Mechanical Engineering

Design optimization of plate heat exchanger by utilizing artificial intelligence

The plate heat exchangers are components that provide heat transfer between two or more mediums; therefore, they have crucial importance in the industry. While the plate heat exchangers are produced, sheet metal forming process is employed. Growing interest in manufacturing lightweight, cost effective, and robust products in HVACR industry motivates the search for compact plate heat exchangers used in combi-boilers. Lightweight compact plate heat exchangers distinguish them from other plate heat exchangers in case of raw materials shortage periods. However, manufacturing lightweight plate heat exchangers requires time consuming simulation works and significant investment for production trials. On the other hand, implementation of machine learning assisted optimization process has been proved promising and reasonable alternative for traditional production methods which inspired current work: "design optimization of plate heat exchangers by utilizing artificial intelligence" that satisfies requirements stated in material order specifications of Bosch Home Comfort. In this work, an extensive dataset was constructed from finite element analysis simulations on sheet metal forming process by considering the design limits of compact plate heat exchanger produced in Bosch Home Comfort Manisa Plant to train multilayer feed-forward neural network algorithm. The maximum thinning amount of metal plates after forming process was predicted by using optimized neural network algorithm. Six cases with desired outputs were selected to validate neural network algorithm predictions. The demonstrated thinning amounts verify the success of machine learning algorithm in design optimization of plate heat exchangers.

Investigation of networked SSHI configurations for plate-based piezoelectric energy harvesting

Vibration-based energy harvesting has received significant interest over the past two decades to generate electrical power to be used in small electrical devices and components mostly powered with conventional batteries to reduce maintenance cost and eliminate battery disposal. Among the existing transduction mechanisms, piezoelectric transducers are in the interest of the researchers as they have large power densities. In the majority of the studies about harvesting applications, the piezoelectric energy harvesters are in the form of cantilevered beams, with one or two layers of piezoelectric materials, which are known as unimorph configuration and bimorph configuration, respectively. As an alternative to the cantilever beam energy harvesters, patch-based piezoelectric energy harvesters are more efficient and easier to implement on plate-like structures to convert the vibrational energy of the host structure to electrical energy. Piezo-patch energy harvesters attached to plate-like structures can be used to extract multimodal vibrational energy in automotive, aerospace, and marine applications. The alternating current obtained from energy harvesting should be transformed into a more stable (DC) form for practical applications. For most of these transformations, a full wave standard AC-DC rectifier circuits are used. To improve the output power, researchers have studied several circuits, including synchronized switch harvesting on inductor (SSHI) circuits. For each piezo patch, SSHI circuits can boost the harvested power compared to standard rectifier harvesting circuits. However, the effect of using different configurations of the SSHI networks for multiple piezo patches on plate structures have not yet been understood. This study aims to assess the performance of the networked SSHI configurations compared to networked rectifier configurations and investigate the optimum configurations for energy harvesting purposes. In this study, three piezo patches are bonded to an aluminum host plate and connected to single and/or multiple energy harvesting circuits. The electromechanical system's equivalent circuit model (ECM) is developed from the experimentally validated analytical model and utilized in an electronic circuit simulation software LTspice. Four different case studies of single/ multiple rectifiers and SSHI circuits are considered. The first two cases include a single rectifier/SSHI circuit, while the other two include separate rectifier/SSHI circuits for each patch. The performances of each configuration are evaluated under harmonic excitation in terms of peak power outputs, and the optimal load resistances are obtained for each configuration. Based on the experimental findings, the best configuration is determined and verified by the ECM results. The results show that by using respective SSHIs, the power output can be improved by preventing charge cancellation despite the cost of increased diode loss. This study contributes to our understanding of optimal energy harvesting techniques by investigating the effectiveness of networked SSHI configurations for multiple piezo patches on plate structures.

Motor devri ve hava yakıt karışım oranına bağlı olarak egzos gazı bileşiminin, sıcaklığının ve basıncının değişiminin araştırılması

Bozucu dışlama açısından en uygun kutup yerlerinin belirlenmesi

Bu tez çalışmasında; yüksek mertebeden, doğrusal zamanla değişmeyen sistemler için optimizasyon problemi ele alınmaktadır. Bu problemde amaç; doğrusal karesel düzenleyici ile kontrol edilen sistemin birim basamak bozucu karşısında tasarım parametrelerine göre en uygun (optimal) kutup yerlerinin bulunmasıdır. Tasarım parametreleri çıkışın maksimum aşma değeri, tepe zamanı ve durağan durum değeri olarak alınmaktadır. Bu yaklaşım metodu çok değişkenli sistemler için de uygulanabilir olup bu çalışmada sadece tek girişli-tek çıkışlı sistemlere uygulanabilirliliği üzerinde durulmuştur. Bu amaçla tez çalışmasında iki örnek ele alınmıştır. Bu örnekler kontrol sistemlerindeki kullanım sıklığı nedeniyle, ters sarkaç mekanizması ve top-kiriş mekanizmasıdır.

Konvektif ortamlarda damlacik buharlaşmasinin analitik ve sayisal olarak incelenmesi

The significance of Stefan flow lies in its impact on the behaviour of evaporating droplets in convective environments, particularly in scenarios involving high-temperature evaporation of fuel droplets relevant to spray combustion. We examine this phenomenon from both numerical and analytical perspectives. An axisymmetric multiphase front-tracking method is utilized to simulate the evaporation of a deformable droplet in a convective environment, and the local Sherwood number is computed on the droplet for the Reynolds number up to 200. Simulations are also performed for a solid sphere using a sharp-interface immersed boundary method. A novel analytical model is derived based on the solution of the laminar boundary layer on a sphere subjected to local evaporation velocity. The results are compared with the existing evaporation models widely used in spray combustion simulations as well as the new model. We demonstrate that at high evaporation rates, the boundary layer-based models can accurately predict the local Sherwood number only until the separation point. However, the generalization of these models for the wake region result is a considerable error. It is argued that for this region a new correction factor should be derived.

Kompozit malzemeden imal edilmiş dişli zincirlerinde gerilme analizi ve optimizasyon

Ill ÖZET Doktora Tezi KOMPOZİT MALZEMEDEN İMAL EDİLMİŞ DİŞLİ ZİNCİRLERİNDE GERİLME ANALİZİ VE OPTİMİZASYON Heşim PIHTILI Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Ana bil i m Dalı 1991, Sayfa: 91 Bu çalışmada, izotropik ve kompozit malzemeden imal edilen dişli zineirlerindeki gerilme analizi bilgisayar destekli olarak incelenmiştir. Problemin çözümünde sonlu elemanlar metodu uygulanmış ol up üçgen elemanlar yöntemi kullanıl mıştı r. İzotropik ve kompozit malzemeden imal edilen dişli zincirinin gerilme analizi iki aşamada yapılmıştır. Birinci aşamada, izotropik malzeme için çözüm yapılmıştır. İkinci aşamada ise gerilme analizi, cam-epoksi,grefit-epoksi ve boron-epoksi kompozit malzemelerinin tek yönde takviye ve çapraz takviye biçimlerine göre araştırılmıştır. Yapılan çalışmada, izotropik ve kompozit malzemelerin beş değişik dişli zinciri şekli için gerilmeler bulunmuştur. Her bir dişli zincirinde takviye açısının durumuna ve ayrıca kompozit malzemenin cinsine göre meydana gelen gerilmeler birbirleriyle mukayese edilmiştir. Tek yönlü takviye haline sahip kompozit malzemelerde, takviye açısı e «15 derece genellikle olunca dişli zincirinde meydana gelen maksimum gerilme diğer takviye açılan durumundaki maksimum gerilmelerden daha büyük olmakta ve takviye açısı e »60 derece olunca maksimum gerilme aynı bir tip kompozit malzeme için en küçük değeri almaktadır. Çapraz yönlü takviye halinde ise, maksimum gerilme her üç malzeme için takviye açısı 8=15 derece durumunda, minumum gerilme değeri ise takviye açısımnö=45 derece durumunda meydana gelmektedir. Sonlu eleman yöntemi ile elde edilen bilgisayar sonuçlarının doğruluğu hakkında fikir edinebilmek için, 1/1 ölçeğinde çelik ve epoksi malzemelerinden imal edilen dişli zinciri strain-gauge ve fotoelastik deneysel ölçümlere de tabi tutulmuştur. Deneysel ölçümlerden elde edilen gerilme değerlerinin, bilgisayar sonuçlan ile iyi bir uyum içinde olduğu gözlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Kompozit malzeme, sonlu elemanlar, dişli zinciri.

Piezoelectric metamaterial blood pressure sensor

Continuous blood pressure monitoring allows for detecting the early onset of cardiovascular disease and assessing personal health status. Conventional piezoelectric blood pressure monitoring techniques have the ability to sense biosignals due to their good dynamic responses but have significant drawbacks in terms of power consumption, which limits the operation of blood pressure sensors. Although piezoelectric materials can be used to enhance the self-powered blood pressure sensor responses, the structure of the piezoelectric element can be modified to achieve a higher output voltage. Here, a structural study on piezoelectric metamaterials in blood pressure sensors is demonstrated, and output voltages are computed and compared to other architectures. Next, a Bayesian optimization framework is defined to get the optimal design according to the metamaterial design space. Machine learning algorithms were used for applying regression models to a simulated dataset, and a 2D map was visualized for key parameters. Finally, a time-dependent blood pressure was applied to the inner surface of an artery vessel inside a 3D tissue skin model to compare the output voltage for different metamaterials. Results revealed that all types of metamaterials can generate a higher electric potential in comparison to normal square-shaped piezoelectric elements. Bayesian optimization showed that honeycomb metamaterials had the optimal performance in generating output voltage, which was validated according to regression model analysis resulting from machine learning algorithms. The simulation of time-dependent blood pressure in a 3D skin tissue model revealed that the design suggested by the Bayesian optimization process can generate an electric potential more than two times greater than that of a conventional square-shaped piezoelectric element.

Düşük enerjili serbest ağırlık düşme test düzeneği tasarım ve imalatı, düşük enerji seviyelerinde darbe testi yapılması

Bu tez düşük enerjili bir serbest düşme test düzeneğinin tasarım ve imalatını, kurulan bu düzenekte yapılan düşük enerji seviyelerinde darbe testine ait örnekleri içermektedir. İmalat, Gazi Üniversitesitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümüne ait Mekanik ve Mukavemet Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca metallere şekil vermekte kullanılan makinalar ayrıntılı olarak incelenmiş, çekiçlerin çeşitleri ve genel tasarım esasları sunulmuştur. Yapılan bu incelemelerin ışığı altında; serbest düşme test düzeneğinin, metallere şekil verme amacıyla kullanılan makinalar arasında en basit ve en ucuzu olduğuna karar verilmiştir. İmal edilen bu serbet düşme test düzeneğinin ana parçalarını; iki adet kızak direği, bir adet örs, bir adet koç, bir adet hız ölçüm sistemi ve bir adet serbest bırakma mekanizması oluşturmaktadır. Test düzeneğinin düşme yüksekliği yaklaşık olarak 4 ? 4,5 metredir ve elde edilecek maksimum hız yaklaşık olarak 8 m/s olmaktadır. Bu yükseklikten bırakılacak olan 7 kg'lık bir koç, 190 J çarpışma enerjisi oluşturmaktadır. Ayrıca bu test düzeneği sayesinde, düşük enerji seviyelerindeki çarpışma testleri dışında, yüksek hızda talaşsız çubuk kesme, sac çekme ve şişirme gibi diğer metallere şekil verme işlemleri de gerçekleştirilebilmektedir.

