5,769
Archived Theses
6
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Experimental and numerical vibration analysis of the gun control unit column with isolator
A remote-controlled weapon system can be integrated into the naval and ground platforms. The weapon system and its sub-units are exposed to the vibration that comes from the platform on which the weapon system is fitted. The weapon system and its sub-units are expected to withstand vibration-related failure throughout its life. Therefore, the fatigue analysis is carried out for the weapon system during the design process. The system is used in the tracked military vehicle. Hence, the tracked vehicle vibration test procedure is applied to the control column by using the shaker. As a result of the test, the control column was broken from part of the base. This thesis is aimed to obtain a control column that will preserve its structural integrity after vibration test and to develop a finite element model of the weapon control unit validated with experimental modal analysis results. In the first part of the thesis, a neoprene absorber is designed and added to the structure in order to prevent fatigue damage. In the second part of the thesis, an accurate finite element model of the gun control unit is developed. At first, experimental modal analysis is performed. The experimental modal analysis result is used to create a reference model. In addition, the elasticity modulus of the neoprene is determined with the help of the tensile test. Then the finite element model is updated according to the test results, and the finite element model is validated.
Designing universal yoke structure of suspension and release system with topology optimization for fighter aircrafts
In the aviation industry, a design with a sensitive and low margin is more important than any vehicle production. Within the scope of this study, the design road map of a product intended to be used in fighter aircraft is explained and it is aimed to bring an example study to the literature of our country. Due to the maneuvers of the fighter aircraft and the environmental conditions, it was desired to find out which loads were affected on this structure. Weapon systems were selected as sample application, duties and working principles of the suspension and release systems were explained in detail. General literature and studies about ejector release units and weapons were examined, information was given about structural design and lightening studies. Then, loads on the ejector release unit and weapon due to the movements and environment of the fighter aircraft were calculated. In addition, the forces required to safely separate these weapons from the aircraft were explained and included in the process. A multi-purpose and compatible yoke structure has been considered for the purpose of carrying air-air and air-surface weapon with the same release system, which has not been applied before. The yoke structure is modeled in the SolidWorks program according to the requirements. The material selection from alternatives is aimed to be realistic in terms of our country's literature and opportunities. In the ABAQUS program, design spaces and constraints were selected and analyzed using the finite element method under different multi load cases of beyond vision missile and 1000lb bombs. Necessary weight reduction and topology optimization studies were carried out with the TOSCA module in the analysis program. The surface smoothing process was applied to this yoke structure which was optimized and lightened after the design. Different yoke design alternatives that can be considered separately for bombs and missiles were also subjected to relevant loads and the resulting stress values were examined, compared with the current results of the optimization geometry, and the multi-purpose designed structure was evaluated to be efficient. This structure, which was calculated as 705 grams after optimization, decreased to the desired weight level. In the case of maximum loading, 2 as a safety factor has been chosen for the material yield value. Since the yield strength of the material 17-4PH H1025 is 1170 Mpa, the analysis results should be less than 585 Mpa. As a result, the maximum stress in the yoke calculated as 521 MPa and this strength remained below the limit. It was concluded that this geometry would not create a risky situation for safe flight and seperation after designing with topology optimization.
Energy absorber design and analysis for military utility helicopter troop seats
In most of the helicopter platforms, usage of vertical or sideward ejection seats are not preferred since it is not practical considering the existence of the rotating main rotor blades on top and the spinning action caused by the main rotor which could yield uncontrolled behavior during jettisoning. In addition, it is not possible to provide ejection seats for each and every occupant on board. Therefore, to increase the chance of survivability of occupants, helicopter platforms and their components such as landing gear, fuselage and seats shall be designed crashworthy especially in vertical direction. Considering the importance of the seat for crashworthiness assessment, it becomes critical to investigate on seat energy absorption in a comprehensive way. According to regulations or military design standards, helicopter seats shall absorb some fraction of crash energy via plastic deformation mechanisms to save the life of the passengers during a crash. Accordingly, helicopter seats shall be qualified and shall be dynamically tested with the test scenarios provided in the applicable design standard. In this thesis study, a tube-stud type energy absorption system is designed and integrated into a simplified troop seat to verify its performance in dynamic test conditions specified by MIL-S-85510. In order to absorb the crash energy and to decrease the load transferred to the occupants to the acceptable levels, the studs plastically deform the tube and decrease its diameter. The energy absorber concept is analyzed with dynamic explicit workbench of ABAQUS® and then tested in METU Central Lab Mechanical Testing Laboratories. After the correlation of the analyses and the test results, the energy absorber system is integrated into a simplified military troop seat and then analyzed to simulate the crash test scenario. The crash pulse provided in the MIL-S-85510 is applied and the results are evaluated.
