Theses supervised by Prof. Dr. Mehmet Ali Güler
11 theses · TOBB Economics and Technology University
Yeni bir güç dağıtımlı sonsuz değişken oranlı transmisyon geliştirilmesi
Son yıllarda, güç dağıtımlı sonsuz değişken oranlı transmisyon (PS-IVT) sistemleri, özellikle yol dışı araçlar ve tarım makinelerinde yüksek toplam verimlilikle birlikte yüksek sürüş konforu sağladıkları için büyük dikkat çekmiştir. Bu tez çalışmasında, yakıt tüketiminde avantaj sağlamak için yeni bir güç dağıtımlı giriş bağlantılı sonsuz değişken oranlı transmisyon sistemi geliştirilmiştir. Her ne kadar PS-IVT'nin verimliliğinin konvansiyonel bir transmisyondan daha düşük olduğu bilinmesine rağmen PS-IVT sistemler, içten yanmalı motorun sürülmesinde sürekli değişken transmisyon oranına izin vererek ve optimum şekilde kontrol edilmesini sağlayarak yakıt tüketimini azaltabilir. Bu çalışmada, konvansiyonel transmisyonla karşılaştırıldığında PS-IVT kullanarak daha düşük yakıt tüketimi değerleri elde etmek amaçlanmıştır. Güç akışı ve Willis transmisyon oranı gibi çeşitli dinamik parametrelerin sistemin mekanik verimliliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yeni sistemin kinematik analizi yapılmış ve ek olarak, sonsuz değişken birimden (IVU) akan gücün bağıntıları olarak güç akış denklemleri elde edilmiştir. Kinematik analizin sonuçları, mekanik verim ile ilgili olan ana parametrelerin, kesinlikle IVU'dan geçen güç ve tork ile ilgili olduğunu göstermektedir. Ardından, geliştirilen yeni transmisyon sistemi, doğrusal araç dinamiği modeli kullanılarak konvansiyonel mekanik bir transmisyonla sanal yoldaki yakıt tüketimi açısından karşılaştırılmıştır. İki farklı transmisyon türünden elde edilecek yakıt tüketim değerlerini belirlemek için gerçek kullanıcıdan, gerçek zamanlı olarak ve gerçek bir traktörün küresel konumlandırma sistemi (GPS) verisi toplanmış ve söz konusu aracın sürüş dirençleri doğrusal araç dinamiği modeli ile belirlenmiştir. Geliştirilen kinematik modele dayanan teorik hesaplamalar yeni PS-IVT sisteminin mekanik verimlilik değerlerinin belirlenmesinde kullanılırken konvansiyonel transmisyonun mekanik verimlilikleri için deneysel veriler kullanılmıştır. Dört silindirli common-rail turbo dizel motorun frenli özgül yakıt tüketimi (BSFC) haritası kullanılarak iki farklı transmisyon tipi için yakıt tüketimi değerleri kütle cinsinden kıyaslanmıştır. Yakıt tüketimi simülasyonları MATLAB ortamında bu çalışma için geliştirilen kodla yapılmış ve sekiz farklı senaryo ile iki farklı güç yönetimi stratejisi değerlendirilmiştir. Uygun bir güç yönetim stratejisi ile PS-IVT sisteminin konvansiyonel mekanik transmisyona kıyasla yakıt tüketiminde kütlece %8.2'lik bir düşüş elde edebileceği tespit edilmiştir.