Modeling and analysis of distortion in milling of aerospace parts

The issue of distortion of parts manufactured by machining is a long-standing problem in the aerospace industry. Especially in the case of large, thin-walled machined structural components, post-machining distortions result in a loss worth billions of dollars to the aerospace industry. Control of distortions is, therefore, very critical to ensure the conformity of these parts and the efficiency of the process. Effective control of the process necessitates efficient models and simulation techniques for predicting distortion of the workpiece after machining. Very high cutting force and temperature loads generated during machining affect the workpiece in several ways. These cutting loads are dictated by the parameters of machining and the material characteristics of the cutting tool and the workpiece. Moreover, the initial stress of the blank also dictates the distortion behavior. Accurate modeling of all these factors is crucial to the precise prediction of distortion of the workpiece. Milling is a very important process for the machining of aerospace parts. In this thesis, modeling of the milling process is carried out for efficient prediction of various aspects of the process. A novel analytical algorithm is proposed to predict the cutting temperature of the workpiece. The proposed algorithm allows accurate calculation of the workpiece temperature by duly incorporating the drop in temperature of the workpiece during the non-engagement periods of the cutting tool. Another novel contribution of this thesis is developing a hybrid FEM-analytical model for predicting distortions of machined thin-walled parts. The model considers loads due to cutting as well as the effect of the initial bulk residual stresses of the material. The measurement of the initial stresses of the material is carried out by the crack compliance method, whereas machining-induced loads are calculated analytically. A novel strategy is devised to incorporate these loads in a FEM model. The results of the proposed models are validated with machining experiments. Another contribution of this thesis is the development of a novel method for monitoring of the machining process using a low-cost infrared sensor. Three critical aspects of the machining process, i.e., tool wear, chatter, and workpiece deformations, are detected using a single infrared sensor. Different signal processing techniques are applied in time and frequency domains to analyze the data collected from the sensor. The results of the proposed method are verified by carrying out machining experiments.

Toprak altında depolanan güneş enerjisi ile beslenen ısı pompalı bir konut ısıtma sisteminin bilgisayarda simülasyonu

ÖZET Doktora Tezi TOPRAK ALTINDA DEPOLANAN GÜNEŞ ENERJİSİ İLE BESLENEN IS! POMPALI BİR KONUT ISITMA SİSTEMİNİN BİL6İSAYARDA SİMÜLASYONU Mustafa İNALLI Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1993, Sayfa: 170 Bu çalışmada, güneş enerjisinin toprak altındaki küresel ve silindirik tanklarda depolanması ve ısı pompası eşliğinde konutların ısıtılmasında, ısıl sistemin yıllık performansı araştırılmıştır. Toprak içerisine gömülmüş olan depodaki su sıcaklığı ve depo etrafındaki jeolojik yapı içerisindeki sıcaklık dağılımı için problem formülasyonu yapıldıktan sonra boyutsuzlaştırılmıştır. Boyutsuz problem, kompleks sonlu Fourier dönüşüm tekniği ve sayısal yöntemler kullanılarak çözülmüştür. Elde edilen çözümlerden faydalanılarak konut, güneş toplayıcısı, ısı deposu ve ısı pompasından meydana gelen ısıl sistemin anal izi. bilgisayarda yapılmıştır. Bilgisayar simülasyonundan elde edilen sonuçlar sisteme ait bazı parametrelerin değişik değerleri için grafikler halinde gösterilmiş ve literatürdeki mevcut çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. ANAHTAR KELİMELER : Güneş enerjisi, mevsimlik depolama, küresel ve silindirik tank, ısı pompası, konut ısıtma

Hatalı imal edilen mil çaplarının, L2 tipi keçe ömürleri üzerine olan etkilerinin araştırılması

Bu çalışmada, L2 tipi bir yağ keçesinin, hatalı imal edilen mil çaplarında, farklı mi hızlarında, kuru, yağlı ve farklı yağ basınçlarının sağlandığı ortamlarda ömürleri araştırıldı. Bu amaç için bir deney seti hazırlanarak, 250. 000, 500,000, 750.000 ve 1.000.000, toplam devirlerde, keçe dudaklarında meydana gelen aşınmalar ve sıcaklıklar ölçülerek, değişim grafikleri çizildi.

Kompozit malzemeli faturalı kirişlerde takviye açısına bağlı olarak gerilme analizi

ÖZET Doktora Teı KOMPOZİT MALZEMELİ FATURALI KİRİŞLERDE TAKVİYE AÇISINA BA?LI OLARAK GERİLME ANALİZİ Mustafa GUR Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1994, Sayfa: 146 Bu çalışmada kompoztt malzemeden imal edilmiş, eğilmeye maruz faturalı bir kirişte., fatura yarıçapı ve takviye açısına bağlı olarak maksimum gerilmeler ve gerilme yığılma katsayıları sonlu elemanlar metodu ile hesaplanmıştır. Problemin çözümünde dört düğümlü düzlem izoparametrlk sonlu elemanlar kullanılmıştır. Hesaplamalar, Cam-Epoksi, Boron-Epoksi ve Grafit-Epoksi kompozit malzemeleri için, tek yönlü takviye ve çapraz takviye durumları dikkate alınarak yapılmıştır. Değişik fatura yarıçapı ve takviye açılarında, her bir kompozit malzeme için maksimum gerilme değerleri ve gerilme yığılma katsayıları hesaplanmıştır. Sonuçlar grafikler halinde sunulmuş ve bunlarla ilgili karşılaştırmalar yapılmıştır. Sonuçta, fatura yarıçapı arttıkça maksimum gerilme değerlerinin arttığı ve gerilme yığılma katsayılarının azaldığı görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER : Gerilme yığılma katsayısı, sonlu elemanlar metodu, izoparametrlk sonlu elemanlar, kompozit malzemeler.

Boru içindeki akışta genişleme ve daralma özel dirençlerindeki akışın bilgisayarda sayısal yöntemle incelenmesi

ÖZET Doktora Tezi BORU İÇİNDEKİ AKIŞTA GENİŞLEME VE DARALMA ÖZEL DİRENÇLERİNDEKİ AKIŞIN BİLGİSAYARDA SAVISAL YÖNTEMLE İNCELENMESİ İhsan DA?TEKİN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabil i m Dalı 1994, Sayfa: 177 Bu çalışma boru içindeki akışta ani genişleme ve ani daralma özel dirençlerindeki akışın bilgisayarda incelenmesini içermektedir. Sıkıştırılamaz akışkan ve zamana bağlı olmayan akış için laminer rejimde Navier-Stokes denklemlerinin yeni bir çözüm yöntemi olan SIMPLEM algoritma yardımı ile silindirik ve kartezyen koordinatlarda çözümü gerçekleştirilmiştir. Çözüm için şaşırtmasız ağ sistemi kullanılmıştır. Kısmi iferansiyel denklemler bir sonlu hacim üzerinden integre edilerek cebirsel sonlu fark denklemleri oluşturulmuş ve bu denklemler üçlü bant matris algoritması TDMA kullanılarak iterasyonla çözülmüştür. Bu özel dirençlerdeki akış değişik çap oranlan ve değişik Reynolds sayılan için incelenmiştir. Sayısal çözümün geçerliliğini kontrol etmek için literatürdeki mevcut deneysel ve sayısal sonuçlarla karşılaştınlmıştır. Ayrıca literatürde mevcut olmayan yeni sonuçlar sunulmuştur. ANAHTAR KELİMELER : Laminer akış, ani genişleyen akış, ani daralan akış

Aerodinamik girişim problemlerinin incelenmesi, jet girişimi

ÖZET Doktora Tezi AERODİNAMİK GİRİŞİM PROBLEMLERİNİN İNCELENMESİ, JET GİRİŞİMİ Haydar EREN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Müh. Anabilim Dalı 1995, Sayfa 127 Bu çalışmada muhtelif jetlerin girişimi sonucu oluşan akış alanının bilgisayarda incelenmesi amaçlanmıştır. Zamana bağlı Hareket denklemleri sıkıştınlabilen bir akışkan için düşük subsonik hızlarda, sonlu fark yöntemi ile ve kartezyen koordinatlarda çözülmüştür. Serbest jet, paralel jet, çapraz jet ve zıt jet durumlarında değişik Reynolds sayılan için akım incelenmiştir. Sonuçların tek jet halinde verilen benzerlik çözümleri ve deneysel sonuçlarla iyi bir uyum sağladığı görülmektedir. Sonuçlar incelendiğinde tek jet durumunda eksenel hızın x ekseni boyunca gittikçe azaldığı ve jetin y ekseni boyunca yayıldığı görülmüştür. Re sayısı arttıkça jetin y ekseni boyunca yayılması azalmakta, aksine x yönündeki jetin hızının sıfırlama mesafesi ise artmaktadır. Paralel jet durumunda da benzer bir gelişme olmaktadır. Eksenleri çapraz iki jet durumunda ise girişim bölgesinde akımda karışma, dönme ve negatif hızlarda artmalar görülmektedir. Ortak eksenli, zıt yönlü iki jet durumunda etkileşim bölgesinin merkezinde ortak jet eksenine dik doğru boyunca u hızının sıfırlandığı, buna karşılık v hızının attığı ve jetin aynı doğrultu boyunca her iki yönde yayılmaya başladığı görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER : Jet akışı, aerodinamik girişim, jet girişimi, serbest jet, paralel jet, çapraz jet, zıt jet.

