LEE-Makina Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 44
-
ÖgeHemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling(Graduate School, 2024-11-01)This thesis explores physiological phenomena and pathological conditions through the lens of in-silico modeling, a technique that complements traditional in-vitro and in-vivo studies, which often face limitations in replicating complex biological conditions and measuring certain vital parameters. Advances in high-performance computing have significantly enhanced the capability of in-silico models, allowing for the simulation of a wide range of physiological states from rest to stress, which are challenging to achieve through conventional experimental setups. By integrating Fluid-Structure Interaction (FSI) models, this research leverages both fluid mechanics and structural dynamics to effectively simulate intricate physiological processes within the human body, addressing venous valve function, potential risks such as Deep Vein Thrombosis (DVT), and aortic stenosis, contributing to the understanding of blood flow dynamics and guiding potential advancements in therapeutic strategies. Focusing specifically on the dynamics of biological valves, the research highlights their pivotal role and the complexities involved in their dysfunction, which are often linked to severe cardiovascular conditions. The thesis progresses from simulating simple single-phase models of venous valves to more sophisticated multi-phase models, utilizing methodologies to capture the complexities of the multi-phase nature of blood. Employing advanced techniques such as the Immersed Boundary-Finite Element (IBFE) method and the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation, the thesis enhances our understanding of valve dynamics under various pathological states and contributes valuable insights for future cardiovascular disease research and potential therapeutic developments. A key aspect of this thesis is the utilization of various computational indices and descriptors derived from FSI simulations, which allows for a more comprehensive understanding of the biomechanical environment surrounding venous and aortic valves. After this general explanation of the thesis scope and a brief description of the methodologies utilized, a concise summary of the individual chapters is presented below. The chapter on geometry modeling explores the complex structures of venous and aortic valves, which are critical for simulating their dynamics in computational studies. It begins by detailing the modeling of the venous valve, chosen for its relative simplicity compared to the aortic valve, and describes the modifications made to synthetic geometries to meet the requirements of both single-phase and two-phase FSI simulations. For aortic valves, the chapter discusses how synthetic geometries, adapted from Computer-Aided Design (CAD) frameworks, are further modified to incorporate representations of calcification, which significantly affects valve functionality. The severity of calcification is categorized, and the models are adjusted to reflect different grades, facilitating the analysis of its impact on valve hemodynamics. This detailed geometric modeling forms the foundation for advanced simulations, providing a deeper insight into the mechanical behavior of these valves under various pathological conditions. The next chapter elaborates on the development and implementation of single-phase FSI simulations using the IBM to model the complex interactions between fluid mechanics and structural dynamics. The focus is on Immersed Boundary Method's (IBM) application in addressing significant displacements in fluid-structure systems, utilizing a computational framework that integrates Lagrangian descriptions for structures and Eulerian descriptions for fluid dynamics. The IBM's methodology is detailed, showcasing how forces and stresses are calculated and interact within the fluid and structure domains using integral transforms with delta function kernels to couple Eulerian and Lagrangian variables. The simulation also employs constitutive laws for material behavior, including a Neo-Hookean hyperelastic model for the aortic valve, to accurately depict the elastic properties of biological tissues. Additionally, the chapter discusses the numerical schemes and boundary conditions critical for capturing the physics of fluid-structure interactions. Advanced discretization techniques for both the fluid and structure domains are employed to ensure high fidelity in the simulation. The chapter on two-phase FSI model development investigates the transition from single-phase blood flow model to more complex two-phase model, crucial for accurately simulating the dynamics of blood flow involving both Red Blood Cells (RBCs) and plasma. The ANSYS Fluent-Structural coupled module, utilizing the ALE method, is employed due to its capability for handling two distinct miscible phases, providing a more realistic representation of blood dynamics where the volume fractions of phases sum to one, ensuring the conservation of mass and momentum. Significantly, the integration of