Kompozit malzemelerde mod I ve mod II yükler altında hasar davranışının peridinamik teori kullanılarak incelenmesi
Kompozit malzemeler yüksek mukavemet ve direngenlik özelliklerinden dolayı havacılık, savunma sanayi, otomotiv gibi çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerde meydana gelen hasar, yapının dayanımını etkiler. Kompozit malzemelerde oluşan başlıca hasar davranışları liflerin kırılması, matriste mikro çatlakların oluşması ve delaminasyon olup bu hasar tiplerinin en yaygın olanı delaminasyon olup kompozit malzemelerin karmaşık yapısından dolayı hasarın doğru bir şekilde modellenebilmesi oldukça önemlidir. Literatürde yer alan çalışmaların büyük bir kısmında hasarın modellenmesi için Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniği formülasyonları kullanılmaktadır. Ancak kullanılan formülasyonlar, yerel kısmi türevlere dayalı olduğu için hasarın yönünün ve şiddetinin belirlenmesi için testlerin yapılması gerekir. Dolayısıyla Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniğine dayalı çözümler malzemelerde meydana gelebilecek hasar oluşumu ve dallanmasını tahmin etmekte yetersiz kalabilmektedir. Peridinamik teori yerel olmayan ve integral temelli denklemlere dayalı bir teori olması sebebiyle hasar oluşumunun ve ilerlemesinin modellenmesi için oldukça uygun bir teori olup izotropik ve kompozit malzemelerde uygulanabilir. Tez kapsamında, Peridinamik teori ile kompozit malzemelerde meydana gelen hasarın tahmin edilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Çalışmada geliştirilen Peridinamik model ABAQUS sonlu elemanlar yazılımına uygun girdi dosyaları oluşturabilen MATLAB yazılımı içinde hazırlanan bir kod kullanılarak oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar yazılımında kiriş elemanlar Peridinamik bağları temsil eder. Hasar davranışının modellenebilmesi için Peridinamik teori ve Kohezif Bölge Metodu arasında bir ilişki kurularak Peridinamik formülasyon geliştirilmiştir. Geliştirilen Peridinamik formülasyon Mod I (Çift Ankastre Kiriş Testi), Mod II (Uç Çentik Eğilmesi Testi) ve bunlara ilaveten karma mod (Karışık Modlu Bükme Testi) yüklemeleri altında yapılan kompozit test numunelerinde uygulanmıştır. Tez kapsamında yapılan çalışmalarda Peridinamik teoriye ek olarak Kohezif Bölge Metodu kullanılarak numerik çalışmalar yapılmıştır. Böylelikle geliştirilen formülasyon analitik çözüm, Kohezif Bölge Metodu ile elde edilen numerik çözüm ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Peridinamik teori ile elde edilen sonuçların diğer yöntemlerle elde edilen sonuçlarla uyumlu olduğu gözlenmiştir. Böylece Peridinamik teorinin hasar davranışını modellemek için kullanılabileceği anlaşılmıştır.
Kalın plakalarda eğilme ve mod II yüklemeleri altında meydana gelen hasarın peridinamik teori ile incelenmesi
Peridinamik teori, çeşitli yüklemelere maruz kalan yapıların deformasyon ve hasar davranışının tahmin edilmesi için ortaya çıkmış yerel olmayan bir Sürekli Ortamlar Mekaniği teorisidir. Bu doktora tezi kapsamında bağ bazlı Peridinamik teori kullanılarak iki farklı problem üzerinde araştırma yapılmıştır. İlk olarak, kalın ortotropik plakalarda eğilme yükünün etkisiyle oluşan sehim ve rotasyon dağılımını çözmeye yönelik bir Peridinamik plaka modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen Peridinamik plaka modeli, yüzey normallerinin deformasyonunu dikkate alan bir yaklaşıma sahip olması nedeniyle literatürde yer alan ince plaka modellerinden ayrışmaktadır. Bu plaka modeli ile ilk olarak izotropik bir plakanın eğilme problemi çözülmüştür. İzotropik plaka için elde edilen sonuçlar, literatürde yer alan sonuçlar ve Sonlu Elemanlar Analizi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonrasında çeşitli ortotropik plakalar için eğilme problemleri elastik olarak çözülerek Sonlu Elemanlar Analizi sonuçları ile doğrulanmıştır. Son olarak, merkezi çatlak içeren ortotropik plakalar için eğilme yüklemesi altında çatlak ilerlemesi analizleri öne sürülen Peridinamik plaka modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında, öne sürülen Peridinamik Mindlin plakası modelinin eğilme yükü etkisindeki kalın ortotropik plakalarda oluşan deformasyon ve hasarın incelenmesi için uygun olduğu görülmüştür. Tez kapsamında ikinci problem olarak yapıştırılarak birleştirilmiş kalın plakalara uygulanan dinamik mod II yüklemesinin etkisiyle, yapışma arayüzünde meydana gelen dinamik çatlak ilerlemesi Peridinamik teori ile incelenmiştir. İncelenen numune, Rosakis vd. (1999) tarafından deneylerde kullanılan, yapıştırılarak birleştirilmiş iki adet Homalit plakadan oluşmaktadır. Çarpma etkisi, plakanın yan yüzeyine zamana bağlı bir hız sınır koşulu şeklinde uygulanmıştır. Yapılan çalışmada, çarpma hızının ve arayüz tokluğunun çatlak ilerlemesi hızına etkisi incelenmiştir. Her iki parametrik çalışma sonucu, Rayleigh altı bölgede ve intersonik bölgede çatlak ucu hızları elde edilmiştir. İntersonik kırılmalar için elde edilen parçacık hızı dağılımlarında, şok dalgaları gözlemlenmiştir. Kararlı halde ilerleyen intersonik kırılmalar için en düşük çatlak ucu hızı, kesme dalgası hızının 1.57 katı olarak elde edilmiştir. Belirli çarpma hızı ve kırılma tokluğu kombinasyonları için çatlak ucu hızının Rayleigh altı bölgeden intersonik bölgeye geçiş yaptığı gözlemlenmiştir. Mod II çatlaklarının dinamik olarak ilerlemesi ile ilgili elde edilen PD sonuçlar literatürde yer alan deneysel ve nümerik çalışmalar ile uyumludur.