Isı pompası ile sıcak su üretimi ve elektrikli termosifonla mukayesesi

ÖZET Yüksele Lisans Tezi ISI POMPASI İLE SICAK SU ÜRETİMİ VE ELEKTRİKLİ TERMOSİFONLA MUKAYESESİ Oğuz BOZKIR Fırat Üniversitesi Fan Bilimleri, Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1994 Bu çalışmada, konutların ihtiyacı olan sıcak suyun ısı pompası ile üretimi incelenmiş ve halen yaygın olarak kullanılmakta olan elektrikli termosifonlarla mukayesesi yapılmıştır. Isı pompası çevrimi önce teorik olarak incelenmiş, sonra Hava-su tipi bir ısı pompasının tasarımı yapılarak, 401 sıcak su üretebilecek kapasitede bir deney seti kurul muştur. Soğutucu akışkan olarak Freon-22 kullanılarak yapılan deneylerde sistemin ısıtma tesir katsayısı (C.O.P) tesbit edilmiş, enerji tüketimi bakımından elektrikli ter mosifonlarla mukayesesi yapılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Isı pompası, soğutucu akışkan, ısıtma tesir katsayısı, Freon-22

The ablation performance of phenolic and carbon matrix composites under the free jet conditions of hybrid propellant rocket

Ablative composite materials are commonly preferred in rocket nozzle regions where high temperature durability and shock resistance are required. In hybrid rocket motor applications, these materials are exposed directly to the hot gas products formed by the combustion reaction of fuel and oxidizer. Accordingly, ablation testing under the free-jet of lab-scale hybrid rocket motor would be flight-like simulation for the application of these materials in hybrid propellant rockets. As observed in the literature; Polymer Matrix Composites (PMCs), reinforced with silica and carbon fibers, can withstand short-term exposure to hot gases of combustion, whereas Ceramic Matrix Composites (CMCs), as Carbon/Carbon (C/C), exhibit exceptional durability without significant recession in similar conditions. In this work, chopped and 2D fabric reinforced phenolic matrix PMCs, and C/Cs were tested under the hot exhaust of paraffin fuel and gaseous oxidizer-based lab-scale hybrid rocket for 7 sec. In order to observe the oxygen-to-fuel ratio (O/F) effect on the ablation performances, each sample was tested in both oxygen-rich and fuel-rich firing conditions. Surface temperatures of samples were measured by two-colour IR pyrometer, also ablation rates were determined from the mass loss of samples. Test results show that phenolic matrix and C/C composites are significantly ablated by fiber-matrix debonding. Heat treatment of C/C samples in 1500 °C increased the ablation resistance by enhancing fiber-matrix bonding against hot gas exposure. For both phenolic matrix and C/C composite samples, chopped fiber reinforced samples propose better ablation resistance than 2D reinforcement. The variety of samples provides clear understanding about the ablation mechanisms of composite materials, specifically in the hybrid rocket applications.

Hermetik pistonlu kompresörün tribolojik analizi

A hermetic reciprocating compressor is one of the most critical parts for the energy efficiency of a household refrigerator. The tribological performance of the compressor's piston-cylinder pair could be enhanced through introducing micro-texture on the compressor's piston surface. In this thesis, an experimental study is presented to tribologically assess the effect of the micro-textured piston on the performance of the hermetically sealed reciprocating compressor. Effects of the micro-dimples texture of the piston on the compressor's coefficient of performance was investigated. Refrigerant leakage from the piston-cylinder clearance was decreased by 35% and the compressor's cooling capacity was observed to be increased slightly. In addition, this thesis also presents a novel solution to the lubrication problem of an inverter-type hermetic reciprocating compressor used in household refrigerators during a low-speed (less than 2000 rpm) operation. The lubrication system is primarily based on an additively manufactured unibody pump. Moreover, the thesis also aims to discuss the development of a cermet material for the manufacturing of piston via a multi-material negative additive manufacturing approach. The suggested methodology entails the layer-by-layer 3D printing of a negative mold geometry. The cermet slurry is cast into the mold gradually as it is built up layer-by-layer simultaneously. The cermet green body is then demolded by dispersing the mold in an organic solvent such as DCM. The multi-material 3D printing approach eliminated the shape retention problem of the slurry-based additive manufacturing system. A piston produced from cermet material through this method is found to be 10 times lighter than a conventional piston.

U çentikli düzlem levhalarda elasto-plastik bölgelerin incelenmesi ve iç gerilmelerin araştırılması

Bu çalışmada, sonlu elemanlar metodu kullanılarak üzerinde "U" çentikler bulunan izotropik levhalarda elasto-plastik gerilme analizi yapılmıştır. Malzeme olarak Ç.1060 çeliği seçilmiştir. Çentik derinliği "b" ve çentik yarıçapı "r" değiştirilerek, çeşitli boyutlarda "U" çentikli levhalar elde edilmiştir. Bu levhalara ilk akmayı başlatan kuvvetten başlayarak artırılan farklı uniform çekme yükleri uygulanmıştır. İç gerilmeler ve plastik bölgelerin yayılması elde edilmiştir. Sonuçlar grafikler halinde sunulmuş ve literatürde elde edilen benzer çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Sonuçta, çentik boyutları artıkça ortaya çıkan gerilme ve iç gerilmelerin de arttığı görülmüştür. Ayrıca uygulanan çekme yüklerinin artmasına karşılık plastik bölgelerin alanında da artma elde edilmiştir. Her bir "U" çentiği için yapılan analizlerde plastik bölgelerin çentik etrafında yığıldıkları görülmüştür.ANAHTAR KELİMELER: Çentikli levha, artık gerilme, elasto-plastik gerilme analizi, gerilme yığılması, plastik bölgeler.

Değişken kesitli mındlın plaklarının serbest titreşim analizi

II ÖZET Yüksek Lisans Tezi DEGŞKEN KESİTLİ MINDLIN PLAKLARININ SERBEST TİTREŞİM ANALİZİ Orhan ÇAKAR Fırat üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Ana Mim Dalı 1995, Sayfa : 74 Bu çalışmada değişken kalınlıktı izotropik elastik dikdörtgen plakların, dönme ataleti ve kesme deformasyonunun etkileri de dikkate alınarak serbest titreşim karakteristikleri incelenmiştir. Bu amaçla sonlu fark tekniği ile varyasyonel prensiplerden oluşan bir metod kullanılmıştır. Mindlin tarafından formüle edilen şekil değiştirme ve kinetik enerji ifadeleri yer değiştirme ve dönme bileşenlerine bağlı olarak sonlu fark denklemleriyle ifade edilmiştir. Şekil değiştirme ve kinetik enerjilerin farkı bu bileşenlere göre minimize edilmiş ve son olarak doğal frekanslarla mod biçimleri cebrik özdeğer probleminin çözümünden elde edilmiştir. Yapılan çalışmada plak kenarları basit, ankastre, serbest ve bunların farklı konfigürasyonu şeklindeki mesnet şartlarına göre incelenmiş ve sistemin doğal frekanslar ve mod biçimleri elde edilmiştir.

Experimental and computational assessment of high-temperature properties in ti-based high entropy alloys

During the last two decades, high entropy alloys (HEAs) have gained noticeable attention due to their outstanding properties and potential for various applications. Within the prospective applications, due to their high melting point and high thermal stability, refractory high entropy alloys (RHEAs) are considered an alternative to Ni-based superalloys for high-temperature applications. Therefore, in order to shed light on the high-temperature properties of RHEAs, two aspects of their properties were investigated. After a brief introduction to the concepts discussed in this thesis, the oxidation behavior of four different HEAs was investigated via static oxidation experiments utilizing a variety of surface and structural characterization methods such as X-ray photon spectrometry (XPS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM). The results suggested that three different oxidation mechanisms in these alloys are dependent on the composition, temperature, and crystal structure of the HEAs. In addition, each element's effect on these alloys' oxidation behavior was discussed. In the second part of the thesis, using atomistic simulations, the effect of the formation of chemical short-range order (CSRO) on mechanical properties was investigated in two different compositions of RHEAs. The results showed that the CSRO formation in these alloys can increase the materials' strength while maintaining the HEAs' ductility. In addition, the effect of CSROs on deformation-induced phase transformation (DIPT) was captured via atomistic simulations. To validate these results, an extensive amount of in-situ compression experiments under SEM were performed and these results validated the formation of HCP phases due to DIPT. Overall, the results and discussions in this thesis provide a better view of the high-temperature properties of the HEAs with the aim of enabling their applications at high temperatures.

Pyrophoric ignition system development for hybrid rocket motors in space applications

Hybrid motors are gaining attention in space applications due to their advantageous features like inherent safety and controllability, standing out against conventional solid and liquid engines. However, achieving rapid and reliable ignition remains a significant challenge for hybrid motors, particularly for their use in space systems. Among the various ignition methods, pyrophorics show promising characteristics. In this thesis, ignition delay characteristics of a pyrophoric liquid triethylaluminum (TEA) with nitrous oxide (N2O), a commonly employed self-pressurizing oxidizer, has been investigated for impinging jets, and the feasibility for an ignition system has been evaluated. A series of experiments were conducted to determine ignition delay values and ignition boundaries for two different oxidizer-to-fuel (O/F) ratios by changing the impingement angle. Results have demonstrated relatively favourable TEA/N2O ignition delays across varying impingement angles. This research also comprehensively evaluates experimental outcomes, post-test equipment conditions along with the theoretical aspects to outline the design criteria for a comprehensive ignition system.

Machine learning based cooling time prediction in plastic injection molding process

This thesis presents a new approach to develop a machine-learning model for the cooling profile prediction of a planar part produced through the plastic injection molding. Design parameters related to the cooling stage of injection molding, such as distance between the cooling channel and plastic part surface, the distance between cooling channels, the cooling channel diameter, the thickness of the part, as well as plastic material properties including density, mass, thermal conductivity, and specific heat are considered. A wide range of scenarios are created considering the design parameters, ensuring the creation of a comprehensive dataset. To manage this extensive collection of cases, scripts are used to automate designs and simulations. The scripts first generate the required cooling channels for each scenario, then simulate the cooling stage of the injection molding process and collect the relevant results. Then, the physics of the cooling is discussed to estimate the time-dependent temperature of the part in the plastic injection process. An LSTM machine-learning model is used to forecast the simulation results and a regression model is used to predict the cooling profile of the parts. The validation of the developed machine-learning model is done by estimating the cooling time of two industrial parts, produced by plastic injection. One of the parts is cooled with the conformal cooling channels and the estimated cooling time is found with a 2.67% error. On the other hand, the second part is cooled with conventional cooling channels and the estimated cooling time is found with an 11.44% error. In addition, the impact of each design parameter on the cooling time was examined. After the examination, it was noticed that the plastic part should be designed as thin as possible during the design to reduce the cooling time. Also, designing cooling channels as close to the surface of the plastic material as possible was very important to reduce the cooling time.

CNCmachine tool digital twin applications with advancements of edge computing

Digital Twin application development for CNC machining processes is challenging since collecting real-time high-frequency process data from data sources such as dynamometer sensors and processing collected data into data infrastructures to develop analytical models without latency and time-synchronization is required. Dynamometers are used to measure cutting torque and cutting forces occur between the workpiece and cutting tool during machining process. Collecting dynamometer data during machining is expensive in terms of sensor mounting, data acquisition and processing. To overcome this challenge, a method for cutting torque estimation that utilizes edge computing application to collect internal machine data is proposed in this thesis, to establish preliminaries for machining Digital Twin applications with edge computing. The cutting torque is estimated during drilling experiments and prediction errors are calculated for experiments with same workpiece material as 0.31% and 0.9%, and with different workpiece material as 1.02% and 1.25%. Edge device allows the collection of high-frequency machining process data coming from spindle and feed-drive motors by providing inbuilt network components that enables data acquisition to Cloud sources from machine. Edge device signals are also presented in servo motor current and position closed-loop control loop block-diagrams to demonstrate data flow stages from CNC machine tool's internal servo system to Edge device. The block-diagrams are validated with Edge signals collected during milling and drilling experiments.

