacancy ratio and temperature increase. The potential energy difference per atom due to the bond order is the main root of the defect formation. Some structures exhibit plastic behavior owing to stable bond formations during tensile. We believe that our study will drive further research for BNTs using classical molecular dynamics since it will allow large-scale simulation and modeling. Their vacancies can be exploited for several applications such as hydrogen storage. Thermal properties, nanocomposites with BNTs can be subject to future studies.
  • Öge
    Optimization of CFRP prepreg composite rim by using MOGAII Genetic algorithm
    (Graduate School, 2022-06-30) Kuşkıra, Berkay ; Bakkal, Mustafa ; 503171516 ; Solid Mechanics
    In the automotive industry, lightweight design is of great importance, as in other industries. Especially in performance vehicles, different material technologies have become widespread with the development of simulation and production techniques. Automotive rims are an example of these structures. Lighter rims can be obtained by using composite materials. This thesis study was carried out in order to determine the most suitable lamina sequence and number that will ensure the strength of the automobile rim under various loads, which is aimed to be developed within the scope of Carre Wheel Design Company's composite wheel development project. In the study, a 19-inch diameter and 8.5-inch wide ten-spoke rim were used as a reference. A plain weave and resin-impregnated fabric prepreg material were used in the composite wheel. The composite wheel was designed according to ETRTO standards using CATIA V5 software and the required reference surfaces for analysis were obtained. The rim is designed with a metallic plate and is inserted in the hub joint area. The finite element model of the rim was modeled with Hypermesh software. Radial, cornering, and torsion loads are applied to the composite wheel model. For the analysis to be carried out using the MSC Nastran solver, the prepreg material card was used as MAT8 in the model, and the definition of composite laminate was made with PCOMP cards. Rim optimization was performed with MOGAII (Multi Objective Genetic Algorithm II) provided by the modeFrontier software. In the optimization study conducted with elitism, ply orientation and ply number were used as input variables. In the multi-objective optimization study, minimization of the maximum deformation and minimization of the total composite mass were performed. The maximum Tsai-Wu failure index value was defined for three different load cases as constraints. A total of 60 generations of evolutionary optimization were carried out with the initial population produced with the Sobol design of experience algorithm. The Pareto front set was created from the designs obtained as a result of 60 generations. The created Pareto set was analyzed with linear multi-criteria decision making and genetic algorithm multi-criteria decision making methods. The analysis of the design with the highest grade was repeated and the results were shown.
  • Öge
    Peek matrisli polimer kompozit temelli insan omurga implantı geliştirilmesi ve granül ekstrüzyon yöntemi ile eklemeli imalatı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-13) Bilgen Bağcı, Merve ; İrez, Alaeddin Burak ; 503181509 ; Katı Cisimlerin Mekanigi
    Omurga insan vücudunun önemli parçalarından biridir. İnsan gövdesi ve baş arasında bir köprü görevi görerek insanın ayakta dik şekilde durmasını sağlar. Omurga üzerinde bulunan hareketli eklemler sayesinde öne, arkaya, sağa, sola ve dönme hareketlerini yapmamızı sağlar. Bu hareketlerin yapılabilmesi için omurgada bulunan eklemlerin, bağların, disklerin ve kasların birbiri ile uyumlu çalışması gerekmektedir. İnsan omurgası 33 omurdan meydana gelmektedir. Kafatasının altından başlayarak kuyruk sokumuna kadar devam eder. Omurgada 7 adet servikal omur, 12 adet torasik omur, 5 adet lomber omur ve 9 adet sakrum ve koksal