Delikli kompozit plakaların mekanik dayanımının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Kompozit malzemeler yüksek özgül dayanımları ve direngenlik gibi malzeme özellikleri sebebiyle özellikle havacılık ve uzay alanlarında olmak üzere birçok alanda yüksek cazibeye sahiptir. Bununla birlikte kompozit malzemelerin ortotropik mekanik davranışı izotropik davranış gösteren malzemelerden daha karmaşıktır. Özellikle yapıda delik açılarak oluşturulabilecek bir süreksizlik bu davranışı daha da karmaşık bir hale getirmektedir. Dolayısıyla güvenli tasarımlar yapabilmek için çok sayıda test yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat uygun yöntemler uygulanarak sonlu elemanlar analizleriyle yapılan çalışmalarla bu test sayısında azaltmaya gidilebilir. Tez kapsamında, öncelikle kompozit malzemeler hakkında genel bilgiler verilmiş, kompozit malzemelerdeki gerilme konsantrasyonu ve dayanım hakkındaki literatür araştırması özetlenmiştir. Ardından teorik olarak altyapı oluşturabilmek adına temel kompozit mekaniği, lamina hasar teorileri ve gerilme konsantrasyonu içeren katmanlı kompozitler için hasar tespit yöntemlerinden bahsedilmiştir. Daha sonra tek delikli katmanlı kompozit numuneler için sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ve deneysel olarak gerilme konsantrasyonu ve mekanik dayanım konuları incelenmiştir. Farklı numune genişliklerinde ve delik çaplarında üretilen numuneler için, delik çapı boyutu değişiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri irdelenmiştir. Delik çapı ve numune genişliği oranı ele alınarak, sonlu-sonsuz plaka genişliği durumları tartışılmıştır. Ayrıca delik çapı ve numune genişliği aynı oranda arttırılarak, delikli kompozit plakar için boyut etkisi incelenmiştir. Tüm numune konfigürasyonu için mekanik dayanım tahmini Noktasal Gerilme Kriteri (PSC) yöntemi kullanılarak yapılmış ve deneysel çalışmalarla doğrulama gerçekleştirilmiştir. İkinci aşama olarak iki delik etkileşim durumu numerik ve deneysel olarak ele alınmıştır. Çok yönlü katmanlı kompozit numunelere birbirleriyle etkileşime giren iki delik açılmıştır. Delikleri yükleme yönüne göre farklı pozisyonlarda konumlandırılarak oluşturulan farklı tipteki numuneler için gerilme konsantrasyonu ve dayanım incelenmesi yapılmıştır. İki deliğin konumlandırılmasının ve etkileşiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri tartışılmıştır. Farklı pozisyonlarda konumlandırılan etkileşimli çift deliğe sahip kompozit numunelerin her bir laminasındaki gerilme konsantrasyonu durumu numerik olarak incelenmiştir. Tüm çift delikli numune tipleri için hasara sebep olacak kritik kesidin neresi olacağı tartışılmıştır. Hasar tespiti için kullanılan PSC yönteminin çift delikli numuneler için hangi koşullar altında uygulanabileceği tartışılmıştır. Bu koşullara uymayan numuneler için tek delikli numune dayanım tahmininde kullanılan PSC yöntemi modifiye edilerek mekanik dayanım tahmini yapabilen bir yöntem (EPSC) geliştirilmiş ve deneysel olarak doğrulama çalışmaları yapılmıştır.