Parallel direct numerical simulation of 3D interface-resolved droplet evaporation

Multi-phase flows and phase transitions are widely observed phenomena in natu- ral processes and engineering applications such as atmospheric precipitation, bubbles forming during water boiling, and spray combustion. To study the physics of such phenomena and to broaden their application areas, simulations of multiphase flows with phase change are crucial. Therefore, in this thesis, a parallel front-tracking/finite-difference method is developed for interface-resolved fully 3D simulations of droplet evaporation. In this method, the mass, momentum, and energy conservation equations are solved on a 3D-Cartesian, uniform, fixed, staggered Eulerian grid while a Lagrangian grid is employed to track the interface between the liquid and vapor phases. The method is first validated for the classical d2-law. Then the method is applied to simulate the evaporation of a 3D Leidenfrost droplet.

Developing advanced techniques on modeling and system identification of piezoelectric energy harvesting systems

Ambient vibration is the most available and promising source of energy that can be converted into electrical energy through several techniques and be used for powering small electronic devices. The advantage of harvesting ambient vibration energy is the removal of external power sources like batteries with maintenance cost and chemical waste. Among the diverse methods for vibration-based energy harvesting, piezoelectric materials stand out for their impressive power density and adaptability in manufacturing across desired geometries and scales. Piezoelectric energy harvesters, also, enable the researchers to develop self-powered devices and systems, such as structural health monitoring of 2D components in marine, aerospace, and automotive structures. Vibration-based piezoelectric energy harvesting consists of a piezoelectric transducer structurally coupled with a vibrating host structure which provides kinetic energy to be converted into electrical energy. A harvesting circuit is also connected electrically to the piezoelectric for regulating the harvested electrical energy. The vibrating host structure has been extensively studied for beams with variable cross sections and several shapes. Plate structures, as an alternative to beams, are more suitable for piezoelectric energy harvesting not only because of their availability in practical applications but also because of capability of providing broadband energy harvesting. On the other hand, advanced electrical circuits have been introduced to provide stable electrical power flow i.e., DC power output, and improve the efficiency of the energy harvesting system. However, the research in the mechanical part overlooked the use of advanced harvesting circuits and also the studies in the electrical part is limited to simple vibrating structures considering only one vibration mode of structure as an equivalent mass-stiffness-damper system. Therefore, this thesis is dedicated to bridge the research gap between the electrical advancements and mechanical studies on piezoelectric energy harvesting. The first part of this work focuses on developing an analytical model for multi-modal piezoelectric energy harvesting on a thin plate structure integrated with an advanced harvesting circuit i.e., synchronized switch harvesting on inductor (SSHI). The analytical solution is developed based on an equivalent impedance approach to predict the steady-state electrical response of the harvester as a closed-form solution. The experiments are conducted to validate the analytical solution for the system's first and second vibration modes. The energy harvesting performance of the SSHI circuit is compared against the standard rectifier, showing 183% and 134% power output enhancement for the first and second vibration modes, respectively. Additionally, the experimental results reveal that integration of SSHI to a plate-like harvester introduces a multi-switching behavior rather than a standard single-switching behavior due to the multimodal vibrational characteristics of the plate. Equivalent circuit modeling (ECM) is a useful tool for piezoelectric energy harvesters to analyze the electromechanical response of the system especially when complex host structure geometries and nonlinear circuits are used in the harvesting systems. At the second part of the thesis, we present an experimental admittance-based system identification method that allows us to identify the multi-modal ECM without prior knowledge of the host plate's geometry and/or physical properties of the piezoelectric patches. Using the proposed experimental method, we obtain the electromechanical frequency-response admittance of the PEH system at each vibration mode, and thereby, we calculate the equivalent system parameters. Additionally, a novel experimental technique is presented for the identification of the equivalent voltage sources associated with each LCR branch of the ECM. The derived ECM is experimentally validated for single and multiple piezoelectric patch harvesters on a plate. The electrical frequency response of the system has been validated for standard AC and rectifier circuits using SPICE software. Overall, the proposed admittance-based system identification is an accurate and robust method to identify the equivalent system parameters, making it a practical and reliable tool for modeling piezoelectric energy harvesting systems.

A comprehensive investigation of the influence of vacuum conditions on the drying characteristics of textiles

Pulsed vacuum drying (PVD) is a novel drying technique that has gained attention in recent years. It is one of the techniques that has emerged to address the limitations of conventional drying methods. This study proposes a comprehensive investigation into the influence of vacuum conditions on the textile drying process. The research focuses on the utilization of both centrifugal vacuum pumps and pneumatic vacuum generators to create a controlled vacuum environment within a custom-designed vacuum drum. It also aims to examine the influence of PVD on textile drying characteristics. This will be achieved through a series of steps: first, a thorough analysis of the impact of the constant vacuum and pulsed vacuum process on the drying kinetics of textiles in a vacuum environment; second, identification and evaluation of optimal drying parameters, such as temperature, duration of the vacuum phase, and period of the atmospheric phase; and finally, development of a practical framework for simulating thermal and mass transfer during vacuum assisted drying. The accuracy of the simulations is confirmed through experimental results. The comparative study will extend to conventional dryers, with the aim of demonstrating the advantages and limitations of vacuum-assisted drying in terms of drying rate and total drying time. Through this investigation, the thesis aims to contribute valuable insights into the potential advancements in textile drying technology, with a focus on vacuum-assisted methods.

Temperature-controlled organ cooling jacket system for open and robotic-assisted surgeries

Cold ischemia plays a crucial role in open and robotic-assisted kidney transplants and partial nephrectomy surgeries, not only minimizing the risk of renal injuries but also extending the duration of the operation. Traditionally, the cooling process relies on the application of ice slush to the donor kidney during operation, a method prone to variability as the amount of ice slush is determined arbitrarily by the operating doctor. To address this issue, a novel approach is proposed, introducing a temperature-controlled organ cooling jacket. This innovative design incorporates auxiliary liquid circulation and refrigeration units, providing a controlled and consistent cooling environment. The cooling jacket, crafted from biocompatible materials through negative molding with 3D printed molds, represents a significant departure from the temperature-uncontrolled procedures prevalent in current practices. The development of the device is detailed in this study, covering the entire process from design conception to manufacturing techniques. The materials and methods employed in the production of the organ cooling jacket are discussed, highlighting the adherence to design constraints. The efficiency of the device is examined through ex vivo testing, shedding light on the promising results achieved. This comprehensive exploration encompasses the evolution of the proposed solution, offering valuable insights into its potential application in enhancing and implementing temperature-controlled cold ischemia in open and robotic-assisted kidney surgeries.

Scale dependence in mechanical behavior of silicon nanowires

Based on fabrication, characterization, and modeling, this thesis explores the multifaceted fundamentals of silicon nanowire mechanical behavior. Despite their significant potential as building blocks in nano electromechanical systems, studies on silicon nanowires have so far failed to converge to draw a comprehensive picture of the scale dependence of their fundamental mechanical properties. Aiming to clarify the existing lack of consensus in this field, nanowires obtained through top-down fabrication are tested in-situ in three-point bending configuration, where the monolithic technology provides i) well-defined boundary conditions without generating any interface, and hence any additional compliance, between nanowire samples and their supports and ii) ample space for accommodating bending deflections during testing. Metrology work is carried out for the quantification of both nanowire dimensions and intrinsic stresses. Bending behavior is then interpreted through a newly developed multiscale model that primarily incorporates the surface effect through surface-induced intrinsic stresses by considering the native oxide surface state and crystalline anisotropy of surfaces. This is achieved by a combined approach based on molecular dynamics simulations and modified core-shell model. Furthermore, the utilization of machine learning facilitated by comprehensive molecular dynamics simulations enhances the scope of the methodology established in this study, employing artificial intelligence as a practical instrument for understanding the nanomechanics of silicon nanowires. Finally, a thorough analysis of uncertainties attributed to the interplay between processing-structure-property in silicon nanowires is conducted. The findings 1) bridge the 10-nm barrier that exists between computational and experimental studies due to various challenges in both realms; 2) link the evolution of the modulus of elasticity to nanowire critical dimension through the parameterization of surface inhomogeneity. A stiffening trend is quantified with increasing critical dimension. Experimental trendlines are validated through independent analytical and machine learning methods enabled through atomistic simulations; 3) reveal theoretical strength limit achieved by nanowires below 20 nm. This robust finding is in stark contrast to a substantial body of literature on nanowires of similar dimensions reporting strength values ranging from a few MPa to 20 GPa; 4) yield a confidence level surpassing 95% for fracture strength and 85% for modulus of elasticity estimations of silicon nanowires via error analysis of systematic and random error sources; 5) shed light on the crucial influence of the native oxide on the mechanical properties of silicon nanowires. Following the miniaturization trend in electronics as predicted by Moore's law, silicon nanowires due to their minuscule size resulting in exceptionally high resonance frequencies and significant surface-to-volume ratios emerge as primary candidates for transducers in the next generation of miniaturized sensors based on nano electromechanical systems. Employing a methodology that integrates comprehensive theoretical and multi-scale modeling along with state-of-the-art fabrication and characterization techniques, a series of enduring issues related to the interpretation of the scale effect in silicon nanowires have been conclusively resolved. The same approach can be applied to other low-dimensional materials including SiC, ZnO, core-shell and alloy nanowires as well as 2D materials including MoS2 and WS2.

Çekirdek kırma makinasının dizaynı, imalat ve kırma verimliliğinin incelenmesi

Bu araştırmada, kayısı ve badem çekirdeklerinin ön elemeli kırılmasını sağlayan bir makinenin tasarımı ve imalatı yapıldı. Ondan sonra çekirdekler; farklı ıslatma sürelerinde (1,2,3 ve 4 saat), farklı çene açıklıklarında (7.5, 7.75, 8, 8.25 ve 8.5 mm) ve farklı devirlerde (50,115, 130 ve 180 d/dak) kırılarak denendi. Maksimum verimi gösteren grafikler hazırlandı. ANAHTAR KELİME: Çekirdek kırma makinası, kayısı.