volume fraction equations, conservation laws, and specific equations for the momentum of RBC and plasma phases allow for detailed modeling of interactions within the blood. This method accounts for forces such as drag, which is essential for understanding the complex interactions in blood flow. The use of the ANSYS software for FSI models demonstrates the application of partitioned coupling techniques, maintaining computational efficiency while ensuring accurate modeling of the physics involved in fluid-structure interactions. This setup is vital for understanding the mechanical and hemodynamic behavior of cardiovascular structures like deep veins under realistic physiological conditions. Chapter six presents the hemodynamic characterization parameters, which are essential in studying the valves' function. These metrics include transvalvular, Wall Shear Stress (WSS)-based indices, and the helicity descriptors, offering valuable insights into the behavior of valves under healthy and pathological conditions. The transvalvular indices encompass Geometric Orifice Area (GOA), maximum jet velocity, kinetic energy, energy dissipation, and vorticity intensity, which are critical for assessing valve performance, particularly in the context of aortic stenosis. These indices provide a detailed understanding of the energy transport and flow patterns that influence valve function. In addition to transvalvular indices, WSS-based indices such as Time-Averaged Wall Shear Stress (TAWSS), Oscillatory Shear Index (OSI), and Relative Residence Time (RRT) are examined. They help quantify the interactions between blood flow and the vascular endothelium, shedding light on how shear environments contribute to endothelial health and cardiovascular disease progression. The chapter also introduces helicity-based descriptors, which provide a perspective on the rotational aspects of blood flow in the aortic domain. Helicity, a scalar measure of helical motion in fluid flow, is crucial for evaluating the efficiency of blood transport and identifying potential pathological developments. Six bulk flow helicity descriptors are discussed, each quantifying various aspects of flow topology and helical structure, particularly in the presence of aortic valve calcifications. These descriptors highlight the importance of helical flow patterns in understanding aortic valve performance and the associated hemodynamic consequences under both healthy and calcified conditions. Last chapter presents the critical findings from the single-phase and two-phase FSI simulations. For venous valves, the results highlight the relationship between increased flow rates and the potential for flow disturbances, particularly under conditions of elevated pressure. This includes the identification of regions prone to recirculation, which may correlate with thrombosis risk. Key transvalvular indices and WSS-based metrics provide further insights into the mechanical stresses exerted on the valve leaflets. In the case of aortic valves, the results demonstrate the impact of calcification on hemodynamic patterns. The simulations reveal how varying degrees of calcification influence energy dissipation and helicity, offering a detailed perspective on the altered flow dynamics within the valve. These findings provide a comprehensive understanding of how pathological conditions affect the biomechanical environment of both venous and aortic valves. The two-phase FSI simulations reveal distinct flow behaviors between plasma and RBCs under varying flow rates. Higher velocities lead to vortex formation, pressure fluctuations, and RBC accumulation near valve cusps, especially in low shear regions. WSS-based indices like TAWSS and OSI highlight areas prone to flow disturbances and thrombosis risk. These findings underscore the value of two-phase modeling in understanding venous function and thrombus formation.
-
ÖgeKarayolu taşıtlarından kaynaklanan egzoz gazı emisyonlarının gerçek hayat seyir koşullarına göre modellenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-20)Karayolu taşıtlarından kaynaklanan kirletici emisyonlar atmosferdeki toplam emisyon salımının önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Bu sebeple taşıtlardan kaynaklanan egzoz emisyonlarını kısıtlayan regülasyonlar oluşturulmuştur. Bu regülasyonlar, yasa koyucular tarafından güncellenerek emisyonları daha da sınırlamaktadır. Bu çalışmada son Euro emisyon regülasyonuna göre gerçek sürüş testleri yapabilmek için güzergah oluşturma metodolojisi türetilmiştir. Oluşturulan metodolojinin çıktılarına göre farklı taşıtlarla emisyon testleri yapılarak metodoloji doğrulanmıştır. Gerçekleştirilen emisyon testlerinin dinamik şartları incelenmiş ve dinamik olarak testlerin tamamlanıp tamamlanmadığı incelenmiş ve türetilen yeni bir yorumlama metodu ile sonuçlar irdelenmiştir. Ayrıca bu tez çalışmasında, İstanbul trafik akış örneklemi kullanılarak emisyon envanteri oluşturma metodolojisi oluşturulmuştur. Bu metodoloji kullanılarak genel İstanbul envanteri örneklemi için bir uygulama türetilmiş ve ayrıca Covid -19 pandemisinin trafik akışına ve emisyonlara etkisi incelenmiştir.