Delikli kompozit plakaların mekanik dayanımının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Kompozit malzemeler yüksek özgül dayanımları ve direngenlik gibi malzeme özellikleri sebebiyle özellikle havacılık ve uzay alanlarında olmak üzere birçok alanda yüksek cazibeye sahiptir. Bununla birlikte kompozit malzemelerin ortotropik mekanik davranışı izotropik davranış gösteren malzemelerden daha karmaşıktır. Özellikle yapıda delik açılarak oluşturulabilecek bir süreksizlik bu davranışı daha da karmaşık bir hale getirmektedir. Dolayısıyla güvenli tasarımlar yapabilmek için çok sayıda test yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat uygun yöntemler uygulanarak sonlu elemanlar analizleriyle yapılan çalışmalarla bu test sayısında azaltmaya gidilebilir. Tez kapsamında, öncelikle kompozit malzemeler hakkında genel bilgiler verilmiş, kompozit malzemelerdeki gerilme konsantrasyonu ve dayanım hakkındaki literatür araştırması özetlenmiştir. Ardından teorik olarak altyapı oluşturabilmek adına temel kompozit mekaniği, lamina hasar teorileri ve gerilme konsantrasyonu içeren katmanlı kompozitler için hasar tespit yöntemlerinden bahsedilmiştir. Daha sonra tek delikli katmanlı kompozit numuneler için sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ve deneysel olarak gerilme konsantrasyonu ve mekanik dayanım konuları incelenmiştir. Farklı numune genişliklerinde ve delik çaplarında üretilen numuneler için, delik çapı boyutu değişiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri irdelenmiştir. Delik çapı ve numune genişliği oranı ele alınarak, sonlu-sonsuz plaka genişliği durumları tartışılmıştır. Ayrıca delik çapı ve numune genişliği aynı oranda arttırılarak, delikli kompozit plakar için boyut etkisi incelenmiştir. Tüm numune konfigürasyonu için mekanik dayanım tahmini Noktasal Gerilme Kriteri (PSC) yöntemi kullanılarak yapılmış ve deneysel çalışmalarla doğrulama gerçekleştirilmiştir. İkinci aşama olarak iki delik etkileşim durumu numerik ve deneysel olarak ele alınmıştır. Çok yönlü katmanlı kompozit numunelere birbirleriyle etkileşime giren iki delik açılmıştır. Delikleri yükleme yönüne göre farklı pozisyonlarda konumlandırılarak oluşturulan farklı tipteki numuneler için gerilme konsantrasyonu ve dayanım incelenmesi yapılmıştır. İki deliğin konumlandırılmasının ve etkileşiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri tartışılmıştır. Farklı pozisyonlarda konumlandırılan etkileşimli çift deliğe sahip kompozit numunelerin her bir laminasındaki gerilme konsantrasyonu durumu numerik olarak incelenmiştir. Tüm çift delikli numune tipleri için hasara sebep olacak kritik kesidin neresi olacağı tartışılmıştır. Hasar tespiti için kullanılan PSC yönteminin çift delikli numuneler için hangi koşullar altında uygulanabileceği tartışılmıştır. Bu koşullara uymayan numuneler için tek delikli numune dayanım tahmininde kullanılan PSC yöntemi modifiye edilerek mekanik dayanım tahmini yapabilen bir yöntem (EPSC) geliştirilmiş ve deneysel olarak doğrulama çalışmaları yapılmıştır.