Pencere sistemlerinde ısıl performansın araştırılması

Ill ÖZET Yüksek Lisans Tezi PENCERE SİSTEMLERİNDE ISIL PERFORMANSIN ARAŞTIRILMASI Faruk ORAL Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1996, Sayfa: 63 Binalarda kullanılması zorunlu bir ihtiyaç olan pencereler, yapı bölümlerinin doğal olarak aydınlatılması ve havalandırılması, içeriden bir görüş imkanı sağlaması, binayı tabiatın istenmeyen şartlarından koruması gibi görevleri sağladığından dolayı, insan yaşantısında önemli bir yer tutmaktadır. Günümüzde pencere tipleri oldukça değişik biçimlerde yapılmaya başlanmıştır. Ancak en ekonomik ve en uygun pencere tipi henüz kesin olarak belirlenememiştir. Bu nedenle, ısıl açıdan en uygun geometrili pencerenin tesbit edilmesi gerekir. Bu amaçla bu çalışmada; farklı geometrili ve yüzey şekilli pencere camlarının ısıl açıdan, teorik ve deneysel araştırılması yapıldı. Deneysel çalışmada, deney odası sıcaklığı sabit tutularak 6.5 °C dış sıcaklıkta aynı alanlı, farklı geometri ve yüzey şekline sahip pencerelerde, cam iç yüzey sıcaklıkları onbeş ayrı noktadan tesbit edildi. Pencere yüksekliği ile yerel Nusselt ve Grashof sayılarının değişimi grafiklere aktarılarak yorumlandı. Sonuşta, pencere geometrik şeklinin ısı kaybıyla ilişkili olduğu tesbit edildi. ANAHTAR KELİMELER: Pencere, Performans, Boyut

Machine learning assisted design of biomedical high entropy alloys with low elastic modulus for orthopedic applications

High entropy alloys (HEAs) have received considerable attention from the scientific community since the 2000s due to their excellent properties and potential to be used in various structural and functional applications. HEAs consist of multi-principal elements governing their final properties in addition to manufacturing methods and heat-treatment processes compared to traditional alloys, whose properties are governed by one main principal element. Therefore, understanding the effect of each element on the properties of HEAs is a complex process. Due to the "cocktail effect", one of the core four effects of HEAs, HEAs can attain unpredictable and outstanding performance superior to the performance of all constituent elements. Because HEAs consist of multiple elements, thousands of possible compositions can be developed, giving rise to different properties for the same family of HEAs. Hence, conventional trial-and-error methods become costly and inefficient in discovering new HEAs. A solution to this issue is using computational methods, such as density functional theory (DFT), molecular dynamics (MD), or machine learning (ML). However, DFT and MD are computationally expensive and time- consuming. On the contrary, ML is an efficient tool for establishing complex and non- linear relations between inputs and target property, making the new HEA discovery process faster and cheaper. In this thesis, three new biomedical HEAs, namely, Hf27Nb12Ta10Ti23Zr28, Hf30Nb14Ta10Ti28Zr18, and Hf12Nb16Ta35Ti29Zr8 were designed and developed utilizing ML. In the first chapter, Hf27Nb12Ta10Ti23Zr28 and Hf30Nb14Ta10Ti28Zr18 HEAs with low elastic modulus, closer to that of the bone, were predicted to reduce the "stress shielding" effect between the bone and implant material. Predictions were validated through experimental methods. In the second chapter, in order to enhance the antibacterial properties of HEAs developed in the previous chapter, they were coated with Ag via Physical Vapor Deposition (PVD). Specifically, the effect of PVD process parameters on Ag coatings' mechanical and ion release behavior was investigated. In the following chapter, the microstructure, surface oxide layer properties, and corrosion behavior of Hf27Nb12Ta10Ti23Zr28 and Hf30Nb14Ta10Ti28Zr18 HEAs were studied, revealing that they exposed superior corrosion behavior in simulated body fluid (SBF) and artificial saliva (AS) compared to conventional implant material, CoCrMo. Lastly, a new corrosion-resistant biomedical Hf12Nb16Ta35Ti29Zr8 HEA was developed utilizing ML in the fourth chapter. It was found that the produced ingot had a dendritic microstructure in the center and a homogeneous microstructure around the circumference. Samples cut from the homogenous part of the ingot showed outstanding corrosion resistance as opposed to the samples with dendritic microstructure and conventional implant material, CoCrMo. Overall, the findings of the thesis prove that ML methods can be utilized to discover new HEAs with desired properties.

Towards the development of an autonomous system for driver's drowsiness detection and alertness using a high-fidelity driving simulator

Precise quantification of microsleep (MS) resulting from sleep-disorder and drowsiness rising from insufficient rest in obstructive sleep apnea (OSA) drivers is crucial for preventing accidents. In this work, we propose three methodologies: (i) quantifying MS episodes by correlating driving simulator events with electroencephalography (EEG) patterns; (ii) detecting drowsiness by associating EEG patterns with visual-based scoring through adaptive thresholding for eye-aspect-ratio using OpenCV for face detection and Dlib for eye detection from video recordings; and (iii) optimizing EEG channels and features for their usability in wearable devices. We also propose an autonomous real-time drowsiness detection and alert system for actual bus drivers, aiming to alert drivers through vibrations produced by an electro-pneumatic vibrator located at the back side of the driver's seat and integrated with the existing tire inflation system. Fifty drivers diagnosed with OSA participated in a 50-minute driving simulation wearing six-channel EEG electrodes, while a frontal camera recorded their facial expressions. The first technique identified 970 out-of-road (OOR) events where the wheel and boundary contact lasted ≥ 1 second, and 1020 on-road (OR) events where the wheel and boundary disconnection lasted ≥ 1 second. Applying discrete wavelet transform, theta/alpha ratios were calculated for each event. We classified OOR events with higher theta/alpha ratio compared to neighboring OR episodes as true MS and those with lower ratio as false MS. Comparative analysis focused on frontal brain matched 791 of 970 OOR events with true MS episodes, outperforming other brain regions. Extending our analysis to all channels showed an even higher matching, correlating 923 (95.15%) of 970 OOR events with true MS episodes. We also quantified MS duration, with 95% of total episodes lasting between 1 to 15 seconds, and pioneered a robust correlation (r = 0.8913, p<0.001) between maximum drowsiness level and MS density. The second technique identified 453 drowsy (PERCLOS ≥ 0.3 or CLOSDUR ≥ 2 seconds) and 474 wakeful (PERCLOS < 0.3 and CLOSDUR < 2 seconds) episodes. By applying discrete wavelet transform, we derived ten EEG features and correlated them with visual-based episodes using various comparative criteria. We assessed that the theta-to-alpha ratio exhibited robust mapping (94.7%) with visual-based scoring, followed by the delta-to-alpha ratio (87.2%) and delta-to-theta ratio (86.7%) while considering all channels together. Notably, the frontal area (86.4%) and channel F4 (75.4%) aligned most episodes with theta-to-alpha-ratio, while the frontal, occipital regions, particularly individual channels F4 and O2, displayed superior alignment across multiple features. The third technique normalized ten EEG features for each visual-based episode, then computed seven different thresholding techniques to identify the most consistent method across subjects. Episodes were classified as either drowsy or wakeful based on feature-dependent criteria, evaluating whether their normalized values were above or below a specific threshold. We paired the EEG features into 45 combinations to determine the ideal pair in classifying each episode, in line with visual scoring. Among these, the pairing of PSD alpha and PSD theta in channels F4 and O2 achieved average coverages of 96.1% and 95%, respectively, with corresponding accuracies of 95.4% and 94.7%. These coverages slightly surpassed the results obtained using six channels and a single feature, with an increase of 1.47% for F4 and 0.32% for O2. Lastly, we presented a novel approach towards the development of real-time drowsiness detection and alert system for an actual bus. In conclusion, our work could potentially be employed to assess fitness-to-drive in OSA patients using a driving simulator, reduce hardware and computational demands, and pave the way for an effective real-time drowsiness detection and alert system for actual bus drivers.

Electronics-free passive ultrasonic communication link for deep-tissue sensor implants

Wireless communication technologies are critical for the non-invasive in-situ monitoring of vital signs in deep tissues. Wireless ultrasonic links demonstrated so far solved the shortcomings of electromagnetic wave-based communication methods. However, they either require highly customized and complex designs for the implant electronics or rely on physical changes in implanted metamaterials. This thesis proposes a novel wireless ultrasonic communication method for implantable applications. The method utilizes a small piezoelectric material used as an antenna, connected to a capacitive sensor in parallel. The capacitive changes occurring in the integrated sensor cause the resonance characteristics of the antenna to change. These changes can be captured by ultrasound pulse-echo measurements conducted by a broadband interrogator ultrasonic transducer. Thus, a wireless and electronics-free ultrasonic communication link can be realized for deeply implanted capacitive sensors. The ultrasonic antenna is designed based on the equivalent circuit modeling results. The bulk piezoceramic material selection is done considering the piezoelectric properties and availability. The fabricated antenna and the proposed communication method are characterized. Additionally, the antenna is integrated with a commercial capacitive pressure sensor and the proposed method is demonstrated in vitro at a depth of 5 cm in order to evaluate the systems's applicability using medically relevant pressures. The method demonstrates decent performance, with a maximum sensitivity of -236.2 Hz/pF. The proposed communication method enables simple implant design and fabrication, eliminates the need for integrated circuits and power harvesting circuitry, and offers flexibility in terms of sensor integration since any capacitive sensor can be integrated into the system.

Nomex (bal peteği) kompozit malzemesinin frezelenmesinin araştırılması

Kompozit malzemeler, çeşitli yapısal özelliklere sahip iki veya daha fazla malzemenin birleşimiyle oluşturulan malzemelerdir. Bu tür malzemeler genellikle bir matris ve güçlendirici lifler veya dolgu maddeleri içerir. Kompozitlerin özellikleri, kullanılan bileşenlerin türüne ve düzenlenmesine bağlı olarak değişkenlik gösterir. Nomex, bal peteği yapısında üretilen ve havacılık, uzay, denizcilik, otomotiv gibi sektörlerde sıkça tercih edilen bir malzemedir. Yüksek mukavemet, hafiflik ve yanmazlık gibi üstün nitelikler sunar. Çekirdek yapısı kare prizma, altıgen prizma gibi farklı geometri ve boyutlarda üretilebilir, ancak anizotropik yapıları nedeniyle işlenmeleri zordur. Bu tür kompozitler genellikle perçin ve cıvata gibi bağlantı elemanlarıyla birleştirilir ve CNC frezeleme işlemi ile bağlantı yuvaları veya istenen yüzeyler oluşturulur. Bu araştırmada, CNC frezeleme işlemi sırasında meydana gelen kesme kuvvetleri ve işlem sonrası oluşan delaminasyonlar incelenmiştir. Araştırmanın amacı, en uygun kesici takım geometrisi, fener mili hızı ve ilerleme hızını belirlemektir. Deneylerde cam lif prepreg kaplı Nomex balpeteği sandviç malzeme kullanılmış, helisel üç ağızlı (RRFE060) ve iki ağızlı kırıcı tip (RCFE060) kesici takımlarla çalışılmıştır. Farklı ilerleme hızları (150, 300, 450, 600, 750 mm/dk) ve fener mili hızları (2500, 7500 dev/dk) kullanılarak kanal açma yöntemi uygulanmıştır. Kesme kuvvetleri dinamometre ile ölçülmüş ve açılan kanalların görüntüleri üzerinden delaminasyon sonuçları değerlendirilmiştir. Genel olarak, fener mili hızı 7500 dev/dk iken kesme kuvvetlerinin ve kesilmemiş lif sayısının belirgin şekilde azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, ilerleme hızı arttıkça delaminasyonların arttığı ve kesme kuvvetlerinin yükseldiği görülmüştür. RRFE060 kesici takımla yapılan işlemede, RCFE060'a kıyasla daha yüksek kesme kuvvetleri elde edilmiştir.

