Theses supervised by Prof. Dr. Vedat Savaş
12 theses · Fırat University
Metallerdeki çatlaklarınansys sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Genelde ürün olarak adlandırdığımız makine, tesisat, cihaz veya bunların elemanlarında metal malzeme kullanılmaktadır. Mühendislik tasarımlarında metallerin yoğun bir şekilde kullanılması beraberinde birçok sorun yaratmıştır. Ortam sıcaklığı, malzeme tokluğu, tasarımdan kaynaklanan çeşitli hatalar, kaynak, artık gerilmeler ve yorulma gibi birçok faktör makine elemanlarında ve yapılarda çatlaklara neden olmaktadır. Bu sorun mühendislik tasarımlarında karşılaşılan en büyük sorunlardan bir tanesidir. Bu çalışmada bir gemi güvertesine ait birkaç farklı kalınlıktaki yapısal çelik plaka üzerinde oluşan farklı çatlak modelleri üzerinde ilerleme analizi yapılmıştır. Bu amaçla Ansys Workbench sonlu elemanlar analizi yöntemi kullanılmıştır. Numunenin kalınlığına ve çatlak türüne göre farklı kombinasyonlarda yükler uygulanmıştır. Seçilen numunenin üzerindeki belirlenen çentiğin köşelerindeki gerilme yoğunluk faktörü ile maksimum çekme mukavemetini, J integrali sayısı ile kırılmaya karşı direncini, deformasyon sayısı ile çentiğin uzama miktarı, von-mises gerilmelerine bakarak numune üzerinde plastik deformasyonun oluşup oluşmadığı detaylı olarak Ansys Workbench sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Yapılan çalışmalara ait şekil ve grafikler detaylı olarak sunulmuştur. Metal güverte plakasında bulunan çatlak büyümeden güverteye zarar gelmeden mevcut çatlak onarım tekniklerinden yararlanarak numunede iyileşme tavsiyeleri verilmiştir.
Dört tekerli hibrit kapalı kasa bisiklet tasarımı ve üretimi
Bu çalışmada şehir içi ulaşımında kullanılacak hibrit bisiklet modellemesi ve üretimi yapılarak kent içinde kullanılan fosil yakıtlı araçlara bir alternatif olarak sunulması amaçlanmaktadır. Hibrit bisiklet ile elektrik desteği sayesinde farklı yaş ve cinsiyet guruplarına konforlu bir kullanım ve kapalı kasa sistemi ile kötü hava şartlarından etkilenmeden güvenli bir sürüş sunmak hedeflenmiştir. Projede, katma değeri yüksek hem ulusal hem uluslararası alanda kabul görmüş marka değeri olan bir hibrit bisiklet modeli üretimi gerçekleştirilmiştir. Şehir içi ulaşımda kullanılmak üzere elektrik motoru, Li-on batarya ve güneş enerji panelleri kullanılarak pedal destekli kapalı kasa hibrit bisiklet modeli geliştirilmiştir. Bisiklet modeline entegre edilen arduino tabanlı sistem ve bluetooth ile haberleşen mobil uygulama sayesinde otonom araçların
CAD datası olmayan parçaların tersine mühendislik metodu ile CAD datalarının oluşturulması
Tersine mühendislik, önceden üretilmiş veya mevcut olan bir model üründen faydalanılarak model ürünün üretimi için gerekli olan tasarım ve verilerini elde edilmesidir. Tasarım, üretim ve modernizasyonu imkansız olan ve hatta gözle görülemeyen model ürünlerde bile günümüz teknoloji gelişimiyle beraber tersine mühendislikle artık yapılabilmektedir. Örneğin insan vücudunun tomografi görüntüsünden faydalanılarak kişisel özelliklerine göre dış ve iç organlarının tasarımı ve kişiye özel protez üretimi yapılabilir duruma gelmektedir. Üretimi yapılan protezlerin robotik ve sanal cerrahi yöntemlerinden faydalanılarak çok daha hızlı ve başarılı bir şekilde ameliyathanelerde vücuda takılması sağlanmıştır. Tez çalışmasında uyluk (femur) ve kaval (tibia) kemik doku kaybı olan bir hastanın tomografik görüntüsünden faydalanılarak kişiye özel diz protezi ve protezin takılmasında kullanılacak kemik kesi kılavuz parçalarının tasarımı ve üretimi için kemik geometri dokusunun sayısallaştırıcı programlar kullanılarak 3B model görünümünün elde edilmesi çalışıldı. Ayrıca tasarımı ve teknik resim çizimi imkansız gibi görünen, insana ait prototipi üretilen bir uyluk (femur) kemiğinin, tekrar üretilmek istenmesi durumunda, üretimi için gerekli 3B model görünümünün ve teknik resminin elde edilebilmesi için tersine mühendislikte optik tarama yöntemini kullanılarak 3B CAD model görünümüne nasıl getirildiği gösterildi. Böylece elde edilen model ürünün 3B CAD model görünümleri ile modernizasyon ve tasarımları yapılarak tekrar üretilebilir.