Delikli kompozit plakaların mekanik dayanımının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Kompozit malzemeler yüksek özgül dayanımları ve direngenlik gibi malzeme özellikleri sebebiyle özellikle havacılık ve uzay alanlarında olmak üzere birçok alanda yüksek cazibeye sahiptir. Bununla birlikte kompozit malzemelerin ortotropik mekanik davranışı izotropik davranış gösteren malzemelerden daha karmaşıktır. Özellikle yapıda delik açılarak oluşturulabilecek bir süreksizlik bu davranışı daha da karmaşık bir hale getirmektedir. Dolayısıyla güvenli tasarımlar yapabilmek için çok sayıda test yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat uygun yöntemler uygulanarak sonlu elemanlar analizleriyle yapılan çalışmalarla bu test sayısında azaltmaya gidilebilir. Tez kapsamında, öncelikle kompozit malzemeler hakkında genel bilgiler verilmiş, kompozit malzemelerdeki gerilme konsantrasyonu ve dayanım hakkındaki literatür araştırması özetlenmiştir. Ardından teorik olarak altyapı oluşturabilmek adına temel kompozit mekaniği, lamina hasar teorileri ve gerilme konsantrasyonu içeren katmanlı kompozitler için hasar tespit yöntemlerinden bahsedilmiştir. Daha sonra tek delikli katmanlı kompozit numuneler için sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ve deneysel olarak gerilme konsantrasyonu ve mekanik dayanım konuları incelenmiştir. Farklı numune genişliklerinde ve delik çaplarında üretilen numuneler için, delik çapı boyutu değişiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri irdelenmiştir. Delik çapı ve numune genişliği oranı ele alınarak, sonlu-sonsuz plaka genişliği durumları tartışılmıştır. Ayrıca delik çapı ve numune genişliği aynı oranda arttırılarak, delikli kompozit plakar için boyut etkisi incelenmiştir. Tüm numune konfigürasyonu için mekanik dayanım tahmini Noktasal Gerilme Kriteri (PSC) yöntemi kullanılarak yapılmış ve deneysel çalışmalarla doğrulama gerçekleştirilmiştir. İkinci aşama olarak iki delik etkileşim durumu numerik ve deneysel olarak ele alınmıştır. Çok yönlü katmanlı kompozit numunelere birbirleriyle etkileşime giren iki delik açılmıştır. Delikleri yükleme yönüne göre farklı pozisyonlarda konumlandırılarak oluşturulan farklı tipteki numuneler için gerilme konsantrasyonu ve dayanım incelenmesi yapılmıştır. İki deliğin konumlandırılmasının ve etkileşiminin gerilme konsantrasyonu ve dayanıma olan etkileri tartışılmıştır. Farklı pozisyonlarda konumlandırılan etkileşimli çift deliğe sahip kompozit numunelerin her bir laminasındaki gerilme konsantrasyonu durumu numerik olarak incelenmiştir. Tüm çift delikli numune tipleri için hasara sebep olacak kritik kesidin neresi olacağı tartışılmıştır. Hasar tespiti için kullanılan PSC yönteminin çift delikli numuneler için hangi koşullar altında uygulanabileceği tartışılmıştır. Bu koşullara uymayan numuneler için tek delikli numune dayanım tahmininde kullanılan PSC yöntemi modifiye edilerek mekanik dayanım tahmini yapabilen bir yöntem (EPSC) geliştirilmiş ve deneysel olarak doğrulama çalışmaları yapılmıştır.
Kiriş yapılarındaki hafifletme deliği etrafındaki güçlendirmenin, birleşik yükler altında kritik burkulma gerilmesi üzerindeki etkisi
Bu yüksek lisans tezinde, havacılık alanında sıklıkla kullanılan ince cidarlı kirişler için birleşik yükleme altında burkulma analizinde delik etrafı güçlendirmenin etkisi ele alınmıştır. Burkulma analizi çalışması geometrik parametrelere bağlı olarak yürütülmüştür. İlk olarak çalışmanın yürütüleceği farklı parametrelerde kirişler tasarlanmıştır. Kiriş geometrisi olarak yolcu uçaklarında yer alan zemin kirişi ele alınmış ve parametre için üç temel geometrik değişken belirlenmiştir. Bunlar kiriş gövdesi (web) genişliğinin kiriş gövdesi yüksekliğine (aspect ratio) oranı (a/b), güçlendirme yüksekliğinin kiriş gövdesi et kalınlığına oranı (h/t) ve güçlendirme genişliğinin delik çapına oranıdır (w/d). Yine uçak yapıları baz alınmış ve kiriş malzemesi olarak alüminyum 7075 serisi seçilmiştir. Tasarlanan bu kirişler için yürütülen burkulma analizlerinde ticari bir sonlu elemanlar (SE) programı olan ABAQUS kullanılmıştır. Sonlu elemanlar modellemesinden önce kullanılacak SE programı için doğrulama işlemi yürütülmüştür. Doğrulama işlemi, ABAQUS programından elde edilen analiz sonuçların; analitik el hesap ve literatürdeki uluslararası makalelerdeki test datalarının ve farklı SE programından elde edilen dataların karşılaştırılması ile yapılmıştır. SE programı kullanılarak saf yüklemeler altında (saf basma, saf kayma, saf eğilme), tasarlanan yapının kritik burkulma gerilmesi değerlerinin farklı tasarım kriterlerine bağlı eğrileri elde edilmiştir. Bu eğriler yardımı ile hafifletme deliğine sahip kiriş yapısı için burkulma değeri ve kiriş ağırlığına bağlı olarak ideal tasarım belirlendi. İdeal geometrik parametrelerine sahip kiriş için bu defa birleşik yüklemeler (basma, kayma, eğilme) altında analizler yürütülmüş ve kritik burkulma gerilme değerleri hesaplanmıştır. Saf yüklemeler altında elde edilen kritik burkulma gerilmeleri değerine ve birleşik yükleme koşulundaki yükleme senaryolarına bağlı olarak yükleme oranları hesaplanmıştır. Sonuç olarak, basma, kayma ve eğilme yükleme oranlarına bağlı olarak parametrik etkileşim eğrileri elde edilmiştir. Etkileşim eğrileri deliksiz yapılar, delikli yapılar ve delik etrafı güçlendirmeye sahip yapılar için oluşturulmuştur. Daha sonra, güçlendirme etkisini görmek için bu eğriler yorumlanmış ve birbirleri ile karşılaştırılmış ve konunun daha rahat kavranabilmesi adına nümerik bir örnek verilmiştir. Bu çalışma ile elde edilen etkileşim eğrileri yardımı ile mühendisler tasarımlarının istenilen yük koşulunda burkulmaya sebebiyet verip vermeyeceğini grafik üzerinden gözlemleyebilecektir.