Investigation of effects of bird strike on a rotary-wing aircraft
Bird strike incidents have been important issue since begining of aviation, and importance of bird strikes increase day by day. Number of bird strike incident are going to continue increasing because of developing aviation industry and increasing air traffic. Airspeed of rotary wing aircraft changes with pitch angle. Therefore, effect of bird strikes at different airspeeds changes with not only airspeed but also impact angle. Within the scope of this study, effect of bird strike on a rotary wing aircraft was investigated and it is aimed to bring an example study to the literature of our country. After history of bird strike was mentioned chronologically, information was given about effects of bird strike incident to general aviation and helicopters which are rotary wing aircraft. Also, one helicopter crash occured because of bird strike was mentioned. After giving information about applying forces on flying helicopter and explaining how helicopters fly, impact scenarios were determined for anayses. Finite element methods were explained and compared with each other for bird strike analysis. After defining a geometry, dimensions and density of bird, analyses were done using each bird geometry using Lagrangian, SPH and ALE methods according to speed and mass given in literature. Results were evaluated and the optimal finite element method–bird shape combination was determined.Strike analyses were done using determined finite element method – bird shape combination in accordance with data of previous experimental bird strike study before analysis setup was verified. After defining impact surface, impact speed and strike angle, final analyses were done at 80, 85, 102, 110 ve 120 knots impact speeds with excluding effect of strike angle and including effect of stike anglei respectively. Finaly, effects of bird strike on a rotary-wing aircraft were investigated.
Development of a metric system to evaluate the performance of passenger cars in frontal crash tests
Passenger safety during a collision is a criterion taken into account in automobile designs. For this reason, it is aimed to design the vehicles in such a way that the people inside the vehicle, especially the driver and passengers, are least damaged in the collision. Some autonomous organizations subject new vehicles to tests to examine how well they meet criteria such as passenger and pedestrian safety before they are put on the market. The National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) is one of these organizations. It evaluates vehicle safety from different aspects since 1979 under a program called the New Car Assessment Program (NCAP) [1] and then scores vehicle safety with a "5 Star" metric evaluation together with a detailed report. Crash tests are basically created by crashing the vehicle into a determined type of obstacle at a specified speed. Mannequins equipped with sensors called dummy are placed at various points in the vehicle that will carry out the collision. The scoring system, on the other hand, is created by scaling the sensor data levels of vehicle crash performance equivalent to serious injury in dummies. In the thesis, the crash tests made in NCAP will be done by comparing the sensor data taken from different points on the vehicle and from the dummies. After this comparison, instead of a metric system that gives a single total result corresponding to vehicle crash performance, it is aimed to evaluate vehicle crash performance with two different metric systems which are vehicle structural performance and restraint system performance. In the collision scenario, full-width rigid barrier collisions, defined as "full-width rigid barrier (FWRB)" will be examined. While the structural performance of the vehicle is defined as the concepts that absorb the vehicle kinetic energy with factors such as plastic deformation, vibration and sound during the collision, restraint systems will be defined as the factors that ensure the safety of the occupant with the aid of seat belt and airbag in the collision. While aiming to create a new crash performance score based on these two separate factors, new parameters related to acceleration and speed, which have not yet been defined for vehicle safety, are determined.
Optimization of composites used in sound insulation in split type outdoor unit system with theory, modelling and experimental result
Noise reduction strategies play a critical role in enhancing the acoustic performance of heating, ventilation, and air conditioning systems (HVAC) directly influencing user satisfaction. This study explores advanced experimental and modeling methodologies to optimize multilayered soundproofing composites for use in split-type outdoor air conditioning units. Measurements were conducted in a full anechoic chamber to ensure precision and eliminate environmental interference. A comparative analysis of four composite configurations was performed, focusing on their material properties and structural designs. Results indicate that optimizing both the compressor operating frequency and the composite layering significantly improves noise reduction. The best performance was observed at 100 Hz compressor frequency using a five-layer hybrid composite, achieving an overall sound pressure level of 46.6 dB(A). Notably, tonal peaks such as the third harmonic at 325 Hz were eliminated following compressor frequency adjustment. In the high-frequency range, the five-layer S4 structure provided up to 4.9 dB additional SPL reduction at 5460 Hz. These findings confirm that a dual-domain approach which includes mechanical tuning of the compressor and acoustic engineering of multilayer composites can achieve perceptually significant improvements in HVAC noise performance. The proposed configuration is retrofit-compatible and was developed in direct response to a real-world tonal noise complaint, highlighting its practical applicability. This study demonstrates the effectiveness of integrated experimental and modeling approaches for practical and theoretical advancements in HVAC acoustics.
Mekanik alaşımlama ve sıcak presleme ile üretilen magnezyum kalsiyum alaşımlarının mikro yapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Toz metalurjisi (TM), üreticilere diğer imal usullerine göre büyük avantajlar sunan bir üretim yöntemidir. Biyobozunur Mg alaşımları demir ve çinko alaşımlarına göre üstün özelliklere sahiptir. Magnezyum esaslı alaşımların yüksek bozunma hızı ve kayıpları sebebiyle kullanımları sınırlıdır. Bu çalışmada toz metalurjisi yöntemiyle üretilen biyobozunur Mg ve Ca tozlarının mekanik özelliklerini tahmin etmek için istatistiksel model CCD tasarımı kullanılarak yüksek mekanik performans sergileyen Mg-xCa alaşımları geliştirilmiştir. Anova analizi ve regresyon denklemi modelin doğruluğunu göstermiştir. Mg ve Ca tozları değişik sürelerde 11.99-14.43-18-21.5-24 saat alaşımlama işlemine tabi tutulmuş ve MA sonrası tozların tane boyut ölçümü ve SEM EDS, XRD analizleri yapılmıştır. Tozlar tek eksenli sıcak preste 46 MPa basınçta argon gazı altında vakumlu ortamda değişik sıcaklıklarda 325-370-437-504-549°C basılmış sinterlenmiş ve blok numuneler haline getirilmiştir. Mg-xCa alaşımlarının mikroyapıları, mekanik özellikleri basma dayanımları, yoğunluk değerleri ve sertlikleri birbirleri ile kıyaslamalı olarak incelenmiştir. İkincil faz Mg2Ca'nın artan Ca oranıyla beraber attığı gözlemlenmiştir. Mg-xCa alaşımlarının basma değerleri 251MPa sertlikleri 146 Brinell ve yoğunluk değerleri 1.7 g/cm3 olarak tesbit edilmiştir. Mg-xCa alaşımları saf Mg'ye göre üstün performans sergilemiştir.