-
ÖgeÖnburulmalı fonksiyonel olarak derecelendirilmiş çubukların statik ve dinamik davranışlarının incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-08-22)Önburulmalı yapılar, kapalı bir düzlemsel eğriye belirli bir referans ekseni boyunca derinlik kazandırılması esnasında, bu kapalı düzlemsel eğrinin referans ekseni etrafında döndürülmesiyle elde edilen üç boyutlu yapılardır. Genel olarak makina mühendisliğindeki birçok uygulamada karşılaşılabilen bu yapılar, özellikle yüksek sıcaklık, nem ve sürtünme gibi zorlu ortamlarda işletilen turbomakinalarda, havacılık elemanlarında ve delme makinelerinde önburulmalı geometrilerinden dolayı ana sistem bileşeni olarak tercih edilmekte ve bu sebeple bu zorlu ortamların etkilerine doğrudan maruz kalabilmektedir. Bu zorlu ortam etkilerine direnç gösterirken aynı zamanda dayanımın da korunması ihtiyacı doğrultusunda, tabakalar arası gerilmelerin yüksek olduğu geleneksel kompozit malzemelerin aksine sürekli bir malzeme dağılımına sahip olmalarından dolayı ve süperalaşımlara kıyasla da daha düşük maliyetli olmaları sebebiyle, genel olarak özellikleri konuma bağlı olarak değişen malzemeler (homojen olmayan malzemeler) grubu, özel olarak da bu grubun bir alt kümesi olarak değerlendirilebilen fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeler, zorlu ortamlarda bulunan önburulmalı yapıların dayanımlarını korurken ortam etkilerine de direnç gösterebilmelerine olanak sağlayan etkili bir malzeme grubu olarak öne çıkmaktadır. Özellikleri konuma bağlı olarak değişen malzemelerden imal edilmiş bu önburulmalı yapılar genellikle, işlevleri nedeniyle, referans eksenini içeren boyutun (yani uzunluğun), derinlik kazandırılan kapalı düzlemsel eğrinin (yani kesitin) karakteristik boyutuna oranı yüksek bir değer sahip olacak şekilde tasarlanmaktadır. Bu sebeple, özellikle konuma bağlı malzeme özelliklerinin ifade edilebilmesi için detaylı bir model geliştirme süreci ve hassas bir analiz için fazla sayıda eleman kullanımına ihtiyaç duyan sonlu elemanlar yöntemi gibi bir yöntemden elde edilen üç boyutlu sayısal modellerin aksine, bir boyutlu mekanik modellerin geliştirilmesi bu yapıların mekanik davranışlarının analizinde daha verimli bir modelleme yaklaşımı olarak değerlendirilebilmektedir. Bir boyutlu modeller çerçevesinde bu yapılarda, geometrik olarak çift simetrik ve homojen malzemeye sahip bir kesit için bile önburulma sebebiyle eğilme davranışı üç boyutlu olarak meydana gelir ve eksenel uzama ile burulma arasında bağlaşıklık oluşur. Önburulmalı geometriden kaynaklanan bu iki karakteristik bağlaşıklığın, malzeme özelliklerinin konuma bağlı olarak değişmesinden nasıl ve ne ölçüde etkileneceği bu yapıların gelişmiş tasarımları için makina mühendisleri tarafından yanıtlanması gereken önemli sorulardandır. Bu bağlamda, bu çalışma kapsamında, konuma bağlı olarak değişen özelliklere sahip malzemeden imal edilen önburulmalı yapıların eğilme-eğilme bağlaşık statik, eğilme-eğilme bağlaşık dinamik ve uzama-burulma bağlaşık statik davranışları üzerinde, toplam önburulma açısı, malzeme dağılımı ve gözeneklilik gibi parametrelerin etkilerinin bir boyutlu mekanik modeller çerçevesinde incelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, literatürde homojen malzemeden imal edilen önburulmalı yapıların uzama-burulma bağlaşık dinamik davranışını incelemeye yönelik geliştirilen bir boyutlu mekanik modelden hareketle bir sonlu eleman formülasyonu da geliştirilmiştir. Bu doğrultuda, ilk olarak eğilme-eğilme bağlaşık ve uzama-burulma bağlaşık davranışlar, bu noktaya kadar ki geçmiş çalışmalara da değinilerek, temel olarak açıklanmıştır. Ayrıca