Sürtünmeli mekanik kaplama cihazı tasarımı
Metal teknolojilerinde, yüzey kaplama işlemleri önemli bir yer tutmaktadır. Literatüre bakıldığında metal kaplama ile ilgili çok çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, geleneksel metal kaplama yöntemlerinden farklı olarak katı bir şekilde, sürtünme yoluyla mekanik olarak kaplama işleminin gerçekleştirilmesi işlenmiştir. Bu çalışmayı gerçekleştirmek üzere deneysel çalışmalar için kullanılacak olan bir sürtünmeli mekanik kaplama cihazı tasarlanarak imal edilmiştir. Cihazın deneysel uygulamaları için altlık malzeme olarak St37-2 çelik ve kaplama malzemesi olarak AA 7075-T6 alüminyum alaşımı kullanılmıştır. Yapılan kaplama deneyleri sonucunda bu yöntemin başlıca parametreleri olan; basınç, dönme devri ve ilerleme hızının kaplamaya olan etkileri araştırılmıştır. Kaplanmış olan malzeme yüzeylerinden kesitler halinde numuneler alınarak, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ve X-ışınları kırınımı (XRD) analizleri yapılarak kaplanmış numuneler ile ilgili mikroyapı özellikleri incelenmiştir. Ayrıca numuneler üzerinde kalınlık ve mikrosertlik ölçümleri yapılarak bu yöntemle imal edilmiş olan alüminyum ve çelik malzeme çifti için optimum kaplama parametreleri belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Kaplama Yöntemleri, Sürtünmeli Mekanik Kaplama, Alüminyum Kaplama
Geliştirilen ikincil dönel eksenli taşlama mekanizması ile düzlem yüzey taşlama işleminde kesme parametrelerinin araştırılması
Düzlem yüzey taşlama, günümüzde endüstride oldukça yaygın bir şekilde kullanılan son işlem yüzey temizleme yöntemlerden biridir. Bu yöntemde taşlama taşı radyal olarak kendi ekseni etrafında dönerek doğrusal ilerleyen iş parçası yüzeyinde talaş kaldırarak taşlama işlemini gerçekleştirir. Yapılan bu çalışmada, geleneksel düzlem yüzey taşlama yönteminde uygulanan ve yukarıda izah edilen taşın radyal, kendi ekseni etrafında dönme hareketine, taşın radyal eksenine dikey yönde olacak şekilde bir dönme hareketi vermek için yeni bir mekanizma tasarlanmıştır. Bu mekanizma ile taşlama taşı iki farklı yönde dönme hareketi elde etmiştir. Geliştirilen bu yeni yöntemle 3 farklı talaş derinliğinde, yeni dönme hareketinin 3 farklı devir uygulanmış ve ayrıca sistemde 5 farklı taş cinsi kullanılmıştır. Tüm bu farklı kombinasyonlar ile iş parçaları taşlanmış ve bunun yüzey pürüzlülüğüne (Ra) etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak geleneksel sistemde mevcut olan taşın ilerleme yönüne göre elde edilen farklı yüzey pürüzlülüğü (Ra) değerleri yeni yöntemle iyileştirilmiş ve taşın tüm ilerleme yönlerinde eşit sayılabilecek şekilde yüzey pürüzlülüğü (Ra) değerleri elde edilmiştir. Sistem maliyet açısından da oldukça düşük değerde olduğundan tüm freze ve CNC tezgâhlarına adapte edilebilecek niteliktedir. Ayrıca sistemin elde ettiği talaş kesiti incelenerek modellemesi yapılmış ve bu model ile yeni yöntemdeki kuvvet, güç, enerji ve hesaplamaları yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Taşlama Tekniği, Düzlem Yüzey Taşlama, Yüzey Pürüzlülüğü Taşlama Parametreleri