Paslanmaz çelik-galvanizli çelik çiftinin elektrik nokta direnç kaynağında kaynak parametrelerinin kaynaklı birleştirmenin dayanım ve mikroyapı özellikleri üzerine etkisi
Bu tezde mimari, mutfak gereçleri, otomotiv endüstrisi, savunma ve havacılık sanayi gibi birçok alanda kullanım yeri olan ostenitik ve ferritik paslanmaz çelik ve yine çok farklı endüstriyel alanlarda yaygın kullanımı olan galvanizli çeliğin elektrik nokta direnç kaynağı ile birleştirilme noktasının dayanım, sertlik ve mikroyapı incelemesi yapılmıştır. Elektrik nokta direnç kaynağında elektrotlardan geçen akım, elektroların iş parçasıyla temasını sağlayan kuvvet ve kaynak zamanı en temel önemli faktörlerdir. Bu faktörlerin birbirleri ile kombinasyonları ve uygulanma miktarları kaynak kalitesini belirler. Kaynağın kalitesi birleştirilecek parçaların mekanik dayanımına doğrudan etki eder. İlgili kaynak parametrelerin ostenitik, ferritik ve galvanizli çelikler üzerinde dayanım, sertlik ve mikroyapı özellikleri incelenerek uygun kaynak parametrelerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Anahtar sözcükler: Ostenitik paslanmaz çelik, ferritik paslanmaz çelik, galvanizli çelik, elektrik nokta direnç kaynağı, kaynak akımı, kaynak süresi, çekme-makaslama dayanımı, sertlik, mikroyapı.
Şehir içi ulaşımda enerji verimliliği ve çevre kirliliği açısından elektrikli otobüs kullanımının araştırılması: İzmir örneği
Bu çalışmada, toplu taşıma araçlarında giderek önem kazanan elektrikli tahrik sistemleri hakkında genel bir değerlendirmeye yer verilmiştir. Bu sistemler, enerji verimliliği ve çevre açısından fosil yakıtlı sistemlere önemli bir alternatif teşkil etmektedirler. Çalışmanın amacı, toplu taşıma araçlarında elektrik enerjisinden yararlanan sistemlerin dünyada ve İzmir özelinde Türkiye'deki durumunu ortaya koymaktır. Bu kapsamda, batarya teknolojisi, araç türleri hakkında detaylı bilgi verilerek; daha sonra bu sistemlerin dünya'da ve İzmir özelinde yapılan saha uygulamalarının, çevresel etkileri ve enerji verimliliği açılarından mevcut ESHOT filosunda bulunan dizel tahrik sistemli araçlar ile karşılaştırmaları yapılmıştır. Ayrıca gelecek dönemde bu tür yatırımların planlamasında dikkate alınması gereken konularla ilgili önerilere yer verilmiştir.
Parabolik güneş kolektörlerinde enerji ve ekserji analizi
Çalışma kapsamında bir parabolik güneş kolektörünün enerji ve ekserji analizleri teorik olarak gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, termodinamik analizlerin gerçekleştirilebilmesi için gerekli denklemler verilmiş ve bilgisayar programında hesaplama algoritmaları oluşturulmuştur. Daha sonra oluşturulan modelin hesaplarının geçerliliğinin test edilebilmesi için deneysel testler ile kontrolü yapılmıştr. Son olarak geometrik olarak belirlenen bir parabolik güneş kolektörünün, enerji ve ekserji analizlerinin uygun olarak yapılabilmesi için bir sentetik yağ, erimiş tuz ve hava akışkanları kullanılmıştır. Ayrıca hava akışkanı, atmosfer basıncında ve 100 bar basınçta olmak üzere iki farklı basınçtaki varyasyonları kullanılmıştır. Böylelikle sıvı ve gaz akışkanların arasındaki farklar termodinamik olarak incelenirken, diğer yandan da havanın farklı basınçlarındaki termodinamik özellikleri de analiz edilmiştir. Sonuç olarak, sıvı akışkanların havaya göre, enerji performansının daha iyi olduğu gösterilmiştir. Ek olarak sıvı çalışma akışkanları, özelllikle 315 °C'den sonraki giriş sıcaklığından sonra, ekserji performanslarının da havaya kıyasla daha iyi performans sergilediği görülmüştür. Ayrıca, havanın atmosfer basıncından 100 bar basınca yükseltilmesi ile havanın termodinamik özelliklerinde iyileşmeler olmuştur ve böylelikle ekserji ve enerji performanslarında artışlar elde edilmiştir.
