Theses supervised by Prof. Dr. Bahattin Kanber
10 theses · Samsun Üniversity, Gaziantep University, Bursa Technical University
İplik uçuntu-toz oluşumunun deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi ve oluşumu azaltacak çorap makinesi cağlık tasarımı
Cağlık, yuvarlak örme makinelerinde kumaş için gerekli olan ipliklerin yüklendiği ve makinenin etrafında bulunan borularla beraber ipliğin makineye sevk edildiği sistemlerdir. Çorap makineleri de bir çeşit yuvarlak örme makineleridir ve örgüde kullanılacak ipliklerin depolanması ve örgüde ihtiyaç anında temini için cağlık ile birlikte kullanılır. Kullanılan ipliğin kalitesi ve nem oranının yanı sıra ipliklerin cağlık üzerinden örgüye sevk edilmeleri sırasında oluşan iplik gerginliği, iplik salınımı, iplik dönüşleri ve sürtünmelerden kaynaklı iplik uçuntusu oluşmaktadır. İplik uçuntusu; hammadde kaybı, mekanik hasar, sağlık sorunları, yangın ve işçilik kaybı gibi birçok zarara neden olmaktadır. Bu çalışmada iplik uçuntusuna etki eden parametrelerden olan iplik türü, ipliğin cağlıktan örgüye giderken dönüş sayısı, iplik gerilimi ve iplik sevk hızı deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler yapılırken geri dönüştürülmüş, karde pamuk ve penye türünden iplikler kullanılmıştır. Sonuç olarak iplik uçuntusuna ipliğin çeşidinin, dönüş sayısının, geriliminin ve sevk hızının ne kadar etki ettiği deneysel olarak ortaya konulmuştur. Çıkan sonuçlarda en fazla iplik uçuntusu oluşumuna neden olan iplik türünün geri dönüştürülmüş iplik türü olduğu görülmüştür. İplik dönüş sayısı, iplik gerilimi ve iplik sevk hızı arttıkça iplik uçuntusu oluşumunun da arttığı deney sonuçları ile anlaşılmıştır. Tüm bunlara ek olarak iplik ile gergi pulları arasındaki sürtünme katsayısının ve iplik üzerinde bulunan düğümlerin çapının iplik tansiyonuna etkisi sonlu elemanlar analiziyle incelenmiştir. Yapılan deney sonuçları ve sonlu elemanlar analizleri ışığında ortaya çorap örme makinelerinde ipliğin cağlıktan örgüye minimum mesafede ulaştığı, en az dönüş sayısında ve en az gerilime maruz kalacak şekilde minimum iplik uçuntusu oluşturan bir cağlık tasarımı çıkarılmıştır.
Sürekli fiber takviyeli kauçuk silindirlerin bası yükü altındaki mekanik davranışlarının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Kauçuk malzemeler eşsiz mekanik davranış sergilemelerine rağmen, düşük mukavemete sahip olmalarından dolayı endüstride genellikle fiber takviyeler ile birlikte kullanılmaktadır. Bu çalışma, çevresel olarak sürekli fiber takviyeli kauçuk silindirlerin, bası yükü altındaki mekanik davranışlarını ve fiberlerin bu davranışlara etkisini, sonlu elemanlar yöntemi ile araştırmayı ve deneysel doğrulamasını hedeflemiştir. Bu çalışmada; 5 adet yatay doğrultuda ve 45 adet helisel şekilde sarılarak takviye edilen silindirik kauçuklar eksenel doğrultuda bası yönünde yüzde yirmi beşlik gerilmeyle yüksek deformasyona maruz bırakılmıştır. Yatay doğrultuda takviye edilen kauçukların sonlu elemanlar analizi deneysel yöntem ile karşılaştırılıp doğrulanmıştır. Kauçuk malzemelerin sonlu elemanlar analizinde gerekli olan hiperelastik malzeme modelinin belirlenebilmesi için tek eksenli çekme ve kayma testleri yapılmıştır. Test sonuçlarından elde edilen gerilme-şekil değiştirme verilerine göre belirlenen 3. dereceden Yeoh malzeme modelinin parametreleri, deneylerde kullanılan kauçuk için oldukça yakın sonuçlar vermiştir. ANSYS ortamında helis yapıda takviye edilen ve "reinforcement" olarak modellenen fiberlerin; helis adım uzunluğu, elastisite modülü ve çaplarının bası yükü altındaki kauçuk silindire etkileri karşılaştırılmıştır. Fiberlerin takviye edilme şekli ve yapısı ile bası yükü altındaki kauçuk numunenin davranışının kontrol edilebileceği sonlu elemanlar yöntemi ile tespit edilmiştir.