Frezelemede takım helis açısı ve kesme yüksekliğinin titreşim ve yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel araştırılması
Bu çalışmada, CNC freze tezgâhında 90º Yanal frezeleme de takım helis açısı ve bağlama yüksekliğinin, titreşim ve yüzey pürüzlülüğüne etkisi incelenmiştir. Deneylerde iş parçası olarak AISI 1040 çeliği ve GG30 malzemesi kullanılırken kesici takım olarak 20 mm çapına sahip ve helis açıları ( α ; 20º, 30º, 40º ) olan HSS parmak freze çakısı kullanılmıştır. Deneyler üç farklı kesme hızı (V; 15 m/dk., 20 m/dk., 25 m/dk.), Talaş Derinliği ( a ; 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm) ve temas yüksekliğinde (h ;10 mm, 20 mm, 30 mm), freze çakısı L=70 mm uzunluğunda bağlanarak işlem yapılmıştır. Bu parametrelere bağlı olarak frezeleme esnasında oluşan titreşim ve yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Sonuç olarak kesicinin helis açısı arttığında titreşim değerinin önemli miktarda azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, titreşimin yüzey pürüzlülüğü üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Anahtar Sözcükler: Alın frezeleme, Yüzey pürüzlülüğü, Titreşim
Evrimsel ve topoloji optimizasyon yöntemi ile eğilmeye çalışılan boşluklu kirişlerin boyut analizi
Dünyanın hızla artan nüfusuna paralel olarak üretimin de artması da kaçınılmazdır. Üretimin artması ile birlikte özellikle büyük şehirlerde üretim tesislerinin sayısının artmasının yanında bu tesislerin büyüklükleri de artmaktadır. Sanayileşmenin yanında artan nüfusa paralel olarak barınma yerlerinin daha yüksek ve daha büyük açıklığa sahip olması kaçınılmazdır. Zaman ilerledikçe bu yüksek ve geniş açıklığa sahip üretim, barınma ve sosyokültürel yerlerin inşasında kullanılan çelik elemanların ekonomiklik faktörü de göz önünde bulundurularak kullanılmasına önem verilmektedir. Bu gün gelişen ve gelişmekte olan ülkelerde büyük açıklık ve yüksekliğe sahip binaların taşıyıcı sistemlerinde kullanılan çelik elemanların ekonomiklik seviyesini arttırmak için petek kirişler kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı klasik petek kirişlerin üretildiği ı profilleri evrimsel topolojik optimizasyon uygulayarak taşıma kapasitesi daha yüksek ve bunun yanında ağırlığı daha az olacak şekilde optimal göz boşluğunun şekil ve açıklığını belirlemektir. Elde edilen optimal göz şekil ve açıklığının etkileri, tasarlanan evrimsel topolojik optimizasyonunun, sonlu elemanlar yöntemi ile standart ı profile uygulanması ile elde edilmiş olup, yine sonlu eleman yöntemi ile elde edilen optimal göz şekil ve açıklığa sahip optimal kiriş ile piyasada yaygın olarak kullanılan kirişlerin gerilim ve deplasman analizleri yapılarak karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma; optimal kirişin ağırlık/taşıma kapasitesinin yaygın kullanılan petek kirişlere göre daha yüksek olduğunu ortaya koymuştur. Topoloji optimizasyonu ile alışageldik petek kiriş geometrisi değişime uğramış ve de mukavimlik artmıştır.