Katı oksit yakıt pili elektrotlarının mikroyapısal optimizasyonu
Bu tez kapsamında katı oksit yakıt pili (KOYP) anot destek tabakası (ADT) mikroyapısal özelliklerinin hücre performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elektrokimyasal reaksiyonların meydana geldiği anot fonksiyonel tabaka (AFT) ile birlikte iki katmandan oluşan KOYP anot mikroyapıları açık kaynak bir yazılım yardımı ile sentetik olarak üretilmiştir. Sadece ADT mikroyapı parametrelerinin etkisinin incelenmesi için farklı partikül boyutu, hacimsel oran ve gözenekliliğe sahip ADT tabakaları aynı özelliklere sahip bir AFT ile birleştirilmiştir. Performans belirleyici parametre olarak seçilen üçlü faz sınırı (ÜFS) yoğunluğu her bir tabaka ve toplam anot için sayısal olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar ADT mikroyapısının reaktant gazın beslenmesi ve üretilen akımın toplanması durumlarını etkilediği için hücre performansı üzerinde önemli bir etkisinin olduğunu ve bu nedenle dikkatli bir şekilde tasarlanması gerektiğini göstermiştir.
Effect of loading rate on fracture of NiTi
This thesis studies the effect of loading rate on fracture behavior of Shape Memory Alloy (SMA) NiTi. First, Differential Scanning Calorimetry (DSC) are used to obtain the phase transformation temperatures of NiTi. Then series of tensile tests are performed for determining the mechanical properties under different loading rates. Next, fracture tests under increasing loading rates are conducted using pre-cracked, Mode-I Compact Tension (CT) specimens and critical stress intensity factors are calculated using the empirical equations proposed by ASTM E399 assuming that Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) is applicable. Then, displacement field obtained with the Digital Image Correlation (DIC) technique is used for stress intensity factor (SIF) calculations. Phase transformation region extension along the crack is estimated with DIC measurements and is compared to the analytical calculations. Analytical calculations for phase transformation region size are carried out using SIFs obtained from DIC and from the empirical equations of ASTM E399. Finally, using material properties obtained from tensile tests and the results of fracture tests, Finite Elements (FE) models are built to calculate the phase transformation regions. Using the J contour integrals, stress intensity factors are estimated using LEFM relations. Using the displacement field obtained from the FE models, SIF values are calculated and the Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) values are obtained from the FE models.
Uzatılabilir difüzörlü 10 kn'luk LOX/RP-1 yakıtlı roket motorunun tasarımı ve analizi
Bu çalışma, farklı basınç koşullarında sabit roket difüzörlerinin davranışını inceleyerek sıvı roket motorlarının tasarımı, performansı ve genleşme aşamaları hakkında önemli bilgi sunar. Deniz seviyesinde tam genleşme kullanarak itki performansını artırma olanağı gözlenmiştir. Sabit difüzör yapılı roket motorunun boyu kısaltılarak deniz seviyesinde tam genleşme sağlanmış, ardından 10 km yükseklikte uzatılabilir difüzörle tam genleşme elde edilmiştir. Uzatılabilir difüzör yapısına sahip roket motoru deniz seviyesinde 9867 N itki üretirken sabit difüzör yapısına sahip olan 9002 N itki üretmiştir. Bu sonuçlar, uzatılabilir difüzör yapısının hedeflenen itki değerine daha yakın olduğunu ve tasarım amacını etkili bir şekilde yansıttığını gösterir. Ayrıca, 10 kN itki kapasiteli sıvı çift yakıtlı roket motorunun tasarımı, uzatma mekanizması da dahil, geliştirilmiş, üretimi CNC işleme teknikleriyle planlanmış ve entegrasyonu kaynak yöntemiyle gerçekleştirilebilmektedir. Python 3 tabanlı kullanıcı dostu bir grafik arayüzüyle itki odası tasarımı kolaylaştırılmıştır. Geliştirilen programı kullanılarak itki odasının difüzörü tasarlanmıştır.
Mikron boyutlu dolgu maddelerinin poliüretan ayakkabı tabanlarının mekanik özelliklerine etkisi
Bu çalışmada, poliüretan ayakkabı tabanı üretiminde polyol/izosiyanat oranının, kalıp sıcaklığının, polyol dolgu maddesi boyut ve oranının mekanik özellikler üzerindeki etkileri incelenmiştir. İzosiyanatın yoğunluğuna yakın olması dolayısıyla, dolgu maddesi olarak ponza tercih edilmiş olup; 2 farklı boyutta ponza taşı tozu 4 farklı oranda eklenmiştir. Ayakkabı iç kalıbı oluşturmak için, PVC iç kalıp imalat firmasından tedarik edilen spor kalıp doktora çalışması kapsamında bilgisayar ortamına aktarılıp taban tasarımı yapılmış ve yapılan taban tasarımına uygun metal kalıp tasarımı yapılarak imalatı gerçekleştirilmiştir. 3 farklı polyol/izosiyanat oranı, 3 farklı kalıp sıcaklığı, 2 farklı boyutta dolgu malzeme ve 4 farklı oranda dolgu malzemesi kullanılarak elde edilen numunelerin FTIR ve EDX analizleri yapılmış; yoğunlukları hesaplanmış; çekme testi, sıkıştırma enerjisi testi, aşınma testi, esneme direnci testi yapılmış; su emme oranı belirlenmiş ve SEM incelemesi yapılmıştır. Yapılan test ve analizler sonucunda, çalışılan değerler içinde 50/50 polyol/izosiyanat oranının ve 50 ℃ kalıp sıcaklığının avantaj sağladığı belirlenmiştir. Farklı oranlarda ve boyutlarda dolgu maddesi kullanımıyla elde edilen numunelerde, kullanılan oran ve boyuta göre numunelerin çekme dayanımında, sünekliğinde, sıkıştırma enerjisinde, esneme direncinde, aşınma direncinde, su emme oranında önemli değişimler gözlemlenmiştir. Poliüretan ayakkabı tabanında istenilen özelliklerin elde edilmesinde, dolgu oranı ve boyutunun önemli bir etkisi olduğu belirlenmiş olup; bu etkiler tez kapsamında sunulmuştur.