Bakım gerektirmeyen küresel mafsallı burç tasarımı, analizi ve prototip imalatı
Bu çalışmada, askeri araçların salıncak bağlantılarında kullanılan, bakım gerektirmeyen küresel mafsallı burçların tasarımı, analizi ve prototip imalatı ele alınmıştır. Geleneksel üretim yöntemlerinin tork kontrolü, sürtünme homojenliği ve Liner malzeme birikimi gibi sorunları, yeni bir tasarım ve üretim yöntemiyle aşılması hedeflenmiştir. Tasarım sürecinde TRIZ yöntemine başvurulmuş, üretilebilirlik ve dayanım kriterleri doğrultusunda burcu parçalara ayırarak tasarlanması fikri geliştirilmiştir. Aynı zamanda bu parçalanmış burç için 4 farklı tasarım çalışılmıştır. SolidWorks yazılımı ile oluşturulan modeller, Ansys programında doğrusal olmayan statik analizler ile incelenmiştir. Liner malzemesi olarak kendinden yağlama özellikli PTFE tercih edilmiştir. Prototip üretiminde, 30° açılı kesim tasarımı en başarılı sonuçları göstermiştir. Statik ve dinamik ömür testleri sonucunda, açılı kesim tasarımının Liner malzeme aşınmasını ve deformasyonu azalttığı, düz kesim tasarıma göre daha uzun ömürlü olduğu kanıtlanmıştır. Bu yöntem, bakım maliyetlerini düşürmekle kalmayıp askeri araçların zorlu koşullarında güvenilirliği artıran bir çözüm sunmaktadır.
Elasto-plastic analysis of thick beams using meshfree methods
In this thesis, elasto-plastic analysis of thick beams is presented using Point Interpolation Method (PIM) and Radial Point Interpolation Method (RPIM) using two different integration schemes. In the first one, standard Gauss integration scheme is used using background integration cells. In the second one, however, a nodal integration scheme is used based on Taylor Series. A computer program is developed for these algorithms in MATLAB. Different case studies are solved using developed program and they are tested for various support domain sizes and RPIM shape parameters. Their effects are investigated on the solution accuracy in details.
Vibration analysis of beams using meshfree methods
In this study, deflection and free vibration of elastic thin beams are analysed by using meshfree methods point interpolation (PIM) and radial point interpolation (RPIM) methods with standard Gaussian integration and a nodal integration based on the Taylor series expansion. The effects of integration schemes, support domain sizes and RPIM shape dimensionless parameters on the deflection and free vibration modes are investigated. Their results are compared with finite element method and available analytical solutions. Beams with four different boundary conditions; two ends-clamped beam, free end-cantilever beam, simply-supported beam, and supported end-cantilever beam, are solved by linear elastic materials with uniform cross-section.