omurdan oluşmaktadır. Omurganın ilk 24 omuru üzerlerinde bulunan eklemler sayesinde hareketli iken geri kalan 9 adet omur hareketsizdir. Omurga implantları sırt ağrısı, skolyoz, dejeneratif disk bozuklukları ve omur kırıklarının olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için kullanılan yapılardır. Omurga implantlarının ana işlevi, şekil bozukluklarını düzeltmek, omurganın stabilitesini güçlendirmek, geliştirmek ve iki omurun kaynaşmasını kolaylaştırmaktır. Omurganın maruz kaldığı gerilmeler göz önüne alındığında geliştirilecek implant malzemesinin mekanik açıdan yeterli dayanıma sahip olması gerekir. Ek olarak, biyouyumluluk spinal implantlardan beklenen temel bir özelliktir. Bu açıdan titanyum alaşımları ve bazı gelişmiş polimerler implantlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Ti ve Ti alaşımları bio-uyumlu ve korozyona dayanıklı olmasından dolayı omurga implantlarında yaygın şekilde kullanılan malzemeler olmasına rağmen, imalat nedenli problemlerden dolayı vücut sıvısı ile Ti alaşımlarının kimyasal reaksiyona girebilme ve dolayısıyla toksik etkiye neden olması riski görülebilmektedir. Toksik etkilerin görülmesinin önüne geçmek için bu çalışmada implant materyalinin matrisi olarak PEEK (Polieter Eter Keton) kullanılmasına karar verilmiştir. Ayrıca, karbon nanotüp (CNT) gibi karbon bazlı takviyeler kullanılarak implant matrisinin kırılma tokluğu ve darbe sönümleme özelliklerinin geliştirilmiştir. İmplant malzemesi olarak kullanılacak bu kompozit malzemesinde %1 k oranında CNT kullanılmıştır. Ayrıca mikro mekanik malzeme modeli olan Mori Tanaka yöntemi ile implant malzemesi olarak kullanılacak kompozit malzemenin katılık matrisi elde edilmiştir. PEEK ve CNT malzemelerinin homojen bir şekilde karıştırılabilmesi için İTÜ ARC merkezinde bulunan Kökbir marka çift vidalı bir ekstrüder kullanılmışıtr. Karıştırılan bu malzemelerden filament elde edilmiştir. Daha sonrasında da üretilen filamentler kesici bıçaklar yardımıyla granül hale getirilmiştir. Bu granüller ile granül beslemeli olan Yuzumi markasına ait bir üç boyutlu yazıcı kullanılarak kompozitlere ait deney numuneleri üretilmiştir. Deney numuneleri kullanılarak kompozitlere ait mekanik karakterizasyonlar yapılmıştır. Bu işlemlere paralel olarak, lumbar omurganın L4 omurunun maruz kaldığı yüklemeler yapılan literatür araştırmaları sonucunda belirlenmiştir. omurlardaki gerilme hesabı yapılacaktır. Geliştirilen implantın bu gerilmeleri karşılamaya yönelik tasarımı omur gövdesi rekonstrüksiyon ameliyatlarında kullanılan LFS (Lateral Fiksasyon Sistemi) uygulamasına uygun olacak şekilde yapılmıştır. Sonlu elemanlar ortamında bir insanın günlük aktivesi olarak yaptığı ayakta durma, ayakta duruken sağa dönme, ayakta dururken arkaya esneme ve ayakta dururken sağa doğru eğilme hareketlerinin sınır koşulları tanımlanarak sonlu elemanlar yöntemiyle yapısal analize tabii tutulmuştur. Yapılan analiz sonucunda elde edilen maksimum Von Mises değerleri, ayakta duruken 21.61 MPa , ayakta dururken sağa doğru dönme durumunda 22.89 MPa, ayakta dururken arkaya doğru esneme durumunda 30.78 MPa ve ayakta duruken sağa doğru eğilme durumunda 30.52 MPa'dır. Ayrıca 2020 yılında yapılan benzer bir çalışma ile karşılaştırma yapılabilmesi için 400N basma kuvveti altında dört durum için tekrar analizler yapılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda tez kapsamında tasarımı yapılan implant geometrisi ve geliştirilmiş malzeme formülasyonunun daha başarılı olduğu ortaya çıkmıştır. Eklemeli imalat ile üretilen numunelere çekme testi, basma testi ve üç nokta eğme testi uygulanmıştır. Basma testi sonuçları dışındaki tüm testlerde CNT takviyesinin saf PEEK malzemesinin çekme ve gerinim gibi mekanik özelliklerini beklenenin aksine iyileştirmediği görülmüştür. Ayrıca üç nokta eğme testinde filamanın akış yönünün etkisi de incelenmiştir. Her iki malzemede de filamentin akış yönü numune boyunca olduğunda gerilme ve birim deformasyon gibi mekanik özellikleri iyileştirdiği gözlenmiştir.