malzeme özellikleri konuma bağlı olarak değişen önburulmalı çubukların uzama-burulma davranışlarının incelenebilmesi için öncelikle genel olarak malzeme özellikleri konuma bağlı olarak değişen önburulmasız çubukların burulmasına dair önbilgiye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bağlamda, malzeme özellikleri konuma bağlı olarak değişen önburulmasız çubukların burulmasına dair çalışmalar da özetlenmiştir. Ardından malzeme özelliklerinin kesit üzerinde değişmesi durumunda üç boyutlu eğilme davranışını, uzama-burulma bağlaşık davranışından ayırmak için kullanılması gereken malzeme dağılım profilinin niteliğinin belirlenmesini amaçlayan bir araştırma yapılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda, kesit kalınlığı boyunca kesit orta düzlemine göre simetrik malzeme dağılımına sahip önburulmalı çubuklarda, eğilme davranışı ile uzama-burulma bağlaşık davranışının birbirinden ayrı olarak incelenebileceği tespit edilmiştir. Eğilme-eğilme bağlaşık statik davranışa dair incelemeler özelinde, malzeme özelliklerinin kesit kalınlığı doğrultusunda simetrik ve üstel olarak değiştiği varsayılmıştır. Ayrıca kesitin gözenek içerdiği varsayılarak, bu gözenekliliğin kesit üzerinde homojen olarak ve kesit kalınlığı doğrultusunda simetrik olarak değiştiği iki ayrı senaryo ele alınmıştır. Bu kabuller altında, birinci mertebe kayma şekil değişimi varsayımı yapılarak önburulmalı çubuğun yönetici denklemleri ilk olarak sabit koordinat sistemine göre; sonrasında da eğri eksenli koordinat sistemine göre, minimum toplam potansiyel enerji prensibi kullanılarak elde edilmiştir. Her iki durumda da yönetici denklemler, birinci mertebeden diferansiyel denklem sistemi olarak ifade edilmiştir ve başlangıç değerleri yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Bu bağlamda, sabit koordinat sistemine göre geliştirilen formülasyonda katsayılar matrisinin elemanlarının konuma bağlı olarak değişen nitelikte olması sebebiyle, asal matris Volterra'nın çarpımsal integrali kullanılarak yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Öte yandan, eğri eksenli koordinat sistemine göre geliştirilen formülasyonda ise katsayılar matrisinin sabitlerden oluşması sebebiyle asal matris, matris eksponansiyeli kullanılarak kesin analitik olarak hesaplanmıştır. Kesin analitik çözümü elde etmeye olarak veren ikinci formülasyon sayesinde, uzay-sabit düşey uç kuvveti ve cisim-sabit üniform yayılı kuvvet yükleme senaryoları için tarafsız eksenin ötelenmesine ait kesin analitik ifadeler sunulmuştur. Ayrıca bir boyutlu mekanik model yaklaşımının uygulanabilirlik sınırları tespit edilerek, her iki formülasyon yaklaşımından elde edilen sonuçların birbiriyle olan uyumu ve sonlu eleman analizinden elde edilen sonuçlarla tutarlılığı gösterilmiştir. Son olarak ise toplam önburulma açısının, hacim oranı indisinin, gözeneklilik oranının ve gözeneklilik dağılımının uç tarafsız eksen ötelenmeleri üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Eğilme-eğilme bağlaşık dinamik davranışa dair incelemeler özelinde, önburumalı çubuğun malzeme özelliklerinin çubuk ekseni doğrultusunda eksponansiyel olarak değiştiği varsayılmıştır. Birinci mertebe kayma şekil değişimi varsayımı yapılarak önburulmalı çubuğun serbest titreşimlerine ait yönetici denklemler, sabit koordinat sistemine göre Hamilton prensibi kullanılarak formüle edilmiştir ve birinci mertebeden diferansiyel denklem sistemi olarak ifade edilmiştir. Burada, hem sabit koordinat sistemine göre formülasyon neticesinde önburulmadan dolayı hem de çubuğun malzeme özelliklerinin çubuk ekseninin bir fonksiyonu olarak değişmesinden dolayı, katsayılar