Kelebek vanalarda bilgisayar yardımı ile konum denetimi

II ÖZET Yüksek Lisans Tezi KELEBEK VANALARDA BİLGİSAYAR YARDIMI İLE KONUM DENETİMİ Erol KILIÇKAP Fırat Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1997, Sayfa: 75 Kelebek vanaların çok küçük kuvvetlerle açılıp kapanmaları ve buna bağlı olarak da güç kayıplarının az olması nedeniyle, şehir şebeke suları ile arazi sulama kanallarından alınacak suların kontrolünde çokça kullanılmalarına neden olmuştur. Bu kontrollerde; vana elle, redüktörle, servomotorla ve pnömatik veya elektrikli aktuatörle açılıp kapanmaktadır. Kelebek vanaların açılıp kapanması için gerekli olan redüktörün tasarımı, imalatı ve bilgisayar ile uzaktan açılıp kapanmalarının incelenmesi için bir pilot deney seti hazırlandı. Bu hazırlanan sette, vanaya gelen akışkan kuvvetlerinin vanayı açmak veya kapatmak içinIll gerekli tork üzerine olan tesirleri araştırıldı. Bu araştırmada, önce tesisatta farklı basınçlar (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 daN/cm" ) uygulanarak kelebek vananın ilk açılma torkunun tespitine çalışıldı. Daha sonra da, vananın giriş ve çıkış kısmında basınç farkı (0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 2, 4, 6, 8 daN/cm2 ) oluşturularak, değişik klape açıklıklarında ( 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90° ) vanadan geçen akışkan debisinin vanayı açma torku üzerine olan etkileri tespit edildi ve elde edilen sonuçların değişim grafikleri çizildi. Bu çizimlerin sonucunda durumu daha da genelleştirmek için, boyutsuz sayılar kullanarak, sisteme uygun bir matematiksel modelin tespiti yapılarak araştırma tamamlandı. ANAHTAR KELİME: Kelebek Vanalar

Dizel yakıtına belirli oranlarda karıştırılmış pamuk yağının motor performansı ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması

I ÖZET Doktora Tezi DİZEL YAKITINA BELİRLİ ORANLARDA KARIŞTIRILMIŞ PAMUK YAĞININ MOTOR PERFORMANSI VE EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI Halit Lütfi YÜCEL Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1998, Sayfa: 121 Artan nüfus ve endüstrileşme dünya enerji tüketimindeki hızlı artışı beraberinde getirmekte ve bunun doğal sonucu olarak da enerji açısından yeni ve acil önlemlerin alınma zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Petrol sarfiyatının önemli bir bölümü tarımda ve ulaşımda olmaktadır. Tarımda ve ulaşımda kullanılan dizel motorlar için motorin yerine kullanılabilecek alternatif yakıtların bulunması önemli olacaktır. Bu çalışmada dizel motorlar için alternatif yakıt olarak pamuk yağı+motorin karışımlarının kullanılması halinde ortaya çıkabilecek problemlerin tespiti ile performans ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkilerinin tespiti amaçlanmıştır. Belirli oranlardaki pamuk yağı+motorin karışımları kullanılarak tek silindirli bir dizel motorun elemanlarının durumları incelenmiştir. Artan pamuk yağı yüzdesi ile silindir içerisinde kalıntı miktarının arttığı görülmüştür. Pamuk yağı+motorin karışımlarının yakıt olarak kullanılması halinde CO ve HC emisyonlarında motorine göre artış, NOx' te ise azalma elde edilmiştir. Motor gücü yaklaşık aynı seviyede kalmış, özgül yakıt sarfiyatı artmıştır. Motorda herhangi bir değişikliğe gidilmeden pamuk yağı+motorin karışımlarının kısa süreli çalışmalar için uygun olduğuna, uzun süreli çalışmalar için ise pamuk yağı oranının %30-40 oranından fazla olmaması gerektiği belirlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Pamuk yağı, alternatif yakıt, dizel motor

Güneş enerjisi destekli kayısı kurutma sistemi

Ill ÖZET Doktora Tezi GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLJ KAYISI KURUTMA SİSTEMİ Celal SARSILMAZ ( Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 1998, Sayfa: 164 Elazığ ve Baskil yöresinde yetişen kayısıların büyük bölümü her yıl artan oranlarda kurutularak tüketime sunulmaktadır. Açık sergilerde yerlere serilerek kurutulan bu ürünün dışsatımdaki payının da artması için kapalı ortamlarda ve sıhhi şartlarda kurutulması gereği vardır. Doğal kurutmanın hijyenik, ekonomik vb. olumsuzlukları nedeniyle insanoğlu tarih öncesinden beri alışılagelmiş usullerin yerine daha çağdaş uygulamaları koyma çabasındadır. Kurutma usulleri arasında doğal kurutmadan sonra en ekonomik olanı güneş enerjisiyle ısıtılan hava yardımıyla yapılan kurutmadır. Burada, kurutma havasının güneş enerjisiyle ısıtılmasını sağlayan ve doğal kurutmanın vereceği zararlardan koruyan, doğal kurutmadan sonra en ekonomik olan bir sistemin yapılandırılmasının ilk aşamasında, üç tesirli, genişletilmiş yüzeyli, özgün bir kolektör imali ile başlanmıştır. Daha sonra; yöremizdeki üretim potansiyeli dikkate alınarak, diğer kurutuculara kıyasla kayısı üreticilerinin az bir masrafla elde edip kullanabilecekleri, açık sergilerde geleneksel kurutma ile ortalama 10 gün olan kuruma süresini 2 güne indiren; kükürtlemenin aynı kurutucuda yapılmasıyla da hem zamandan ve hem de işçilikten kazanç sağlayan, her yönüyle orijinal olan ve tarafımızdan "Döner Sütunlu Silindirik Kurutucu" (DSSK) diye isimlendirilen kurutucudur, imal edilen bu kurutucu ile Elazığ ve Baskil yörelerinde yetiştirilen farklı büyüklük ve kalitedeki kayısıIV materyalinin optimum kurutucu hava hızı ve kurutucu devri ile homojen kurumanın sağlanması hedeflenmiş ve denenmiştir. Bu çalışmada; kayısının fiziksel ve kimyasal özellikleriyle birlikte karakteristik kuruma özelliklerinin belirlenmesi, güneş radyasyonu, dış hava sıcaklık ve nemi, havalı kolektör giriş-çıkış sıcaklıkları, kurutma odasındaki raflar arası sıcaklık ve oda içi nemi, kurutma odası giriş-çıkış sıcaklıkları ile giriş-çıkış nemleri, kurutma boyunca kayısı içi sıcaklık değişimi araştırılmış ve ayrıca güneş enerjisi destekli kurutucudan elde edilen kayısıların nem değişimleri ile doğal olarak açıkta kurutulan kayısılardan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca, toplayıcı ve kolektörün koalisyonu ile kayısıların kuruma hızı ve dönme hızının homojenliğe olan etkisi araştırılmıştır.

Değişik soğutma durumlarında dik kompozit plaklarda sıcaklık dağılımının zamana bağlı olarak araştırılması

ÖZET Doktora Tezi DEĞÎŞÎK SOĞUTMA DURUMLARINDA DİK KOMPOZÎT PLAKALARDA SICAKLIK DAĞILIMININ ZAMANA BAĞLI OLARAK ARAŞTIRILMASI Mehmet DURANAY Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı 1998, Sayfa: 205 Bu çalışmada, sonlu elemanlar metodu kullanılarak "L" şeklinde birleştirilmiş kompozit plakaların soğuma durumları incelenmiştir. Kompozit plaka olarak Çelik-Bakır, Çelik-Alüminyum, Çelik-Pirinç ve Pirinç-Bakır malzeme çiftleri seçilmiştir. Malzeme kalınlığı 1mm, 2mm, 3mm, 4mm alınarak ayrı ayrı çözümler yapılmıştır. Ayrıca soğutma ortamları da değiştirilerek farklı ortamlarda soğumanın etkileri araştırılmıştır. Farklı malzemeler için, birleşme bölgelerine yakın elemanlarda 44°C'yi bulan sıcaklık farklılıkları tesbit edilmiştir. Birleşme bölgesinde yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa bir geçiş bölgesi oluştuğu görülmüştür. Bu bölge her iki malzeme çifti yönünde toplam 27-35mm kalınlığında olduğu tesbit edilmiştir. Araştırmada deneysel ve sayısal çözüm sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER : Kompozit levha, L şeklinde levha, soğutma ortamı, sonlu elemanlar metodu.

Düz konik dişlilerin sayısal denetimli freze tezgahlarında hassas şekilde açılmasının tasarımı ve imalatı

ÖZET Doktora Tezi DUZ KONİK DİŞLİLERİN SAYISAL DENETİMLİ FREZE TEZGAHLARINDA HASSAS ŞEKİLDE AÇILMASININ TASARIMI VE İMALATI Mak. Yük. Müh. Cihan ÖZEL Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 2000, Sayfa: 141 Endüstride hassas olarak konik düz dişlilerin imal edilebilmeleri için özel amaçlı takım tezgahlarına gerek duyulması, bu dişlilere az sayıda ihtiyaçları olanlar için önemli bir engel teşkil etmektedir. Herhangi bir nedenle yenilenmesi gereken konik dişliler freze tezgahlarında modül çakılarla ancak yaklaşık olarak açılabildiğinden, hem çalışan dişli verimsiz olmakta, hem de birlikte çalıştığı dişlinin de ömrünü aşırı derecede kısaltmaktadır. Ülkemizde konik dişli açma tezgahları sayıca çok kısıtlı olduğundan, küçük işletmelerde hassas konik düz dişli açımı önemli bir sorun oluşturmaktadır. Bu çalışmada, son yıllarda ülkemizde de Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrollü genel amaçlı freze tezgahlarının yaygınlaşması göz önünde bulundurularak, küçükişletmelerdeki az sayıdaki konik dişli ihtiyaçlarını karşılamak üzere, bu tezgahlardan yararlanabilme olanakları ile genel bir programın geliştirilmesi konusunun araştırılması amaçlandı. Bu amaç için, ilk önce piyasada mevcut olan bütün konik dişli imalat yöntemleri incelendi. Bu yöntemlerin incelenmesinden sonra, piyasada kullanılabilecek yeni üç çeşit konik düz dişli açma şekli üzerinde duruldu. Bunlar sırasıyla; 1) Vargel tezgahında konik düz dişli açmak için kullanılan Matterson Aparatı, klasik freze tezgahına bağlandı ve herhangi bir özel çakıya ihtiyaç duyulmadan, parmak freze çakısıyla konik düz dişliler açıldı, 2) Dik İşlem Merkezli CNC freze tezgahında, Matterson Aparatı kullanılarak konik düz dişlilerin imalatının yapılması konusu düşünüldü. Bunun için, tamamen yeni bir konik freze çakısı tasarlanarak imal edildi. Bu çakı ile konik dişlinin sağ ve sol diş profillerinin açıla bilmesi için, farklı iki CNC programı hazırlanarak, konik düz dişliler imal edildi, 3) Yardımcı bir aparat kullanmadan, CNC Dayna freze tezgahında konik düz dişlilerin açılması için, CNC imalat programı hazırlanarak konik düz dişlilerin açılması sağlandı. Bu üç yoldan imal edilen konik düz dişliler ile piyasada kullanılan Doğu Alman malı ve özel konik düz dişli açma tezgahı olan ZFTK 250/1' de de aynı ölçülerde konik düz dişliler açılarak, hatve ve yüzey pürüzlülük miktarları karşılaştırılıp araştırma tamamlandı. Anahtar Kelimeler: Konik düz dişli, Matterson Aparatı, CNC Freze Tezgahı, Özel konik freze çakısı.