Kalın plakalarda eğilme ve mod II yüklemeleri altında meydana gelen hasarın peridinamik teori ile incelenmesi
Peridinamik teori, çeşitli yüklemelere maruz kalan yapıların deformasyon ve hasar davranışının tahmin edilmesi için ortaya çıkmış yerel olmayan bir Sürekli Ortamlar Mekaniği teorisidir. Bu doktora tezi kapsamında bağ bazlı Peridinamik teori kullanılarak iki farklı problem üzerinde araştırma yapılmıştır. İlk olarak, kalın ortotropik plakalarda eğilme yükünün etkisiyle oluşan sehim ve rotasyon dağılımını çözmeye yönelik bir Peridinamik plaka modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen Peridinamik plaka modeli, yüzey normallerinin deformasyonunu dikkate alan bir yaklaşıma sahip olması nedeniyle literatürde yer alan ince plaka modellerinden ayrışmaktadır. Bu plaka modeli ile ilk olarak izotropik bir plakanın eğilme problemi çözülmüştür. İzotropik plaka için elde edilen sonuçlar, literatürde yer alan sonuçlar ve Sonlu Elemanlar Analizi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonrasında çeşitli ortotropik plakalar için eğilme problemleri elastik olarak çözülerek Sonlu Elemanlar Analizi sonuçları ile doğrulanmıştır. Son olarak, merkezi çatlak içeren ortotropik plakalar için eğilme yüklemesi altında çatlak ilerlemesi analizleri öne sürülen Peridinamik plaka modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında, öne sürülen Peridinamik Mindlin plakası modelinin eğilme yükü etkisindeki kalın ortotropik plakalarda oluşan deformasyon ve hasarın incelenmesi için uygun olduğu görülmüştür. Tez kapsamında ikinci problem olarak yapıştırılarak birleştirilmiş kalın plakalara uygulanan dinamik mod II yüklemesinin etkisiyle, yapışma arayüzünde meydana gelen dinamik çatlak ilerlemesi Peridinamik teori ile incelenmiştir. İncelenen numune, Rosakis vd. (1999) tarafından deneylerde kullanılan, yapıştırılarak birleştirilmiş iki adet Homalit plakadan oluşmaktadır. Çarpma etkisi, plakanın yan yüzeyine zamana bağlı bir hız sınır koşulu şeklinde uygulanmıştır. Yapılan çalışmada, çarpma hızının ve arayüz tokluğunun çatlak ilerlemesi hızına etkisi incelenmiştir. Her iki parametrik çalışma sonucu, Rayleigh altı bölgede ve intersonik bölgede çatlak ucu hızları elde edilmiştir. İntersonik kırılmalar için elde edilen parçacık hızı dağılımlarında, şok dalgaları gözlemlenmiştir. Kararlı halde ilerleyen intersonik kırılmalar için en düşük çatlak ucu hızı, kesme dalgası hızının 1.57 katı olarak elde edilmiştir. Belirli çarpma hızı ve kırılma tokluğu kombinasyonları için çatlak ucu hızının Rayleigh altı bölgeden intersonik bölgeye geçiş yaptığı gözlemlenmiştir. Mod II çatlaklarının dinamik olarak ilerlemesi ile ilgili elde edilen PD sonuçlar literatürde yer alan deneysel ve nümerik çalışmalar ile uyumludur.