matrisi konuma bağlı olarak değişmektedir. Bu sebeple çözüm, harmonik diferansiyel kuadratür yöntemi kullanılarak sayısal olarak elde edilmiştir. Bir boyutlu mekanik modelden elde edilen sonuçların, sonlu eleman analizinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmasının ve bir boyutlu mekanik modelin uygulanabilirlik sınırlarının belirlenmesinin ardından, ilk dört eğilme-eğilme bağlaşık moduna dair mod şekilleri sunulmuştur. Ardından, malzeme parametresinin ilk dört eğilme-eğilme bağlaşık doğal frekansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Uzama-burulma bağlaşık statik davranışa dair incelemeler özelinde, malzeme özelliklerinin önburulmalı çubuk kesiti üzerinde kalınlık doğrultusunda simetrik ve parabolik olarak değiştiği varsayılmıştır. Poisson oranı sabit olarak alınmıştır. Uzama-burulma bağlaşıklığını modellemek için ise Saint-Venant burulma kabulü çerçevesinde çarpılma fonksiyonu temelli bir boyutlu mekanik model kullanılmıştır. Diferansiyel denklemler minimum toplam potansiyel enerji prensibi kullanılarak elde edilmiştir. Çarpılma-kaynaklı rijitlik katsayıları, çarpılma fonksiyonu yerine Prandtl gerilme fonksiyonu kullanılarak ifade edilmiştir. Böylece çarpılma-kaynaklı rijitlik katsayılarını hesaplamak için, malzeme özelliklerinin kalınlık boyunca değişmesi durumunda çözülmesi daha zor olan Neumann tipi sınır değer problemi yerine, Dirichlet tipi sınır değer probleminin kullanılması sağlanmıştır. Çarpılma-kaynaklı rijitlik katsayılarının hesaplanmasından sorumlu bilgisayar kodunun sınanması amacıyla gerçekleştirilen bir dizi doğrulama çalışmasının ardından, çalışma kapsamında kullanılan yaklaşım, literatürdeki çoklu malzemeli membran analojisi ile karşılaştırılmıştır. Ardından, uç çekme kuvveti ve uç burulma momenti yükleme senaryoları için, bir boyutlu mekanik modelin, uygulanabilirlik sınırları içerisinde, sonlu eleman analizinden elde edilen sonuçlarla uyumlu olan sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Son olarak, toplam önburulma açısının ve malzeme parametresinin, uç burulma açısı ve uç tarafsız eksen ötelenmesi üzerindeki etkisi sırasıyla bu iki yükleme senaryosu için araştırılmıştır. Uzama-burulma bağlaşık dinamik davranış özelinde, literatürde homojen malzemeden imal edilen önburulmalı çubuklar için geliştirilen uniform olmayan burulma kabulü temelli bir boyutlu mekanik modeli temel alarak bir boyutlu bir sonlu eleman modeli geliştirilmiştir. İnterpolasyon fonksiyonlarına yönelik kısa bir değerlendirmeden sonra, geliştirilen sonlu eleman modeline dair yakınsama çalışması farklı geometrik parametrelere sahip önburulmalı çubuklar için yapılmıştır. Ardından, geliştirilen sonlu eleman modelinden elde edilen ilk dört uzama-burulma bağlaşık moduna ait doğal frekanslar, üç boyutlu sonlu eleman modelinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır ve ilgili mod şekilleri sunulmuştur. Yukarıda özetlenen incelemeler doğrultusunda, özellikleri konuma bağlı olarak değişen malzemeden imal edilmiş ve gerekli uygulanabilirlik sınırları içerisinde tasarlanmış önburulmalı yapıların, eğilme-eğilme bağlaşık statik, eğilme-eğilme bağlaşık dinamik ve uzama-burulma bağlaşık statik davranışları üzerinde, toplam önburulma açısı, malzeme dağılımı ve gözeneklilik gibi parametrelerin etkilerinin, bir boyutlu mekanik modeller kullanılarak incelenebileceği belirtilmiştir. Ayrıca, literatürde daha önceden sunulmuş olan bir boyutlu mekanik modelden hareketle, homojen malzemeden imal edilmiş önburulmalı yapıların uzama-burulma bağlaşık dinamik davranışının bir boyutlu sonlu eleman formülasyonu kullanılarak incelenebileceği belirtilmiştir.