Taşıt fren balatalarında katı yağlayıcı olarak grafit, molibden disülfit ve boron nitrit kullanımının frenleme performansına etkisinin araştırılması
Otomobillerde kullanılan fren sisteminin en önemli bileşeni olan fren balataları kompozit malzeme olduğundan içeriğine eklenen malzemeler farklı katkılar sağlamaktadırlar. Balata içeriğinde bulunan malzemelerin sadece performans açısından katkı sağlaması yetmemekte, kullanıldığında çevreye en az zararı vermesi veya sıfır karbon ayak izini sağlaması beklenmektedir. Ülkelerin ve global kuruluşların balata içeriğine eklenen ve kullanıldığında çevreye zararlı olan malzemeleri yasaklaması (asbest vb.) üreticilerin bu konuda daha sürdürülebilir, çevreci, verimli ve performans açısından alternatif olan malzemelerin kullanımına yöneltmektedir. Balata içeriğinde katı yağlayıcı olarak kullanılan Grafit, karbon bazlı bir malzeme olduğu için çevreye vereceği zarar da kaygı yaratmaktadır. Bu çalışmada balata içeriğinde katı yağlayıcı olarak Grafit, Molibden Disülfit ve Boron Nitrit kullanılarak 9 adet farklı numune ve katı yağlayıcı yerine dolgu malzemesi eklenerek 1 adet referans numunesi üretilmiştir. Katı yağlayıcıların kütlece oranları %3, %6 ve %9 olacak şekilde numuneye eklenerek malzemelerin performansa etkisi değerlendirilmiştir. Toz metalürjisi yöntemi kullanılarak üretilen malzemeler belirli formülasyonlarda bir araya getirilerek, ön şekillendirme ve presleme işlemleri uygulanmıştır. Fren olayının simüle edilmesi için sürtünme test düzeneğinde gri dökme demirden imal edilmiş fren diski kullanılmıştır. Test düzeneğinde, belirli parametreler sağlanarak (basınç, sıcaklık, süre ve diskin dönme hızı) numunelerden sürtünme katsayısı verileri elde edilmiştir. Balata numunelerinin özgül aşınma oranı, sertlik ve yoğunluk gibi malzemeye ait olan fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Sürtünme testinden sonra numunelerin aşınan yüzeylerinin mikro yapısı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Yapılan çalışmada katı yağlayıcı olarak eklenen Molibden Disülfit ve Boron Nitrit numuneleri, Grafit'e göre yakın sürtünme performansları göstermiştir. Kütlece %3 oranında Grafit eklenen numune en iyi sürtünme katsayısı ortalamasına sahip olmuştur. Bunun ardından sırasıyla referans numunesi ve kütlece %9 oranında Molibden Disülfit eklenen numune en iyi değerlere sahip olmuşlardır.
Fren sürtünme kompozitlerinde bakır yerine Fe-Al alaşımı kullanımının tribolojik özelliklere etkisi
Fren sürtünme kompoziti olarak kullanılan bakır materyalinin zararlı etkilerinden ötürü, araştırmalar yeni malzemelerin çalışılması gerektiğini göstermektedir. Bu hususta fren balatalarında kullanılan kompozit malzemeler özellikleri bakımından tek tek incelenmiş ve bir balatanın sürtünme karakteristiğine etkileri araştırılmıştır. Yapılan literatür çalışmaları sonucunda verimli olabileceği düşünülen oranlarda malzemeler belirlenmiş ve ön testler yapılarak balata kompozit malzemeleri seçime dahil edilerek oluşturulmuştur. Bakır yerini alabilecek malzeme olarak Fe-Al alaşımı ısıl iletkenliğinin iyi olması, termal stabilite görevini bakır yerine üstlenebilecek potansiyelde olması ve sürtünme karakteristiğinin balatada optimum seviyede seyretmesi sebepleri ile seçilmiş olup %4 ve %12 oranlarında iki adet numune elde edilerek, aynı oranlardaki bakırlı numuneler ile kıyaslanmıştır. Balatada hem bakır hem de Fe-Al alaşımının yer almadığı bir adet baz numune üretilerek bu numuneye göre balata verimleri referans edilmiştir. Toplamda 5 adet balata numunesi üretilerek testlere tabi tutulan bu tez çalışmasında elde edilen sonuçlara göre, bakır numunesi %4 oranında verimli iken %12 oranında sürtünme katsayısında düşüş göstermiştir. Bakırın yerini alması istenen Fe-Al alaşımı, bakır numunelerine göre daha verimli sonuçlar vererek çalışmanın olumlu seyrini sağlamıştır. En iyi sürtünme katsayısının olduğu balata numunesi %4 oranda Fe-Al içeren çalışma olup, yüksek sıcaklıklarda ısıl iletkenliği sağlayarak ve balatanın sıcaklığını optimum seviyede tutarak frenlemenin verimli olmasına katkıda bulunmuştur.