Matris açılı derin çekme kalıplama yönteminin hidromekanik derin çekme yöntemine uygulanması
Sac şekillendirme prosesleri içinde yer alan ve son yıllarda dikkatleri üzerine çeken matris açılı kalıplar ve hidromekanik derin çekme işlemi yöntemleri deneysel ve sayısal olarak incelenerek geliştirilmiştir. Bu çalışmada her iki sac şekillendirme yöntemi birleştirilerek matris açılı hidromekanik derin çekme sac şekillendirme yöntemi uygulanmıştır. Yapılan bu çalışmada, şekillendirilen sac malzeme için; matris açısı, matris/zımba radyüsü, baskı plaka kuvveti ve hazne basıncının; limit çekme oranı (β), kap et kalınlık değişimleri ve zımba kuvvetinin etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada 0.9 mm kalınlığında DIN EN 10130-1999 sac malzemenin derin çekilebilirliği deneysel ve sayısal analiz yöntemlerle araştırılmıştır. Bu amaçla 30 mm çapında zımba, matris/zımba radyüslerinin R=6 mm, R=8 mm ve R=10 mm, matris açıları ise 00, 2.50, 50, 100, 12.50 ve 150 olarak seçilmiştir. Hazne basıncı için 6 MPa, 8 MPa ve 10 MPa basınç uygulanmıştır. Sac malzemenin kalıp içine akması esnasında kontrolü sağlamak için gerekli olan baskı plaka kuvveti 1964,95 N, 5882,78 N ve 9507,64 N olarak seçilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalarda zımba hızı sabit alınmıştır. Derin çekme işlemi boyunca oluşan zımba kuvvetleri ölçümü ise yük hücresi yardımıyla 10-1 saniye aralığında ölçülmüştür. Deney numunelerindeki kap et kalınlık değişimi, 10-4 mm hassasiyetli mikrometre ile belirlenmiştir. Sayısal analiz ise ANSYS 15.0 programında gerçekleştirilmiştir. Deney planı L18 ortogonal dizinine göre Taguchi deney tasarım yöntemi ile yapılmıştır. Limit çekme oranının en düşük değeri β=2.4 iken en büyük değeri β=2.6 'ya çıkması, 0.9 mm kalınlığındaki sac malzeme için kalınlık dağılımlarındaki en düşük alan kalınlığı 0.7635 mm iken en yüksek alan kalınlığı ise 0.9970 mm değeri elde edilmiştir. Baskı plakası ve hazne basıncı için optimum değer bu parametrelerin ikinci seviyesi olmuştur. Artan matris açısında ise zımba kuvvetinin arttığı ancak malzeme kalınlık değişiminin ise azaldığı tespit edilmiştir. Zımba radyüs değerinin artmasına bağlı olarak limit çekme oranı da paralel bir şekilde artmıştır.
Design and analysis of thin wall water tanks against negative pressure
When designing tanks for later manufacturing, consideration must be given to whether the tank will tolerate the operating conditions it is going through during the work period, in addition to the importance of reducing the cost as much as possible, choosing the appropriate materials and their quantities is the most important in reducing cost. The research aims to obtain a tank design that works efficiently under the influence of external pressure with the lowest possible thickness without affecting the tank's ability to withstand operating conditions. Often there is a decrease in the internal pressure of the tank, either due to errors in the design, errors in the operation, or due to a malfunction in the protection devices. This decrease in pressure results in tank deformation and it's out of service, causing large losses. Therefore, periodic maintenance of the tank and its accessories is always necessary. The appropriate design will reduce these expenses to a minimum while increasing reliability and obtaining a more efficient design capable of reducing maintenance and cost. In this study, the strength of the pressure vessel will be analyzed by the ANSYS Finite Element Assessment Program to arrive at a design for operation in a negative pressure condition with the smallest thickness possible. In addition to strengthening the tank with grooves and reinforcing rings, four different models were developed for the tank side surfaces, namely triangular stents, square stents, hexagonal stents, and spiral stents, and strengthened. Each model was evaluated separately under negative pressure as a numerical analysis.