-
ÖgeAkciğer obstrüksiyonlarının ekspirasyona olan etkisinin sayısal olarak incelenmesi ve SFT sonuçlarıyla ilişkilendirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-08-15)Bu tez çalışmasının ilk amacı bilgisayarlı tomografi görüntüleri kullanılarak elde edilen 138 adet distal hava yoluna sahip normal bir insan akciğer modeli (Model-I) ve bu model üzerinde farklı derecelerde yapay obstrüksiyonlar oluşturularak elde edilen obstrüksiyonlu modeller üzerinde, zorlu ekspiryum durumunda, küçük çaplı solunum yollarında oluşan obstrüksiyonların hava yolu direnci, hava akım hızları ve hacimler üzerindeki etkilerinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Analizlerinin (HAD) yapılarak incelenmesi ve elde edilen sonuçların klinik ortamda yapılmış olan solunum fonksiyon testinde (SFT) elde edilen gerçek değerler ile karşılaştırılmasıdır. Çalışmanın ikinci amacı ise, segmentasyon yöntemi ile elde edilen 28 adet distal hava yoluna sahip normal bir insan akciğer modeli (Model-II) ve yine bu model kullanılarak elde edilen obstrüksiyonlu modeller üzerinde, zorlu ekspiryum ve normal solunum döngüsünde sağ/sol ana bronşlarında oluşan obstrüksiyonların hava yolu direnci, hava akım hızları ve hacimler üzerindeki etkilerinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Analizlerinin (HAD) yapılarak incelenmesidir. Sayısal analizlerde kullanılmak üzere oluşturulan modeller, MIMICS yazılımı kullanılarak BT görüntülerinin segmente edilmesi sonucunda elde edilmiş, sayısal çalışmalarda ise Ansys-Fluent yazılımı kullanılmıştır. HAD çalışmaları sıkıştırılamaz, izotermal, hava akışkanı ile SST k-w türbülans modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Normal solunum periyodu için yapılan analizlerde kullanılmak üzere, ATS, ERS gibi uluslarası standartlar ve literatürde yer alan istatiksel çalışmalardan yararlanılarak toplamda 5 saniyelik (2 saniye nefes alma, 3 sn nefes verme) zamana bağlı değişen basınç profilleri sınır şartı olarak polinom fonksiyon şeklinde tanımlanmıştır. Zorlu ekspirasyon durumu için yapılan çalışmalarda kullanılmak üzere, BT görüntülerinin ait olduğu bireylere ait vücut-kütle indeksleri kullanılarak tepe akım debi değerleri belirlenmiş ve solunum yolu direnci formülü kullanılarak olabilecek maksimum alveoler basınç değerleri elde edilmiştir. Toplamda 6 saniyelik zorlu ekspirasyon periyodu için bu azami basınç değeri baz alınarak basınç profilleri tanımlanmıştır. Müteakiben sayısal çalışmaların çözüm ağı sayısından ve zaman adımından bağımsız hale getirilmesi kapsamında farklı çözüm ağları ve farklı zaman adım sayılarında analizler yapılarak çözüm ağı ve zaman adım sayısı için optimum değerler belirlenmiştir. Elde edilen modellerin doğrulanması maksadıyla literatürde yer alan ve diğer birçok çalışmada da kullanılmış olan deneysel bir çalışmanın sonuçlarından faydalanılmıştır. Doğrulama kapsamında deneysel çalışmalarda kullanılan akciğer modelinin sağ ana bronşundan alınan bir kesitte oluşan hız profilleri, çalışma kapsamında elde edilen modellerde aynı kesitte sayısal çalışmalar sonucunda oluşan hız profilleri ile karşılaştırılmıştır. Model I ve bu model kullanılarak elde edilen iki farklı obstrüksiyonlu model üzerinde yapılan çalışmalarda; Sınır şartı olarak kullanılan basınç değişim profili ile yapılan HAD çalışmaları sonucunda elde edilen PEF, FEV1, FVC ve Tiffenau oranlarının, klinik ortamda alınan solunum fonksiyon testindeki değerlere oldukça yakın olduğu, Poiseuille kanuna paralel olarak solunum yolu direncinin çap değerinin 4. kuvveti değeri ile orantılı olacak şekilde artması nedeniyle obstrüksiyonlu modellerde normal modele göre aynı süre zarfında daha az havanın ekspire edilebildiği ve tepe akım debi değerine daha düşük hacimlerde ulaşıldığı, Alt loblarda oluşturulan obstrüksiyonların SFT parametrelerinde yüzde 16 ile yüzde 21 arasında düşüşe neden olurken, tüm loblarda oluşturulan obstrüksiyonların yüzde 23/26 mertebelerinde düşüşe neden olduğu görülmüştür. Model II ve bu model kullanılarak