Faz değiştiren malzeme içeren fotovoltaik ısıl sistemin deneysel ve teorik incelenmesi
Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimin giderek arttığı günümüzde, bu enerji kaynaklarından faydalanmak için yeni yöntem ve teknolojiler geliştirilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, monokristal yapılı 3 adet PV panel kullanılmıştır. Bu panellerden 2 tanesi aynı donanımlar kullanılarak ve aynı teknik özelliklerde PV/T sistem olarak tasarlanmıştır. Geleneksel PV panel ile içerisinde farklı ısı transfer akışkanları dolaştırılan PV/T sistemler aynı yön ve eğim açısında deney düzeneğinde yan yana yerleştirilerek performansları deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Tasarlanan PV/T sistemler ile elektriksel verim artmış ve aynı zamanda birçok alanda kullanılabilecek sıcak su elde edilmiştir. Deneylerde ısı transfer akışkanı olarak su ve Mobilterm 605 yüksek performanslı ısı transfer yağı kullanılmıştır. Deneyler 0,007 kg/s ve 0,0187 kg/s kütlesel debilerde yapılmıştır. Tasarlanan PV/T sistemlerin, normal bir PV panel ile elektriksel verimleri karşılaştırıldığında yaklaşık %4 oranında farkla birbirlerine çok yakın olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, sistemden elde edilen ısı enerjisinin depolanması ile yaklaşık 25 ℃ olan şebeke suyunun deneyin ilk aşamasında set-1'de depolanan su sıcaklığını %87 oranında arttırdığı, set-2'de ise bu oranın %96 olduğu görülmüştür. Saat 16:00'da başlayan deneyin ikinci aşamasında ise yaklaşık 25 ℃ olan şebeke suyunun her iki deney setinde de saat 22:30 ile 23:00 arasında depolanan su sıcaklığını yaklaşık %50 oranında arttırdığı görülmüştür. Bu depolanan su tüketilmez ise ertesi gün saat 08:00 'da set-1'de depolanan suyun sıcaklığı çevre sıcaklığında ölçülürken, set-2'de depolanan suyun sıcaklığı 32 ℃ olarak ölçülmüştür. Matematiksel ısıl model sonuçlarına göre sistemleri ısıl verimleri deneysel sonuçlar sonucu hesaplanan ısıl verimden yaklaşık %8 daha fazladır. Burada kaynaklanan bu fark bazı parametrelere bağlı değişiklik göstermektedir. Bu parametreler matematiksel ısıl model denklemlerinin çözümü için simülasyon programına tanıtılan sistem donanımlarının ısı iletim katsayılarıdır. Daha sonra, matematiksel elektriksel model sonuçlarına göre sistemlerin elektriksel verimleri deneysel verilere göre hesaplanan elektriksel verimden yaklaşık %12 daha fazladır. Geliştirilen model ile ışınım, sıcaklık, seri direnç, ideallik faktörü ve seri, paralel hücre sayıları gibi parametrelere bağlı olarak akım ile gerilim (IPV-VPV), güç ile gerilim (PPV-VPV) eğrileri elde edilmiştir.
İki boyutlu malzemeler, metal hidrürler ve kompozisyonlarının hidrojen depolama potansiyelinin araştırılması
Tez kapsamında, farklı basınçlarda yığın formda ve sıvı faz ayrıştırma yöntemiyle tabakalarına ayrıştırılmış iki boyutlu malzemeler ile kompozisyonlarının, 1, 3, 5, 7, 9 bar hidrojen basıncında hidrojen depolama özellikleri incelenmiştir. Aynı zamanda metal hidrür grubunda yer alan LiH, NaH, bilyalı öğütülmüş LiH ve NaH gibi malzemelerin hidrojen depolama özellikleri aynı basınçlar altında incelenmiştir. Bu bağlamda sıvı faz ayrıştırma yöntemiyle tabakalarına ayrıştırılmış iki boyutlu malzemelerin ve bilyalı öğütülmüş metal hidrürlerin hidrojen depolama yeteneklerinin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca hidrojen basıncı artışıyla birlikte tüm malzeme grupları için hidrojen depolama kapasitelerinin arttığı belirlenmiştir. Kompozisyon oluşturma ile birlikte hidrojen depolama performansı MoS2+grafen için artmıştır. Çalışmada aynı zamanda çeşitli malzemelerin PEM yakıt hücresi uygulamalarındaki performanslarını incelemiştir. Bu çalışma, iki boyutlu malzemelerin ve kompozisyonlarının hidrojen depolama için potansiyel malzemeler olduğunu göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, hidrojen depolama teknolojilerinin geliştirilmesine katkıda bulunabilecek niteliktedir.
Çatı üzeri güneş enerjisi santralleri için teknik, ekonomik ve çevresel değerlendirme
Bu çalışmada, Türkiye'nin yedi farklı coğrafi bölgesinden farklı şehirler (İstanbul, Trabzon, İzmir, Adana, Niğde, Malatya, Mardin) seçilerek, bu şehirlerde kurulması planlanan çatı üzeri güneş enerjisi santrallerinin teknik, ekonomik ve çevresel açıdan değerlendirilmesi analiz edilmiştir. Çalışmada konuma özgü veriler (güneş radyasyonu, sıcaklık vb.) incelenmiş, analizlerde PVsyst programı kullanılmıştır. Araştırmanın amacı, Türkiye'deki güneş enerjisi potansiyelini özellikle çatı üstü güneş enerji santralleri açısından incelemek ve bu sistemlerin uygulanabilirliğini çeşitli yönleriyle ortaya koymaktır. Çalışmada ele alınan santrallerin ülke genelindeki fizibilitesi detaylandırılmıştır. Tez çalışması kapsamında elde edilen veriler doğrultusunda, çatı üstü güneş enerjisi santrallerinin Türkiye genelinde yaygın olarak kullanılması halinde, ülkenin ekonomik kalkınmasına önemli katkılar sağlayabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Bu santrallerin enerji üretimi, çevresel sürdürülebilirlik ve ekonomik faydalar açısından büyük bir potansiyele sahip olduğu görülmüş, bu potansiyelin doğru bir şekilde değerlendirildiğinde ülkenin enerji bağımsızlığına ve sürdürülebilir kalkınmasına önemli katkılarda bulunabileceği öngörülmüştür.