  • Öge
    Plastik enjeksiyon kalıplamanın mekanik davranış üzerindeki etkisinin incelenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Kayalı, Osman ; Tüfekçi, Ekrem ; 750847 ; Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
    Plastik malzemeler, çeşitli alanlardaki üstünlükleri ve sağladığı avantajlar nedeniyle gündelik hayatımızın vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Plastik ürünlere olan ilginin büyümesiyle birlikte plastik malzemelere ilişkin üretim teknolojileri gelişmiş, birbirlerine farklı noktalarda üstünlükleri bulunan çeşitli üretim yöntemleri ortaya çıkmıştır. Seri üretime uygun olması ve tasarım üretilebilirliği açısından neredeyse sınırsız imkanlar sunması nedeniyle en sık tercih edilen üretim yöntemlerinden biri plastik enjeksiyon kalıplamadır. Plastik enjeksiyon kalıplama, eriyik halde bulunan plastiğin, doldurduğu kapalı hacmin şeklini alarak katı forma geçmesi esasına dayanır. Kapalı hacmin şeklini alarak katı forma geçen plastik hammadde son ürüne dönüşür ve üretim süreci tamamlanmış olur. Eriyik hammaddenin kapalı hacimde şekillenerek son ürüne dönüşmesi plastik enjeksiyon kalıbı adı verilen özel yapılarda gerçekleşir. Her bir plastik enjeksiyon kalıbı, imal edilmesi hedeflenen son ürüne göre tasarlanır ve genellikle ömrünü tamamlayana kadar kullanılır. Temel olarak, plastik enjeksiyon kalıbından eriyik hammaddenin şekillenmesi için kapalı hacim oluşturması, hammaddeyi hızlı ve üniform biçimde soğutması ve son ürünü zarar vermeden kalıp dışına alması beklenir. Son ürünün kalitesi açısından enjeksiyon kalıbı içinde gerçekleşen sürecin etkisi büyüktür. Dolayısıyla, son ürün kalitesini tahmin edebilmenin ve kontrol altında tutabilmenin yolu kalıp içinde gerçekleşen sürecin doğasının kavranmasından geçer. Sonlu eleman analiz yazılımları, mühendisliğin diğer dallarında da olduğu gibi, sayesinde enjeksiyon kalıbı içindeki sürecin etkili biçimde kavranması ve kontrol edilmesi mümkün hale gelmiştir. Günümüzde, sonlu eleman yazılımları yardımıyla kalıp içindeki sürecin nasıl gerçekleşeceği imalattan önce çok yüksek doğrulukla tahmin edilebilmekte, parçada meydana gelen herhangi bir kalite kusurunun kök nedeni detaylı biçimde incelenebilmekte ve makina başında denemelere gerek duymadan optimum proses şartları belirlenebilmektedir. Üretim sürecinin malzemenin mekanik davranışı üzerindeki etkisi ihmal edilmemesi ve incelenmesi gereken diğer bir konudur. Birleşim izlerinin, artık gerilmelerin ve yerel fiber oryantasyonunun parçanın mekanik özelliklerini dikkate değer ölçüde etkilediği bilinmektedir.