Kompozit malzemelerde mod I ve mod II yükler altında hasar davranışının peridinamik teori kullanılarak incelenmesi
Kompozit malzemeler yüksek mukavemet ve direngenlik özelliklerinden dolayı havacılık, savunma sanayi, otomotiv gibi çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerde meydana gelen hasar, yapının dayanımını etkiler. Kompozit malzemelerde oluşan başlıca hasar davranışları liflerin kırılması, matriste mikro çatlakların oluşması ve delaminasyon olup bu hasar tiplerinin en yaygın olanı delaminasyon olup kompozit malzemelerin karmaşık yapısından dolayı hasarın doğru bir şekilde modellenebilmesi oldukça önemlidir. Literatürde yer alan çalışmaların büyük bir kısmında hasarın modellenmesi için Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniği formülasyonları kullanılmaktadır. Ancak kullanılan formülasyonlar, yerel kısmi türevlere dayalı olduğu için hasarın yönünün ve şiddetinin belirlenmesi için testlerin yapılması gerekir. Dolayısıyla Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniğine dayalı çözümler malzemelerde meydana gelebilecek hasar oluşumu ve dallanmasını tahmin etmekte yetersiz kalabilmektedir. Peridinamik teori yerel olmayan ve integral temelli denklemlere dayalı bir teori olması sebebiyle hasar oluşumunun ve ilerlemesinin modellenmesi için oldukça uygun bir teori olup izotropik ve kompozit malzemelerde uygulanabilir. Tez kapsamında, Peridinamik teori ile kompozit malzemelerde meydana gelen hasarın tahmin edilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Çalışmada geliştirilen Peridinamik model ABAQUS sonlu elemanlar yazılımına uygun girdi dosyaları oluşturabilen MATLAB yazılımı içinde hazırlanan bir kod kullanılarak oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar yazılımında kiriş elemanlar Peridinamik bağları temsil eder. Hasar davranışının modellenebilmesi için Peridinamik teori ve Kohezif Bölge Metodu arasında bir ilişki kurularak Peridinamik formülasyon geliştirilmiştir. Geliştirilen Peridinamik formülasyon Mod I (Çift Ankastre Kiriş Testi), Mod II (Uç Çentik Eğilmesi Testi) ve bunlara ilaveten karma mod (Karışık Modlu Bükme Testi) yüklemeleri altında yapılan kompozit test numunelerinde uygulanmıştır. Tez kapsamında yapılan çalışmalarda Peridinamik teoriye ek olarak Kohezif Bölge Metodu kullanılarak numerik çalışmalar yapılmıştır. Böylelikle geliştirilen formülasyon analitik çözüm, Kohezif Bölge Metodu ile elde edilen numerik çözüm ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Peridinamik teori ile elde edilen sonuçların diğer yöntemlerle elde edilen sonuçlarla uyumlu olduğu gözlenmiştir. Böylece Peridinamik teorinin hasar davranışını modellemek için kullanılabileceği anlaşılmıştır.
Yeni bir güç dağıtımlı sonsuz değişken oranlı transmisyon geliştirilmesi
Son yıllarda, güç dağıtımlı sonsuz değişken oranlı transmisyon (PS-IVT) sistemleri, özellikle yol dışı araçlar ve tarım makinelerinde yüksek toplam verimlilikle birlikte yüksek sürüş konforu sağladıkları için büyük dikkat çekmiştir. Bu tez çalışmasında, yakıt tüketiminde avantaj sağlamak için yeni bir güç dağıtımlı giriş bağlantılı sonsuz değişken oranlı transmisyon sistemi geliştirilmiştir. Her ne kadar PS-IVT'nin verimliliğinin konvansiyonel bir transmisyondan daha düşük olduğu bilinmesine rağmen PS-IVT sistemler, içten yanmalı motorun sürülmesinde sürekli değişken transmisyon oranına izin vererek ve optimum şekilde kontrol edilmesini sağlayarak yakıt tüketimini azaltabilir. Bu çalışmada, konvansiyonel transmisyonla karşılaştırıldığında PS-IVT kullanarak daha düşük yakıt tüketimi değerleri elde etmek amaçlanmıştır. Güç akışı ve Willis transmisyon oranı gibi çeşitli dinamik parametrelerin sistemin mekanik verimliliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yeni sistemin