Alüminyum 6063 alaşımının çift bileşenli yapıştırıcı ile birleştirilmesinde birleştirme parametrelerinin mekanik davranışlara etkisinin deneysel ve sayısal olarak araştırılması
Yapıştırıcılar 80 yıla yakın süredir bilim insanlarının hep ilgisini çekmiş ve üzerinde araştırmalar yapılmıştır. Yapıştırıcılar hem hafif hem de yan materyallere ihtiyaç duyulmadan bağlantı sağlayan ve bu avantajlarından dolayı da birçok makine endüstrisinde kullanılan birleştirme elemanlarıdır. Özel bir yönteme ihtiyaç duymadan el ile tatbik edilerek yapıştırıcı sürüldükten sonra ayrılmayacak şekilde kuvvet uygulanarak birleştirme işlemi gerçekleşir. Yapıştırıcıların kolay bulunması hızlı birleştirme sağlanması nedeniyle diğer yöntemlere göre çok daha cazip olmaktadır. Bu çalışmada; farklı pürüzlü yüzeylere sahip Alüminyum lamalar yapıştırılmıştır. Yapıştırılan lamalar 3 farklı pürüzlülük parametresinde çift komponentli yapıştırıcı ile yapıştırılarak yüzey pürüzlüğünün ve yapıştırıcı kalınlığının sağlamlığı araştırılmıştır. Alüminyum lamalar çekme yükü altında deneysel olarak test edilmiştir. Sayısal çözümde sonlu elamanlar metodu kullanılmıştır ve sonuçlar yorumlanmıştır.
Bir kanal içerisindeki dönel objelerin farklı akış hızları ile etkileşiminin ısı transferine olan etkisinin sayısal analizi
Enerji verimliliği konusu insanoğlunun varoluşundan bu yana her dönem önemini artırarak bu günlere gelmiştir. Özellikle artan nüfus ve teknolojik aletlerden ötürü ise enerji tüketimi önemli derecede artış sağlamış ve bilim insanlarını bu konuda çalışmaya davet etmiştir. Yapılan tüm çalışmalar atıl ısıyı kullanmak ve/veya ısı transferini iyileştirmek üzere aktif ve pasif bazı yöntemler ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada ısı transferini iyileştirmek üzere kullanılan ve aktif bir metod olan, akışkan içerisindeki, hareketli cismin akışkan hareketine etkileri ve ısı transferine olan etkileri incelenmiştir. Çalışma yapılırken hareketli cismin ölçüleri, kanal içindeki konumu, akışkan hızı ve cismin eksenel dönme hızı birer parametre olarak olarak kullanılmış ve akışkan hareketleri birçok farklı türden incelenmiştir. Bunun yanısıra çıkış sıcaklıkları ve Nusselt Sayıları çıkış parametreleri olarak sayısal olarak hesaplanmıştır. Bilgisayar ortamında yapılan bu çalışmada dış etkiler hesaba katılmamıştır yani, adyabatik bir kanal içerisindeki etkileşimler incelenmiştir. Bu parametreler ve sistem ölçüleri/geometrileri belirlenmeden önce yüzlerce farklı kombinasyon denenmiş ve sonuçlar kısmında yer alan unsurların yazılmasına karar verilmiştir. Sonuçlar ise göstermektedir ki, kanal içerisine yerleştirilen bir objenin ölçüleri, dönme hızı, akışkan hızı ve objenin kanal içerisindeki konumu ısı transferi ve dolayısıyla çıkıştaki akışkan sıcaklığı üzerine bazı olumlu etkileri vardır.