elde edilen üç farklı obstrüksiyonlu model üzerinde yapılan çalışmalarda; Sağ ana bronş çapının sol ana bronşa göre daha büyük olması nedeniyle sağ ana bronş üzerindeki obstrüksiyonların sol ana bronşa göre tidal hacim üzerinde daha az etkili olduğu, Artan obstrüksiyon derecesi ile birlikte inhale edilen havanın sağ ve sol üst loblara dağılım yüzdesinin yüzde bir seviyelerine kadar düşerken, yüzde 75 obstrüksiyon oranında oluşan hava dağılımlarında sağ alt lobda yüzde elli değerlerine ulaşıldığı, Bununla birlikte aynı obstrüksiyon derecelerinde yüksek debi değerinde yapılan analizlerde alt loblara dağılan hava miktarında değişim görülmezken üst loblara dağılan havanın daha da azalırken sağ orta loba dağılan hava miktarında artış olduğu görülmüştür. Obstrüksiyonların akış karakteristiklerine olan etkilerinin incelenmesi maksadıyla karina ve trake orta noktalarından alınan kesitlerde oluşan hız profilleri incelenmiş; Zorlu ekspiryum durumunda normal model trake ve karina kesitinde akışın kanal içerisine yayıldığı, artan obstrüksiyon derecesi ile jet akışının karina bölgesinde havanın iki merkez halinde ilerlemesine, sağ ve sol ana loblardan gelen yüksek hızlı akışların birleşmesi sonucu trake orta bölümünde kuvvetli ikincil akışlar oluşmasına neden olduğu gözlenmiştir. Model-I ve Model-II üzerinde aynı sınır şartları ile yapılan analizlerde SFT parametrelerinin, sağ ve sol ana bronş üzerinde yüzde elli obstrüksiyon oranında yüzde 45-60 arasında düşerken distal solunum yollarında aynı obstrüksiyon derecesinde düşüşün yüzde 27-30 değerlerinde olduğu görülmüş, solunum yolu sayısı ve yüzey alanı olarak büyük solunum yollarına oranla çok daha fazla olan distal yolların, büyük solunum yollarına oranla solunum yolu direncinde daha az etkisi olduğu sayısal olarak doğrulanmıştır. Tez kapsamında yukarda yer alan çalışmalara ek olarak klinik ortamda helyum dilisyon yöntemi ile toplam akciğer kapasitesi tespit edilen 262 bireye ait BT görüntüleri segmente edilmiş ve toplam akciğer kapasiteleri hesaplanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda segmentasyon yöntemi ile elde edilen toplam akciğer kapasitesi değerleri ile pletismografi yöntemi ile elde edilen değerler arasında orta düzeyde korelasyon bulunmuştur.
-
ÖgeKompakt grafitli dökme demirde frezeleme işlemi sonrası kalıntı gerilmelerin incelenmesi ve kesme parametreleri için süreç optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-08-18)Kullanımı günden güne artan kompakt grafitli dökme demir, özellikle içten yanmalı motor parçaları malzemesi olarak tercih edilmektedir. Kompakt grafitli dökme demir; bir yandan küresel grafitli dökme demirin sahip olduğu mekanik özelliklere yakın değerler sergilerken, diğer yandan kır dökme demirin sahip olduğu ısıl özelliklere benzer değerler ortaya koymaktadır. Kır dökme demirle kıyaslandığı zaman, çekme dayanımının %75, uzama değerlerinin ise %40'a varan değerlerde artıyor olması, bu malzemeyi kullanarak kesit kalınlıklarının inceltilebileceğini dolayısıyla da döküm parçaların hafifletilebileceğini göstermektedir. Kompakt grafitli dökme demirin bahsedilen bu avantajlarına döküm esnasında alaşıma ilave edilen magnezyum, krom ve titanyum gibi elementler sayesinde ulaşılırken bu elementlerin ilavesi kompakt grafitli dökme demirin işlenebilirliğini olumsuz şekilde etkilemektedir. Döküm parçalar, yüksek yüzey kalitesi ve sıkı toleransları karşılamak için çoğunlukla dökümden sonra talaşlı imalat işlemlerine tabi tutulurlar ve bu da bazen döküm işleminden çok daha pahalıya mal olabilmektedir. Bu nedenle, malzemenin işlenebilirliğini incelemek ve kesme parametreleri seçimini etkileyecek faktörleri belirlemek oldukça önemlidir. Bu tezde, kompakt grafitli dökme demirin frezelemenmesi sırasında iş parçası sıcaklık dağılımının tahmini için yeni bir hibrit kesme modeli sunulmuştur. Hibrit model, mekanistik yaklaşıma dayalı bir analitik kuvvet modeli ve termal modele dayalı sonlu elemanlar analizinden oluşmaktadır. Tezin 3. bölümü frezeleme işleminde