Mikro-tüp katı oksit elektrolizör geliştirilmesi
Bu tez kapsamında, mikro-tüp katı oksit elektroliz (MTKOE) hücrelerinin buhar ve oksijen elektrotlarının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca buhar elektrodu malzemeleri, katı oksit yakıt pili (KOYP) anot destek imalatı sırasında ortaya çıkan üretim atıklarının geri kazanımından sağlanmıştır. Elde edilen çeşitli geri kazanılmış tozlar, daha sonra şerit döküm-izostatik pres ve ekstrüzyon yoluyla KOYP anot destek mikrotüpleri üretmek için kullanılmıştır. Mikrotüp KOYP hücreler bu destekler üzerine diğer tabakaların daldırma kaplama yöntemiyle kaplanmasıyla inşa edilmiştir. Elektrokimyasal performansların karşılaştırmalı analizlerinin yanı sıra mikroyapısal incelemeler, geri kazanılmış tozlardan ve ticari tozlardan yapılan destekler ve hücreler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, geri kazanılan tozlardan imal edilen anot desteklerin ticari tozlardan yapılanlarla karşılaştırılabilir elektrokimyasal performanslar sergilediğini ortaya koymuş ve önerilen geri kazanım stratejisinin etkin olduğunu göstermiştir. MTKOE çalışmaları kapsamında ekstrüzyon metodu ile geri kazanılan tozlardan buhar elektrot destek tabakaları üretilmiştir. Bu destekler üzerine daldırma kaplama yöntemi ile diğer hücre katmanları kaplanmıştır. Elektrot aktif tabakaları için bileşim, sinterleme sıcaklığı ve gözenek yapıcı miktarının etkisi test ve karakterizasyon çalışmaları ile incelenmiş ve söz konusu parametreler yüksek performans için optimize edilmiştir.
Pervanesiz fan tipi hava jeti itki sistemlerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, dairesel geometriye sahip ve 30 mm, 40 mm, 50 mm iç çapa; ayrıca 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm ve 0,7 mm yarık genişliğine sahip olacak şekilde tasarlanıp üretilen 10 farklı pervanesiz fan modelinin, farklı debi değerlerindeki itki kuvveti ölçümleri ve akış görüntüleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İtki kuvveti ölçümü iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada 150, 200, 240, 280, 320, 360,400 ve 440 SLPM debi değerlerinde modellerin itki kuvveti ölçülmüştür. Ardından 2000 mbar sabit giriş basıncı altında modellerin itki kuvveti ölçümü gerçekleştirilmiştir. Yapılan iki çalışma benzer sonuçlar vermiş olup yarık genişliğinin ve iç çap değerinin azalmasıyla birlikte itki kuvvetinin arttığı tespit edilmiştir. Akış görselleştirme çalışması ise 150 SLPM, 300 SLPM ve 450 SLPM debi değerlerinde yapılmıştır. Yapılan çalışmada yarıktan çıkan akış hızının artmasıyla fanın ön tarafından emilen hava miktarının arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, Aynı yarık genişliğine sahip modellerde iç çapın azalmasıyla ve aynı iç çapa sahip modellerde yarık genişliğinin artmasıyla akışın yatayda daha düşük açı yaparak uzun mesafe yol aldığı saptanmıştır.
c-Si heteroeklem/perovskit tandem güneş hücrelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
c-Si SHJ ve perovskit tandem güneş hücrelerindeki en son ilerlemeler, hem üst hem de alt hücre katmanlarının optimizasyonuna, yenilikçi malzemelerin entegrasyonuna ve alt katman olarak kullanılan silisyum hücre türlerinin çeşitlendirilmesine yönelik çalışmalarla ivme kazanmıştır. Bu çalışmada, c-Si SHJ/perovskit tandem güneş hücreleri üzerine alt ve üst hücrenin geliştirilmesi ve karakterizasyonu yapılmıştır. Alt hücreyi oluşturan c-Si heteroeklem güneş hücresinin önemli bir katmanı olan ITO'nun O2 oranı ve sıcaklık optimizasyonu yapılarak karakterize edilmiştir. Üst perovskit hücrede ise tüm katmanlar solüsyon bazlı hazırlanıp dönel kaplama yöntemiyle üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Monolitik c-Si Heteroeklem/Perovskit Tandem hücre yapısını oluşturmak için birinci adımda ITO filmler, oda sıcaklığı (RT) ile 250°C arasında değişen sıcaklıklarda magnetron püskürtme kullanılarak biriktirilmiş ve ideal ITO filmi için en uygun sıcaklık 200°C olarak belirlenmiştir. İkinci adımda ise bu ideal sıcaklıkla üretilen alt hücre üzerine geliştirilmiş perovskit üst hücre katmanları üretilerek tandem hücre yapısı tamamlanmıştır. Alt ve üst hücrenin Tandem-200 konfigürasyonunun verimliliği %16,74 olarak ölçülmüştür.