Güneş enerji destekli ısı pompasının bir villa projesine uygulanması ve termoekonomik analizi
Güneş enerjisi geçmişte olduğu kadar günümüzde de önemli bir yere sahiptir. Ülke olarak enerji alanında sürdürülebilir politikalar geliştirmek ve bu politikaları sürdürmek için fosil yakıt tüketimini azaltmak ve aynı zamanda enerji verimliliği faaliyetlerini yaygınlaştırmak, konutlarda yeşil bina tasarımlarının hayata geçirilmesi gerekmektedir. Mahal ısıtma ve soğutmaları için geçmişten günümüze birçok farklı sistem kullanılmıştır. Günümüzde iklim değişikliği sebebi ile emisyonu az ısıtma ve soğutma sistemlerinin arayışları her geçen gün artmaktadır. Artık konutlarda ısıtma ve soğutma ihtiyacı yenilenebilir enerji kaynaklarıyla karşılanmaktadır. Isı pompası teknolojisindeki gelişmeler ve avantajları göz önüne alırsak ısı pompası sistemlerinin daha çok tercih edilme sebebi olduğunu görürüz. Bu çalışmamda, Batman ilinde bulunan iki katlı bir villanın PV (Fotovoltaik) panel entegreli ısı pompası ile yerden ısıtılması incelenerek, doğalgaz ile yerden ısıtma yapılarak ısıtılmasının tercih edilmesi durumunda performans ve emisyon değerlendirmelerindeki değişimler karşılaştırılmıştır. Batman ili iklim şartlarında bulunan bir villada güneş enerji destekli ısı pompası kullanılarak ısıtma, soğutma ve kullanım sıcak suyu ihtiyacı karşılanmıştır. Bu çalışmamda; gerekli ısı kaybı hesabı, soğutma hesabı ve boyler kapasite hesabı için Daikin firmasının geliştirdiği Heating Solutions Navigator programı ile villada kullanılan yapı bileşenlerinin değerleri girilerek ısı kaybı hesabı, soğutma yükü hesabı ve boyler kapasite hesabı yapılmıştır. Doğalgaz ile yapılan hesaplamalarda ise; ısı kaybı baz alınarak villada yapılan yerden ısıtma ve gerekli kapasite ihtiyacı için doğalgazlı kombi seçimi yapılmıştır. Yapılan seçim sonucunda performans ve emisyon değerlendirmelerindeki değişimler ısı pompası ile karşılaştırılmıştır. PV (Fotovoltaik) panel tasarım ve hesabı için ise PVsyst programı kullanılmıştır. Bu program sayesinde ise gerekli çatı alanı ve villada kullanılan günlük elektrik tüketimi göz önüne alınarak panel ebatlarına göre çatıya panel yerleşimi tasarlanmıştır. Villanın fosil yakıt tüketiminin azaltılması ve villada yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı göz önünde bulundurulmuştur. Yapılan tasarımda ısı pompası sisteminin evaporatör ve kondenser sıcaklıkları sırasıyla -25°C ve 55°C olarak seçilmiş, sistemde R32 soğutucu akışkan kullanılmış ve ısı pompasının SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) değeri 3,76 olarak hesaplanmıştır. Isıtma ve soğutma sezonu boyunca ısı pompası sistemine entegre edilen 83 adet güneş panelleriyle elektrik ve doğalgaz faturası ödemeden ısıtma ve soğutma ihtiyacı çözülmüş oldu. Villanın ısıtma sezonu olarak Ocak, Şubat, Mart, Nisan, Ekim, Kasım, Aralık ayları seçilmiş olup sıcak su elde etmek ve ısıtma ihtiyacını sağlayabilmek için gereken enerji 8281,3 kwh olarak bulunmuş, çatıya kurulmuş olan 83 adet güneş paneli ile doğalgazdan tasarruf edilmiştir. PV (Fotovoltaik) paneller sayesinde ısıtma sezonunda yılda ortalama 7532,86 TL tasarruf sağlandığı bulunmuştur. Tasarlanan sistem sayesinde yıllık CO2 emisyonu 801 kg azalmış olup ısıtma ve soğutmayı tamamıyla yenilenebilir enerji ile çözmüş olduk. Isı pompalı yerden ısıtmalı sistemin ilk yatırım maliyetindeki yüksek olmasına rağmen fiyat farkının işletme maliyetindeki azalmadan karşılanabileceği görülmektedir. Sonuç olarak ısı pompalarının yatırım maliyetleri doğalgaza kıyasla yüksek olmasına rağmen, temiz ve güvenilir olmaları, özellikle yerden ısıtma ile avantajlı bir ısıtma sistem olduğu görülmektedir.