Çekme etkisinde bir kenarı ankastre ve ortasında dikdörtgen delik bulunan düzlem kompozit levhalarda gerilme analizi

Ill ÖZET Yüksek Lisans Tezi ÇEKME ETKİSİNDE BİR KENARI ANKASTRE ve ORTASINDA DİKDÖRTGEN DELİK BULUNAN DÜZLEM KOMPOZİT LEVHALARDA GERİLME ANALİZİ Mete Onur KAMAN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı 2000, Sayfa: 169 Bu çalışmada kompozit malzemeden imal edilmiş, ortasında dikdörtgen delik bulunan, bir ucu ankastre ve uniform yayılı çeki yüklerine maruz kalan düzlem levhalarda elasto-plastik gerilme analizi yapılmıştır. Malzeme olarak alüminyum matriks ve çelik fiberden oluşmuş çelik alüminyum kompoziti seçilmiştir. Çalışmada sonlu elemanlar metodu kullanılarak sayısal çözüm yapılmıştır. Çözümde dokuz düğümlü izoparametrik sonlu elemanlar kullanılmıştır. Düzlem levha ortasındaki dikdörtgen deliğin boyutları değiştirilerek farklı boyutlar için ayrı ayrı sonuçlar bulunmuştur. Uniform yayılı çeki yükleri, ilk akmayı başlatan değerden itibaren kademeli olarak artırılarak farklı fiber takviye açılarında levhalara uygulanıp elasto- plastik gerilme analizi yapılmıştır.rv Analizler sonucunda kompozit levhada gerilme yığılmasından dolayı ortaya çıkan akma nedeniyle artık gerilmeler elde edilmiştir. Elde edilen artık gerilmelerin delik etrafındaki dağılımı, farklı delik boyutları ve takviye açıları için grafikler halinde sunulmuştur. Ayrıca kademeli olarak artırılan yüklemeye bağlı olarak, akmaya katılan düğümlerden elde edilen plastik bölge yayılışı incelenmiştir. Sonuçta delik boyutları arttıkça iç gerilmelerin de arttığı görülmüştür. Ayrıca takviye açısının her değeri için uniform yaydı çeki yüklerinin artmasıyla, levha üzerindeki gerilmelerin değeri ve plastik bölgelerin alam artmıştır. Aynı delik boyutları ve yükleme için takviye açısının artmasıyla, plastik bölgeler de genişleme elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler : Elasto-plastik gerilme, sonlu elemanlar metodu, kompozit malzeme, artık gerilme.

Modelling and simulation of the cardiovascular system and the Istanbul heart ventricular assist device

Heart transplantation rates are limited due to high donor heart rejection rates and the rising number of heart failure (HF) patients due to a growing and ageing population. Left Ventricular assist Devices (LVADs) are increasingly being implanted as a buttress against advanced-stage heart failure. However, they are associated with a multitude of complications. LVAD design and development is a thorough pro cess involving many steps before they can acquire approval from regulatory bodies, involving virtual testing in-silico, verification of the results in-vitro, validation of performance in animals, i.e., in-vivo, and ultimately clinical trials. As we progress along its different phases, the development process becomes more complex, less controllable, and more costly. Under such circumstances, reliable pre-clinical evaluation becomes imperative. The current work makes use of two pre-clinical models namely numerical modelling and mock circulatory loops. An intuitive and knowledge-based approach to numerical modelling is adopted whereby model components are con nected in a topological manner without explicitly coding model equations. Mathworks' Simscape (TM) modelling environment is used to develop a comprehensive and real-time executable model of the cardiovascular system (CVS) and the Istanbul Heart (iHeart) VAD. The CVS model is developed by combining existing models and the VAD model is an analytically-derived model calibrated using iHeart VAD's characteristic data. A baseline is established by calibrating the CVS model with healthy heart parameters. Parameters for Dilated Cardiomyopathy (DCM), a sub set of Heart Failure with Reduced Ejection Fraction (HFrEF), are collected from published patient data and disease modelling is conducted using statistically pooled values. To simulate iHeart VAD support, it is anatomized to the left ventricle apex and the ascending aorta in Simscape (TM). CVS-VAD modelling is applied for in-silico adaptation of hemodynamic ramp testing, an invasive clinical procedure which can potentially support clinical decision-making before conducting such an invasive procedure by exploring the possibility of improvements preemptively. It is also used to conduct a full factorial design of experiments to study the functional relationships between CVS parameters and LVAD suction speed which can be used to guide the development of suction detection and avoidance control algorithms. CVS-VAD model is also used to develop a numerical-hydraulic hybrid mock circulatory loop to study the behaviour of the iHeart VAD in-vitro. The adopted modelling approach results in a more realistic replication of the physiological environment an LVAD is exposed to. A comprehensive framework for the pre-clinical evaluation of mechani cal circulatory support devices is provided. Due to its object-oriented and modular nature, the featured model can be readily modified for other cardiovascular diseases. In addition to facilitating LVAD research, the presented work provides a teaching tool for understanding the pathophysiology of heart failure, diagnosis rationale, and degree of assist requirements. Utilization of in-silico and in-vitro approaches provide complementary information, allowing device behaviour and performance prediction and enhancing model accuracy.

Boru girişinde enjektörlü türbülans üreticisi bulunan ısı değiştiricilerinde ısı transferinin ve basınç düşüşünün incelenmesi

m ÖZET Yüksek Lisans Tezi BORU GİRİŞİNDE ENJEKTÖRLÜ TÜRBÜLANS ÜRETİCİSİ BULUNAN ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİNDE ISI TRANSFERİNİN VE BASINÇ DÜŞÜŞÜNÜN İNCELENMESİ Gülşah ÇAKMAK Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı 2000, Sayfa: 100 Bu çalışama da konsantrik tip ısı değiştirgeçlerinde ısı transferinin iyileştirilmesi amacıyla iç borunun giriş bölgesine değişik çap ve sayıda düzgün ve üçgen sıralı enjektör(swirl elemanlar) yerleştirilerek sıcak havada swirl hareket oluşturulmuştur. Bu amaçla değişik dönmeli akış üreticileri(enjektörler) deneysel olarak test edilmek için hazırlanmıştır. Bu elemanlar değişik çap ve sayıda enjektör içeren kapak şeklinde olup iç borunun giriş bölümüne kolaylıkla takılıp sökülebilmektedir. Sıcak hava ve soğuk su sırayla iç boru ve annular aralıktan geçmektedir. Deneyler değişik Reynolds Sayılarında zıt ve paralel akışlar için yapılmıştır.IV Deneylerde kullanılan swirl elemanların(enjektör) sayısının artması ve çapının azalmasıyla ısı transferi artmıştır. Ayrıca üçgen sıralı durumda bu iyileşmeler daha fazla olmuştur. En yüksek iyileşme üçgen sıralı, en küçük çaplı, beş sıralı swirl elemanında zıt akışlı ısı değiştirgeci modunda görülmüştür. İç boru girişinde takılan elemanlar nedeniyle meydana gelen basınç kaybı nedeniyle ilave akış enerjisi swirl elemanın ısıl kazancı yanında daha düşük kalmıştır. Elde edilen sonuçlara göre swirl elemanlı ısı değiştirgecinin swirl elemansız ısı değiştirgeci ile kıyaslanmasıyla ısı transferinde % 190 iyileşme olduğu görüldü. İç borunun girişme yerleştirilen bu elemanların kullanılmasıyla aynı kapasitede fakat daha küçük boyutta ısı değiştirgeci elde etmenin mümkün olduğu gösterildi. Anahtar Kelimeler: Isı Değiştirgeci, Dönmeli akış, Enjektör.

Aeroakustiğin temel denklemleri

Ill ÖZET YÜKSEK LİSANS TEZİ AEROAKUSTİĞİN TEMEL DENKLEMLERİ Fili/. ÖZGEN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı 2000, Sayfa: 104 Acroakustik, akışkan içinde sesin dağılımı ile ilgilidir. Çalışmamızda aerodinamik gürültü teorisinin anlaşılması için gerekli olan bazı fiziksel düşünceler incelenmiş ve çullanılan temel denklemler çıkarılmıştır. Çıkarılan bu denklemler yardımıyla akışkan içinde cayılan hız, yoğunluk ve basınç değişimleri incelenmiştir. Bu değişimler birer rahatsızlıktır. Rahatsızlıklar çok küçük olduğu için uzun mesafelere yayılmamaktadır. Akım uniform ve akışkan sıkışamaz kabul edilmiştir. Uniform akım olduğundan x loğrultusundaki değişimlerin yanında y ve z doğrultusundaki değişimlerin ihmal edildiği cabul edilmiştir. Rahatsızlıklar çok küçük ve uzun mesafelere yayılmadığı için viskozitenin /c ısı iletiminin etkisi de ihmal edilmiştir. Bu çalışmada aeroakustiğin denklemleri üzerinde durulmuş ve elde edilen rahatsızlık Icnklcmlcri Fortran 77 bilgisayar dilinde hazırlanan bir program yardımıyla sonlu farklar netodu kullanılarak sayısal olarak ve Couclıy Teoremi kullanılarak da analitik olarak çözülmüştür. Sonuçlar, Ax ve At'nuıı arasındaki ilişkiye bağlı olarak eşit ya da farklı julunmuştur. Ayrıca bu sonuçlara uygun grafikler çizilmiş, bu grafiklerde rahatsızlığın dalga lalindc küçülerek yayıldığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Aeroakustik, rahatsızlık.

Effect of finger orientation on contact stiffness and area during sliding on a smooth surface

Earlier experimental studies showed that the apparent contact area of human fingerpad shrinks and eventually reaches a steady-state value as it slides on a smooth surface, although the root causes of this reduction have not been fully understood yet. We hypothesize that finger rotation about its axial axis and the movement direction play critical roles in the area change. To test this hypothesis, we conducted an experimental study to investigate the evolution of apparent contact area between human fingerpad and a smooth flat surface under normal loading (stationary finger) and combined loading (sliding finger) conditions for 4 different internal rotations of the index finger (away from the second finger) about its axial (longitudinal) axis and 2 different sliding directions. Our results show a reduction in the contact area for radial sliding as expected, but a surprising increase in the ulnar direction for the higher finger rotations. We argue that this asymmetric behavior in contact area evolution stems from the changes in the equivalent radius of curvature and stiffening of the finger as the rotation angle increases, which manifests itself as the asymmetric stress distribution at the leading and trailing edges of the fingerpad in our finite element simulations.