  • Öge
    Plastik malzemelerde üretim parametrelerinin malzeme dayanımına etkisinin incelenmesi, optimizasyonu ve çamaşır makinesi kapak kancasına uygulanması
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-01) Bolat, Ermiş ; Altayi Oğuz ; 503191507 ; Katı Cisimler Mekaniği
    Plastikler, düşük maliyetlerle yüksek mekanik özelliklere ulaşabilmesi, seri üretime uygunlukları ve geri dönüştürülebilirlik özellikleriyle endüstrinin birçok alanında kullanılmaktadır. Maliyet iyileştirme projelerinde, yeterli dayanım sağlandığı koşullarda akla ilk gelen malzeme çeşidi olarak plastik malzemeler gündeme gelmektedir. Çamaşır makinelerinin de bir çok bölgesinde plastik malzeme kullanılmaktadır. Rekabetin üst seviyeye ulaştığı beyaz eşya sektöründe geçmişten günümüze olan sürece bakıldığında maliyetlerin önem kazandığı ve plastik malzeme kullanımının arttığı görülmektedir. Gelişen teknolojiler ve elde edilen bilgi birikimleri ile yapılan analizler plastik malzemelerin kullanımının önünü açan bir etken olarak rol almaktadır. Plastik enjeksiyon ile üretim, seri üretime uygunluk ve karmaşık geometrilerin üretilebilirliği açısından en çok tercih edilen üretim yöntemlerinden birisidir. Plastik enjeksiyonda çok fazla parametre olması, üretim sonucunda elde edilen ürünün de kalitesinde farklılıklar oluşturmaktadır. Geliştirilen Moldflow analizleri sayesinde bu zorluklar aşılıp büyük zaman kayıplarından kurtularak gerçeğe yakın simülasyonların elde edilmesi mümkün hale gelmektedir. Özellikle fiber katkılı malzemelerin enjeksiyon davranışlarının yalnızca tecrübelerle tahmin edilmesinin zor olması, Moldflow analizlerinin önemini arttırmaktadır. Plastik enjeksiyon prosesi malzemenin dayanımı üzerinde de önemli bir etkiye sahip olmaktadır. Üretilen parçanın içinde malzemenin dağılımına göre farklı bölgelerde farklı dayanım değerlerine ulaşılabilmektedir. Moldflow analizleri ile enjeksiyon koşullarının belirlenmesi ile enjeksiyon sonrası parçanın geometrik, ölçüsel ve görsel kalitesinin tahmin edilmesinin yanı sıra dayanım özellikleri hakkında yorumlara xxiv Sensitivity: Public ulaşmak da mümkün olabilmektedir. Özellikle fiber katkılı malzemelerin parça içindeki fiber dağılım ve yönlenmeleri, parçanın bazı bölgelerinde dayanım artışını sağlarken bazı bölgelerde de zayıflamalara neden olabilmektedir. Yapılacak analizlerle parçanın spesifik bir bölgesinde, parçanın karşılaştığı zorlanma yönündeki dayanımının analiz ile elde edilebilmesi tasarımcıya gerçek parçada oluşacak sonuçları simüle edebilme imkanı sağlamaktadır. Çalışmada çamaşır makinesinin ön kapak gruplarında plastik kanca kullanımı amaçlanmıştır. Mevcut zamak malzemenin verdiği dayanıma cam fiber katkılı malzemenin vereceği zorlanmaya maruz kalan kritik bölgedeki dayanım artışı ile ulaşarak daha ucuz malzeme kullanımına ulaşmak istenmiştir. Çamaşır makinesinin çalışma koşullarında karşılaştığı kritik yüklenme durumu ortaya konularak yapısal analizle parçanın kritik bölgesinde maruz kaldığı gerilme değerleri belirlenmiştir. Sonrasında plastik kanca için yapılan prototip kalıp üzerinde farklı bölgelerdeki yolluk girişleri analiz edilerek optimum yolluk girişi bölgesi belirlenmiştir. Enjeksiyon koşullarında girdi olan parametreler değişken olarak tanımlanarak bu parametrelerin parça dayanımına ve diğer proses çıktılarına etkisi incelenmiştir. Her bir proses üzerinde ayrı ayrı çalışılarak karma etkiler de yorumlanmıştır. Bilgisayar ortamında yapılan çalışmalar tamamlandıktan sonra deneysel bir çalışma kurgulanıp uygulamaya sokulmuştur. Öncesinde Moldflow üzerinde yapılan proses çalışmaları enjeksiyona uygulanacak bir program halinde planlanıp prototip kalıp üzerinden baskılar alınmıştır. Alınan baskıların fiber dağılımları ışık mikroskobunda incelenerek fiber çapları ve uzunlukları ölçülmüş, fiber dağılımları Moldflow çıktılarıyla karşılaştırılmıştır. Daha sonra her bir prosesten 5'er adet numune çekme testine tabii tutularak kırılma değerleri not alınmış, grafiksel olarak Moldflow üzerinden alınan dayanım değerleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak malzemenin kritik yüklenme durumunda %50 cam fiber katkılı poliamid malzemenin en zayıf bölgesinde oluşan fiber yönlenmesi ile zamak malzemeden elde edilen kırılma performansına ulaştığı görülmüştür. Yapılan çalışma teorik modelleme, sayısal simülasyonlar ve deneysel doğrulama adımlarını içermektedir.