kesme kuvvetlerinin modellenmesine ayrılmıştır. Kesme kuvvetleri mekanistik model kullanılarak tahmin edilmiştir. Mekanistik modelin kullanımı için gerekli kesme katsayıları, ortogonal test gerçekleştirilerek takım ve iş parçası çifti için elde edilen sürtünme açısı, kayma açısı ve kayma gerilmesi parametreleri kullanılarak hesaplanmıştır. Kayma gerilmesi, kayma açısı ve sürtünme açısı ise doğrusal regresyon kullanılarak türetilmiştir. Mekanistik model frezeleme testleri ile doğrulanmıştır. Doğrulanmış kuvvet modeli kullanılarak teğetsel kuvvet, tork, güç ve aktif iş hesaplanmış, farklı kesme parametrelerinin bu mekanik yüklere olan etkisi incelenmiştir. Enerji ve aktif iş hesaplamaları, kompakt grafitli dökme demirin frezelemesinde ilerlemenin iki katına çıkarılmasıyla, kesme kuvvetlerinin neredeyse iki katına çıkmasına rağmen yaklaşık %10'luk bir enerji tasarrufu sağlanabildiğini göstermiştir. 4. bölümde iş parçasının sıcaklık dağılımını elde etmek için hareketli ısı kaynağı modeli ile ısı transferi modeli oluşturulmuştur. Frezeleme işlemi sırasında üretilen ve iş parçasına aktarılan ısı, adveksiyon ısı paylaşım modeli aracılığıyla hesaplanabilmektedir. Frezeleme işlemi sırasında ısı akısı bölümlenmiş elemanlara uygulanmış ve takip eden çözüm adımında bu elemanlar silinerek bir yandaki gruba ısı akısı uygulanmıştır. Bu durum, hareketli ısı kaynağı ve talaş kaldırma işlemini ifade etmektedir. Çalışmada ısı yükleri, modelden elde edilen kuvvet değerleri yardımı ile hesaplanmış ve sonlu elemanlar yazılımında sınır şartı olarak kullanılmıştır. Sıcaklık modelini doğrulamak için yüzey frezeleme işlemi esnasında oluşan sıcaklıklar gömülü termokupllar yardımıyla ölçülmüştür. Geliştirilen hibrit model ile ölçüm sonuçları karşılaştırıldığında aralarında iyi bir uyum olduğu gözlemlenmiştir. 5. bölümde, farklı kesme parametreleri ile frezelenmiş kompakt grafitli dökme demir yüzeylerindeki kalıntı gerilmeler X-ışını kırınımı kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen kalıntı gerilme sonuçları incelendiğinde tüm kalıntı gerilmelerin çekme yönünde olduğu görülmüştür. Kompakt grafitli dökme demirin ısıl iletkenliğinin yüksek olması nedeniyle malzeme üzerindeki termal gerilmelerin etkisi düşüktür. Bu nedenle termal yükler neticesi oluşan çekme kalıntı gerilmelerinin etkisi az olmaktadır. Mekanik yükler kaynaklı oluşan kalıntı gerilmelerin ise parça üzerinde daha etkin olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca ölçüm sonuçlarına göre, kesme hızının artmasıyla kalıntı gerilmelerin arttığı fakat belirli bir hızdan sonra ısı birikiminin iyice azalmasıyla bu etkinin tersine döndüğü tespit edilmiştir. Diş başına ilerleme miktarının artmasıyla çekme yönündeki kalıntı gerilmelerin arttığı görülmüştür. 6. bölümde öncelikle kompakt grafitli dökme demirin yüzey frezelemesinde kesme parametrelerinin takım ömrü ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda takım ömrü ve yüzey pürüzlülüğü için regresyon modeline dayalı tahmin modelleri geliştirilmiştir. Kesme testlerinde, kesme hızı ve diş başına ilerleme işlem parametreleri olarak seçilmiştir ve etkileri ANOVA kullanılarak istatistiksel olarak araştırılmıştır. İşleme operasyonlarında kesme parametrelerinin seçimi, kaynakların verimli kullanımı için önemlidir. Bu nedenle, seçkin bir genetik algoritma yöntemi olan baskılanamayan sıralama genetik algoritması II (NSGA-II) kullanılarak Pareto-optimal çözüm kümeleri elde edilmiştir. Elde edilen çözüm kümeleri sayesinde karar vericiye daha hızlı, daha kaliteli ve daha ekonomik üretim için önerilerde bulunulmuştur. Daha hızlı bir üretim için yüksek malzeme kaldırma hızına izin veren, daha kaliteli üretim için iyi yüzey özellikleri elde edilmesini sağlayan ve ekonomik üretim için takım aşınmasını azaltacak kesme parametreleri önerilmiştir. KGDD frezeleme süreci optimize edildiğinde elde edilebilecek kazanımlar gösterilmiştir. Sonuçlar NSGA-II'nin diğer talaşlı imalat optimizasyon problemlerine de uyarlanabileceğini göstermektedir.