A machine learning approach to resolving conflicts in physical human-robot interaction

As artificial intelligence techniques become more sophisticated, we anticipate that robots collaborating with humans will develop their own intentions, leading to potential conflicts in interaction. This development calls for advanced conflict resolution strategies in physical human-robot interaction (pHRI), a key focus of our research. We use a Machine Learning (ML) classifier to detect conflicts during co-manipulation tasks to adapt the robot's behavior accordingly using an admittance controller. In our approach, we focus on two groups of interactions, namely "harmonious" and "conflicting", corresponding to the cases of the human and the robot working in harmony to transport an object when they aim for the same target and human and robot are in conflict when human changes the manipulation plan such as a change in the direction of movement or parking location of the object, respectively. Co-manipulation scenarios were designed to investigate the efficacy of the proposed ML approach, involving 20 participants. Task performance achieved by the ML approach was compared against three alternative approaches: a) a Rule-Based (RB) Approach, where interaction behaviors were rule-derived from statistical distributions of haptic features; b) an unyielding robot that is proactive during harmonious interactions but does not resolve conflicts otherwise, and c) a passive robot which always follows the human partner. This mode of cooperation is known as "hand guidance" in pHRI literature and is frequently used in industrial settings for so-called "teaching" a trajectory to a collaborative robot. The results show that the proposed ML approach is superior to the others in task performance. However, a detailed questionnaire administered after the experiments, which contains several metrics, covering a spectrum of dimensions, to measure the subjective opinion of the participants reveals that the most preferred mode of interaction with the robot is surprisingly passive. This preference indicates a strong inclination towards an interaction mode that gives more control to humans and offers less demanding interaction, even if it is not the most efficient in task performance. Hence, there is a clear trade-off between task performance and the preferred mode of interaction of humans with a robot, and a well-balanced approach is necessary for designing effective pHRI systems in the future.

Permeability modeling and electric-hydraulic analogy for unidirectional tows

This study investigates the permeability of fiber tow domains using ANSYS Fluent simulations and an approximation method based on an electric-hydraulic analogy derived from Darcy's Law and Ohm's Law. The permeability of a hexagonally distributed fiber structure is calculated using a representative unit cell modeled in ANSYS Fluent. Fibers are modeled as solid regions, allowing resin to flow through the spaces between them. Permeability is determined by applying Darcy's Law to the computed flow rate, showing strong agreement with Gebart's analytical solution. In a larger scale, the overall permeability is determined by simulating resin flow through a unit cell of ten fiber tows, where tows are treated as porous regions with resin flowing through both inter-tow and intra-tow channels. A variety of tow distribution scenarios are examined, including manually designed extreme cases and random distributions generated in MATLAB, emphasizing the impact of tow spacing perpendicular to the flow direction on flow channels and permeability. The permeability approximation method aligns with simulation results, while significantly reducing computational cost and time. Key factors such as domain size, tow spacing, and intra-tow porosity are analyzed. Comparisons between simulated and approximated permeabilities highlight the limitations of the method under varying domain sizes and intra-tow porosities. The results show that the approximation improves in accuracy as intra-tow porosity decreases and domain height increases, due to the predominance of resin flow in inter-tow channels. This study's primary contribution is offering a scalable and efficient permeability prediction approach applicable to a range of tow configurations, providing valuable insights for optimizing resin flow in composite manufacturing processes.

Petrol boru hatlarında sürtünme kayıplarının azaltılması

m ÖZET YÜKSEK LİSANS TEZİ PETROL BORU HATLARINDA SÜRTÜNME KAYIPLARININ AZALTILMASI Tarkan KOCA Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 2001,Sayfa:74 Günümüzde akışkan iletiminde boru hatları veya boru sistemleri kullanılmak tadır. Bu boru sistemlerinin dizaynı en fazla verimi elde edebilmek için çok önemlidir. Boru hatları sistemlerinde "Kayıp Enerji" küçümsenmeyecek kadar çoktur. Bu kayıpları en aza indirmek için klasik yöntemlere ilave olarak özel kimyasal bileşimleri de kullanmak son zamanlarda uygulanan yöntemlerdendir. Bu çalışmamızda boru hattı boyunca akan akışkana polimer zincirli kimyasal maddelerin belirli oranlarda ilave edilmesiyle enerji kayıplarındaki azalma teorik ve pratik olarak araştırılmıştır. Yapılan çalışmada boru hatları boyunca meydana gelen enerji kayıpları tanıtıl mış ve bu kayıpların azaltılma yöntemleri incelenmiştir. Alamı kötü yönde etkileme ö zelliği olmayan polimer zincirli kimyasal maddelerin ilavesinin verim ve ekonomi açı sından sağladığı faydalar anlatılmıştır.Sonuç olarak petrole bir miktar kimyasal madde nin ilave edilmesiyle, boru hatlarında debinin %8 lere kadar arttığı görülmüştür. 465 numaralı projemi Fırat üniversitesi araştırma fonu desteklemiştir. Anahtar Kelimeler: Petrol, kimyasal madde (Arcopla),sürtünme kaybı,enerji

Gözenekli yapı taşlarında ısı iletim parametrelerinin incelenmesi

ÖZET YÜKSEK LİSANS TEZİ GÖZENEKLİ YAPI TAŞLARINDA ISI İLETİM PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ Atilla Gencer DEVECİOGLU Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı 2001, Sayfa : 41 Bu çalışma, Anadolu'nun bir çok yöresinde bina yapı elemanı olarak kullanılan gözenekli yapı taşlarında ısı iletim katsayısının kuramsal ve deneysel olarak tespiti için yapılmıştır. Kuramsal çalışma bölümünde, gözenekli taşın ısı iletim katsayısının hesaplanmasında kullanılacak matematiksel bir model geliştirilmiştir. Modelde, taş içerisinde rast gele dizilmiş ve kompleks geometrik şekle sahip gözeneklerin, küp şeklinde olduğu kabul edilerek, yapıdaki gözeneklerin hacimsel olarak toplam büyüklükleri porozite parametresi ile yer almıştır. Porozite parametresinin hesabında yoğunluk yöntemi kullanılarak çözüme gidilmiştir. Matematiksel modelde, porozitenin haricinde, taş matrisinin ısı iletim katsayısı ile gözenek içi gazın ısı iletim katsayısı da önemli bir parametre olarak yer almıştır. Deneysel çalışma bölümünde, geliştirilen matematiksel bağıntının kullanılabilirliğini araştırmak üzere, Diyarbakır, Batman, Mardin, Şanlıurfa ve Adıyaman illerinde ve çevresinde, yoğun bir şekilde bina yapı elemanı olarak kullanılmakta olan sekiz adet yöre taşı kullanılmıştır. Taş ocaklarından blok kütleler halinde temin edilen taşlar deneylerde kullanılmak üzere uygun ölçü ve şekillerde kesilerek numunelerIII hazırlanmıştır. Isı iletim katsayılarının kuramsal ve deneysel sonuçlan karşılaştırılarak matematiksel modelin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Ayrıca, incelenen yöre taşlarının diğer ısıl ve mekanik özellikleri de deneysel olarak tespit edilerek, bina yapı elemanı olarak gerçekte ne gibi özelliklere sahip olduğu ortaya konmuştur. Anahtar Kelimeler : Gözenekli taşlar, gözeneklilik. ısıl iletkenlik..-. ¦¦¦^''f^-n

Lamel grafitli dökme demirlerin tornalanmasında kalem ile parça arasında meydana gelen gerilim farklarının araştırılması

III ÖZET Yüksek Lisans Tezi LAMEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERİN TORNALANMASINDA KALEM İLE PARÇA ARASINDA MEYDANA GELEN GERİLİM FARKLARININ ARAŞTIRILMASI Ahmet YARDIMEDEN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı 2001, Sayfa: 103 Bu çalışmada; Çelik (Ç1020), Pirinç (%79Cu, %20Zn ve %lPb) ve 4 farklı tip dökme demir malzemeler, 12x12x160 mm boyutlarında HSS torna kalemi ile çeşitli kesme hızlarında (125, 250, 355 dev/dak), çeşitli devir başına ilerlemelerde (0.16, 0.32, 0.48 mm/dev) ve çeşitli paso derinliklerinde (0.5, 1, 1.5 mm) işlenerek, elde edilen voltajlar ölçüldü. En büyük voltaj değerleri kullanılarak bir matematiksel model geliştirilerek çalışma tamamlanıldı. Anahtar Kelimeler: Torna, dökme demir, potansiyel farkı.

Tel erozyon tezgahında tel aşınmasının ve yüzey pürüzlülüğünün deneysel olarak incelenmesi ve modellenmesi

III ÖZET DOKTORA TEZİ TEL EROZYON TEZGAHINDA TEL AŞINMASININ VE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ VE MODELLENMESİ Makina Yük. Müh. Nihat TOSUN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı 2001, Sayfa: 107 Tel erozyon ile kesmenin en önemli performans karakteristikleri, kesilen yüzeyin yüzey pürüzlülüğü, kesme hızı ve kesme aralığıdır. Bu performans karakteristiklerinin mikro ölçekte fiziğinin tespit edilebilmesi için, krater bazında tel elektrot aşınmasının ve iş parçası yüzey pürüzlülüğünün incelemesi gereklidir. Bu çalışmada, tel elektrot üzerinde oluşan krater çapının ve derinliğinin puls süresi, tel ilerleme hızı, gerilim ve dielektrik sıvı püskürtme basıncı ile gösterdiği değişim deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Krater boyutları bir mikroskop yardımıyla ölçülmüştür. Deneylerde, 0.25 mm çapında pirinç tel ve iş parçası malzemesi olarak da Ç 4140 çeliği kullanılmıştır. Yapılan varyans analizi sonucu teldeki krater boyutları, telin ağırlık kaybı ve iş parçası yüzey pürüzlülüğü üzerinde puls süresi ve gerilimin etkisi tel ilerleme hızı ve dielektrik sıvı püskürtme basıncına nazaran daha fazla olduğu saptanmıştır. Elde edilen deney sonuçları grafik olarak sunulmuş, daha önce yapılan çalışmalarla karşılaştırılmış ve regresyon analiz yöntemi kullanılarak matematiksel olarak modellenmiştir. Anahtar kelimeler: Tel erozyon, krater boyutları, tel aşınması, iş parçası yüzey pürüzlülüğü, varyans analizi, regresyon analizi. / ¦"; * \ 4 '*»,.:¦ ı '"¦ Ti I 'f- *¦-.¦ ¦'.>'§¦