An object oriented program of meshfree methods for analyzing of 2D and 3D elastostatic problems
In this study, several object oriented and structured programs are developed using Matlab and Fortran programming languages. In these programs, various meshfree methods are used such as LRPIM, MLPG and RPIM with different integration schemes. The performance of each program, efficiency of integration schemes and shape parameters of RPIM are investigated in details. In the first part of this study, LRPIM and MLPG methods are used inside an object oriented program to test the classes and objects. Developed program is applied in the solutions of 2D and 3D elasto-static problems. The modularity of the program is main target in this part of the study. In the second part, a nodal integration scheme is used in RPIM with a structured program for solution of 2D and 3D elasto-static problems. Higher order terms of Taylor series expansion are used for increasing solution accuracy. Various integration domain shapes are used for integrations of regular and irregular distributed nodes in the problem domains. Optimum shape parameters of RPIM and support domain sizes are determined. In the last part, stress fluctuations in nodal integration results have been decreased with three different applications.
Otomotiv endüstrisinde kullanılan fiber takviyeli kauçuk kompozitlerin sonlu elemanlar yöntemiyle üç boyutlu analizi
Fiber takviyeli kauçuk kompozitler, otomotiv endüstrisinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. En yaygın görülme şekilleri; yapay kaslar, araç lastikleri, süspansiyon sistemleri ve yakıt hortumlarıdır. Bu kadar yaygın kullanılmasından dolayı, hangi yükleme altında, nasıl davranış göstereceklerinin bilinmesi önem arz etmektedir. Bundan dolayı, bu tez kapsamında fiber takviyeli kauçuk kompozitler, ANSYS Workbench ortamında sonlu elemanlar yöntemiyle 3 boyutlu olarak incelenmiştir. Sonlu elemanlar çözümleri için gerekli doğrulamalar, deneysel çalışmalar ile gerçekleştirilmiştir. Doğrulama işleminin ardından kauçuk malzeme için hiper-elastik malzeme modeli, fiber takviyeler için ise doğrusal elastik malzeme tanımlamasıyla katı modeller hazırlanmış ve sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde; beş farklı fiber çapı, beş farklı fiber boşluk mesafesi, üç farklı açı ve üç farklı takviyelendirici kullanılmıştır. Bu sayede, fiber çaplarının, fiberler arası mesafelerin, fiberler arası açı değişimlerinin ve farklı takviye malzemelerinin mekanik davranış üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar detaylıca birbirleriyle karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır.
Krom kaplama yapılmış poliamid malzemelerin sıcaklık yükü altındaki gerilme dağılımlarının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Günümüzde halen hızla devam etmekte olan teknolojinin de gelişimiyle birlikte pek çok farklı alanda ve mühendislik çalışmasında rekabet ön plana çıkmıştır. Söz konusu rekabet sadece ürün-hizmet sağlayıcılar arasında değil, üretilen ürünün malzemesi ve özellikleri arasında da oluşmaktadır. Buradan yola çıkarak aynı ürünün oluşturulması için her zaman daha iyi prosesler, daha iyi malzemeler kullanmak gerektiğini düşünebiliriz. Ancak daha iyi malzeme ya da daha iyi proses elde etmek için de sonsuz bir seçenek söz konusu olmadığından çoğu zaman mevcut olan malzeme üzerinde yapılan değişiklikler sayesinde daha az girdi vererek, çıktı olarak daha iyi özellikler almak mümkün olacaktır. Kaplama teknikleri buna örnek olarak gösterilebilir. Malzeme üzerine yapılacak kaplamalar ile ana malzemeden farklı özellik ya da boyutlara sahip yüzeyler elde edilir. Bu tür uygulamalar ile kaplama malzemesi ve kaplanan malzeme olmak üzere her iki malzemenin istenen özelliklerine sahip ürün oluşturulabilir. Bu tez çalışması kapsamında plastik malzemeler üzerine yapılan metalik kaplamalar incelenmiştir. Metalik kaplamalarda katman kalınlığıyla ilişkili olarak termal yük altında termal