kinematik analizi yapılmış ve ek olarak, sonsuz değişken birimden (IVU) akan gücün bağıntıları olarak güç akış denklemleri elde edilmiştir. Kinematik analizin sonuçları, mekanik verim ile ilgili olan ana parametrelerin, kesinlikle IVU'dan geçen güç ve tork ile ilgili olduğunu göstermektedir. Ardından, geliştirilen yeni transmisyon sistemi, doğrusal araç dinamiği modeli kullanılarak konvansiyonel mekanik bir transmisyonla sanal yoldaki yakıt tüketimi açısından karşılaştırılmıştır. İki farklı transmisyon türünden elde edilecek yakıt tüketim değerlerini belirlemek için gerçek kullanıcıdan, gerçek zamanlı olarak ve gerçek bir traktörün küresel konumlandırma sistemi (GPS) verisi toplanmış ve söz konusu aracın sürüş dirençleri doğrusal araç dinamiği modeli ile belirlenmiştir. Geliştirilen kinematik modele dayanan teorik hesaplamalar yeni PS-IVT sisteminin mekanik verimlilik değerlerinin belirlenmesinde kullanılırken konvansiyonel transmisyonun mekanik verimlilikleri için deneysel veriler kullanılmıştır. Dört silindirli common-rail turbo dizel motorun frenli özgül yakıt tüketimi (BSFC) haritası kullanılarak iki farklı transmisyon tipi için yakıt tüketimi değerleri kütle cinsinden kıyaslanmıştır. Yakıt tüketimi simülasyonları MATLAB ortamında bu çalışma için geliştirilen kodla yapılmış ve sekiz farklı senaryo ile iki farklı güç yönetimi stratejisi değerlendirilmiştir. Uygun bir güç yönetim stratejisi ile PS-IVT sisteminin konvansiyonel mekanik transmisyona kıyasla yakıt tüketiminde kütlece %8.2'lik bir düşüş elde edebileceği tespit edilmiştir.
Çekme ve eğilme yükleri altındaki izotropik ve kompozit yapılarda hasarı tahmin eden bağ bazlı peridinamik teoriyi kullanan bir yöntem geliştirilmesi
Günümüzde, kompozit malzemelerin davranışının, hasarının ve hasarının seviyesinin belirlenmesinde çoğunlukla yerel teori denklemlerini kullanan sonlu elemanlar yöntemi kullanılmaktadır. Ancak sonlu elemanlar yöntemi, bu konuda tek başına yeterli olmadığından hasarın yönünün ve şiddetinin belirlenmesinde deneysel metodlardan yararlanılmaktadır. Bu ve buna benzer kırılma mekaniği metotları hasar başlangıcını, şiddetini, hızını ve dallanmasını tahmin etmekte zorlanmaktadır. Klasik sürekli ortamlar mekaniği yerel kısmi diferansiyellere dayalıdır. Peridinamik teori ise yerel olmayan ve integral bazlı denklemlere bağlı bir formülasyondur. Dolayısıyla malzemelerde meydana gelebilecek hasar oluşumu ve ilerlemesinin tahmininde klasik sonlu elemanlar yöntemine kıyasen üstün özelliklere sahiptir. Peridinamik teorinin avantajlarından birisi hem izotropik hem de kompozit malzemelerde çatlak ucu hasar davranışını tahmin edebilme yeteneğidir. Bu çalışmada peridinamik teori ABAQUS sonlu elemanlar yazılımına uyarlanmıştır. Buna ek olarak MATLAB yazılımı kullanılarak sanki-statik çözücüler oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar yazılımına uyarlamada çubuk elemanlar, peridinamik bağları temsil etmiştir. Bu yaklaşıma uygun peridinamik modellerin oluşturulabilmesi için MATLAB programı ile bir kod geliştirilmiş ve ABAQUS'e uygun olarak girdi dosyaları oluşturulmuştur. Bu kod aracılığıyla analiz edilen geometrideki delik ve çatlak gibi süreksizliklerin ayrıklaştırılmış modelleri oluşturulmuştur. Peridinamik teori kullanılarak çekme ve eğilme yükleri uygulanan izotropik ve kompozit yapılar için elde edilen sonuçlar, sonlu elemanlar yöntemi ve literatürdeki sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Genel olarak peridinamik teori ile elde edilen sonuçların literatür ve sonlu elemanlar yöntemi çözümleri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Peridinamik teoriye bağlı olarak geliştirilen yöntemin hasar oluşumu ve hasar ilerlemesini modellemek için önemli bir potansiyele sahip olduğu sonucuna varılmıştır.