LEE- Katı Cisimlerin Mekaniği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 21
-
ÖgeGaz türbinli motorlarda döner disk ön tasarımında optimum boyutlandırma aracının geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)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.
-
ÖgeKalman filtresi ve yapay sinir ağları yardımı ile kuvvet tahmini(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)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.
-
ÖgeKiriş destekli plak yapılarının serbest titreşimlerinin teorik ve sonlu eleman yöntemiyle analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-05)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.
-
ÖgeFatigue crack propagation in thin walled structures(Graduate School, 2024-01-16)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.
-
ÖgeDevelopment of H-BN and CNT reinforced polymer composites for electronic warfare receivers and transmitters: Examination of thermal performance(Graduate School, 2023-06-21)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.
- 1 (current)
- 2
- 3
- 4
- 5