genleşme sebebiyle oluşan gerilme dağılımları araştırılmıştır. Çalışmada silindir çubuk, kiriş, halka ve bu üç modele kıyasla daha karmaşık bir geometriye sahip olan tutamak isimli modeller oluşturulmuştur. Oluşturulan modeller, ana malzeme poliamid olacak şekilde üzerine sırasıyla bakır, nikel ve kromdan oluşan katmanlar ilave edilerek elde edilmiştir. Poliamid ana malzeme katı elamanlarla modellenirken, kaplamalar için kabuk elemanlar kullanılmıştır. Her bir katmanın alt yüzeyle teması, ideal yapışık olarak varsayılmıştır. Modeller SolidWorks yazılımı ile oluşturulup termal yükün uygulandığı analizler, ANSYS Workbench yazılımı ile yapılmıştır. Dört modelde her bir katmanın farklı kalınlık varyasyonları için farklı geometri ve analizler oluşturulup katman kalınlıklarındaki değişimin tüm katmanlar üzerindeki gerilmelere olan etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar kullanılarak sıcaklığın artışına karşın Von Mises gerilme grafikleri, her bir model için verilmiştir. Ayrıca sıcaklık artışından dolayı meydana gelen şekil değişiklikleri, grafik olarak sunulmuştur. Sonuç olarak katman kalınlığına bağlı değişen gerilme dağılımında etkisi en büyük olan katman, her bir model için belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre kaplama kalınlığı arttıkça genel olarak gerilmeler düşmektedir. Ancak geometride köşe veya eğri şeklinde şekiller varsa gerilme yığılmalarının bu bölgelerde daha fazla olduğu gözlenmiştir.
Eriyik yığma yöntemiyle üretilen sürekli fiber takviyeli kompozit malzemelerin darbe davranışlarının deneysel olarak incelenmesi
Eklemeli üretim son yarım yüzyılda gelişen ve gelecek vaat eden bir üretim teknolojisidir. Nihai ürünü elde edebilmek için katman temelli üretim metodunu benimsemiştir. Son yıllarda bu konu üzerine binlerce çalışma yapılmakla birlikte halen mekanik özelliklerle özellikle de darbe dayanımı ile ilgili boşluklar bulunmaktadır. Bu çalışma da önce katman kalınlığı, doluluk oranı, dolgu tipi ve çarpma hızının kırılma mekaniği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu işlem için düşen ağırlık darbe testi uygulanmıştır. Üretim parametrelerinin araştırılması için ABS ve PLA malzemeden üretilen numuneler kullanılmıştır. Bütün numuneler Eriyik Yığma Yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Katman kalınlığı için 0,2, 0,15, 0,1 mm katman kalınlıkları, dolgu tipleri için lineer, kübik, üçgen, eş merkezli, kübik alt bölümlü ve tetrahedral dolgu tipleri incelenmiştir. Ayrıca kübik alt bölümlü dolgusunda %20, %40, %60 ve %80 doluluk oranı, lineer dolgusunda %20, %40, %60, %80 ve %100 doluluk oranı incelenmiştir. Test sonuçları incelendiğinde katman kalınlığının kırılma mekaniğine herhangi bir etkisi olmadığı görülmekle beraber darbe dayanımını arttırdığı görülmüştür. Farklı dolgu tiplerinin farklı kırılma mekaniklerine sahip olduğu ve farklı miktarlarda enerjiyi sönümlediği incelenmiştir. Son olarak doluluk oranı arttıkça malzemenin tokluğunun arttığı ve daha fazla enerji sönümlediği gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın ardından vakum infüzyon yöntemi ile EYY birleştirilerek sürekli fiber takviyeli 3B numuneler üretilmiştir. Takviye malzemesi olarak cam fiber ve karbon fiber, matris malzemesi olarak ABS ve bağlayıcı olarak epoksi reçine kullanılmıştır. Yeni geliştirilen üretim yöntemiyle çekme ve darbe numuneleri üretilmiş ve test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar saf ABS numune ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgular cam fiberin darbe dayanımı artırdığı ancak çekme dayanımını düşürdüğü yönündedir. Karbon fiber takviyesinin ise darbe dayanımını değiştirmediği ve çekme dayanımını düşürdüğü gözlemlenmiştir. Bunun sebebi katmanlar arası ve katman-fiber yapışmasının yeterli derecede sağlanamamış olmasıdır. Bu sebeple yük dengeli bir şekil de malzemeye dağılamamıştır. Ancak her iki takviye malzemesi de numunenin kırılma mekaniğini etkilemiş ve daha az hasara uğramasına sebep olmuştur.
Bir giyilebilir alt vücut dış iskeleti tasarımı ve küçültülmüş prototip üretimi
Giyilebilir dış iskeletler; kökleri 1890 yılına kadar uzanan, son 40 yıldır ise robotik topluluğunun çektiği dikkatin sürekli arttığı bir çalışma alanıdır. Adından da anlaşılabileceği üzere bu cihazlar, insanlar tarafından giyilebilen, yönlendirilebilen, ya da kendisini giyen insanın hareketlerini kontrol edebilen robotik yapılardır. Bu potansiyel, bu yapıların savunma sanayisinden fizik tedaviye kadar, insan bedeninin dahil olduğu birçok alanda giyilebilir teknolojilerden yararlanma çabasını doğurmuştur. Bu tez kapsamında, yürüme yetisini kısmen ya da tamamen kaybetmiş veya yürüme rehabilitasyonuna ihtiyaç duyan insanların yarar sağlayabilmesi amacıyla bir giyilebilir dış iskelet geliştirilmiştir. Tahrik sistemi olarak pnömatik yapay kaslar kullanan bu yapı, insan vücudunun belden aşağısında kalan kalça, bacak ve ayak (alt vücut) uzuvlarının bir fonksiyonu olan yürüme eylemini kendi gerçekleştiren; dolayısıyla da kendisini giyen insanın yürümesini sağlayan robotik bir cihazdır. Bunun için öncelikle yapının mekanik tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarım için model olarak, 187 cm ve 80 kg ağırlığında bir insanın vücut ölçüleri kullanılmıştır. Mekanik tasarım aşaması tamamlandıktan sonra, istenen kriterleri sağlayan bir yürüme döngüsü elde edilmiş ve bu hareket döngüsü için gereken eklem açıları ters kinematik işlemiyle bulunmuştur. Mevcut çalışmada, elektrik motorları yerine pnömatik yapay kaslar kullanılması sebebiyle eklem açıları aktüatör girdisi olarak kullanılamamaktadır. Bu yüzden, yapay kas uzunluğu ve eklem açısı arasında bir matematiksel bağıntı elde edilmiş, bu sayede eldeki açılar girdi olarak kullanılabilecek hale getirilmiştir. Yürüme döngüsündeki kritik noktaların yük taşıma durumlarının tespiti için sonlu elemanlar yöntemiyle yapısal analiz gerçekleştirilmiştir. Yapılan analiz sonucunda, geliştirilen yapının bütün bir yürüme döngüsü boyunca üzerine uygulanan yükü taşıyabildiği, dengede kalabildiği, dolayısıyla da güvenli bir hareket sağlayabildiği görülmüştür. Son aşama olarak yapının; 3B yazıcı vasıtasıyla, %25 boyutunda ölçeklendirilmiş bir prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Aktüatör olarak ise, aynı oranda ölçeklendirilmiş, kese malzemesi olarak latex kullanan ve basınçlı hava ile şişip boyu kısalan mini bir yapay kas üretimi yapılmıştır. Küçültülmüş bir insan modeli üretilerek ve yapı bu modele giydirilmiştir. Tüm sistem yapay kas test ünitesine bağlanmış ve küçültülmüş prototipin davranışı incelenmiştir. Bu test sonucunda yapay kasların uzuvları birbirine çekerek öngörülen fonksiyonelliği sağladığı görülmüş; mekanizma olarak sistemin, eğilme problemleriyle karşılaşılmakla beraber, öngörülen döngü noktalarını izleyebildiği gözlemlenmiştir.