Katı oksit yakıt pilleri için seramik elyaf takviyeli cam seramik sızdırmazlık malzemesi geliştirilmesi
Katı oksit yakıt hücrelerinde yüksek çalışma sıcaklıkları, yüksek verim ve reaksiyon kinetiği gibi avantajları beraberinde getirmesinin yanında malzeme seçimini de oldukça sınırlandırmaktadır. Bu nedenle yakıt olarak kullanılan hidrojenin atomik yapısı gereği sızdırmazlık malzemesi ise üzerinde çalışılması gereken önemli elemanlardan birisi olarak öne çıkmaktadır. Bu tezde, katı oksit yakıt pilleri için seramik elyaf takviyeli cam seramik sızdırmazlık malzemesi geliştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda, şerit döküm yöntemi ile imal edilen cam seramik sızdırmazlık malzemelerine seramik elyaf takviyesi yapılarak termal döngü dayanımının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Diğer sızdırmazlık elemanları ile kıyaslandığında iyi bir termal döngü performansına sahip olan cam seramik sızdırmazlık malzemesinin seramik elyaf katkısı ile daha uzun ömür ve daha iyi mekanik mukavemet sunduğu yapılan termal döngü ve çekme testleri ile doğrulanmış ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.
Bakır kaplama ve ENG katkılamanın metal hidrür peletlerinin hidrojen depolama kinetiklerine etkisinin deneysel incelenmesi
Bu çalışmada, hidrojen şarj/deşarj işlemlerinin kinetiğini geliştirmek için metal hidrür peletler geliştirildi. Genişletilmiş doğal grafit (ENG) ve bakır katkı maddelerinin eklenmesiyle hidrojen depolama malzemelerinin ısı transfer katsayılarında ve depolama kapasitelerinde iyileşmeler gerçekleşmiştir. Reaktör, toz halinde 1000 g depolama malzemesi veya her biri 40 g ağırlığında 25 adet pellet içerecek şekilde tasarlanmıştır. Isı iletkenliği arttırılmış depolama malzemelerinin hidrojen şarj/deşarj işlemi üzerindeki etkisi, 10 bar basınç altında bir metal hidrür reaktöründe deneysel olarak incelenmiştir. Aktivasyon işlemini tamamlamak için reaktör vakum altında (10−4 mmHg) yaklaşık 200 °C'de 2 saat süreyle ısıtılmıştır. Isıtma işleminin ardından reaktörün ortam sıcaklığına kadar soğumasına izin verilmiş ve daha sonra 50 dakika boyunca 10 bar basınçta reaktöre hidrojen şarj edilmiştir. Hidrojen şarj/deşarj prosedürü 20 döngüye kadar tekrarlanmış olup döngüler arasındaki değişiklikleri izlemek için 5 döngü aralıklarla veri kayıtları alınmıştır. 10 bar basınç altında 10 şarj/deşarj döngüsünden sonra reaktörde depolanan hidrojen, pelet formunda yaklaşık 9,93 g ve toz formunda 7,20 g olarak gerçekleşmiştir.
Stewart platformu tabanlı simülatörler için hareket algı algoritmasının modellenmesi ve kontrolü
Simülatörler, gerçek araç hareketini birebir taklit etmek yerine, insan algı sisteminin sınırlarını kullanarak gerçekçi bir hissiyat yaratmaya odaklanmıştır. Bu süreç, insan algısının matematiksel olarak modellenmesi ve elde edilen bulguların mühendislik uygulamalarına aktarılmasıyla mümkün olmuştur. Simülatörler, kısıtlı hareket alanlarında en iyi ivme hissini oluşturmak için tasarlanırken, insan algısının belli ivme değerleri altında hassasiyetinin düşük olması ve eğim ile ivmelenme arasındaki farkın belirli bir dereceye kadar ayırt edilememesi gibi özelliklerinden yararlanılır. Bu olgular, hareket algı algoritmalarının temelini oluşturur. 50 yılı aşkın süredir geliştirilen bu algoritmalar, farklı kontrol teorisi yaklaşımlarıyla en iyi sonucu elde etmeyi amaçlar. Bu tezde, Klasik Algı Algoritması ve Doğrusal Kuadratik Regülatör yaklaşımıyla oluşturulan Optimal Hareket Algı Algoritması karşılaştırılarak Matlab üzerinde simüle edilmiştir.
Katı oksit yakıt pilleri için nanoyapılı elektrotların geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında katı oksit yakıt pili (KOYP) anot ve katot elektrotları, gözenekli elektrolit iskeletler içerisine ilgili katalizörlerin infiltre edilmesiyle üretilmiştir. Bu kapsamda gözenekli tabaka kalınlığı, infiltrasyon tekrar sayısı, miktarı ve derişimi, test ve sinterleme sıcaklığı gibi çeşitli parametreler incelenerek optimize edilmiştir. Anot ve katot optimizasyonu çalışması neticesinde en yüksek elektrokimyasal performans Ni ve LSM katalizörü için sırasıyla ağırlıkça %40 ve %30 olarak hesaplanmıştır. Sadece anot infiltreli hücrenin elektrokimyasal performansı referans hücreye göre yaklaşık olarak 2,5 kat artarken sadece katot infiltreli hücrede yaklaşık olarak 3,2 kat daha fazla performans artışı görülmüştür. Nanoyapılı Ni ve LSM infiltreli membran elektrot grubunun üretimi için en uygun sinterleme sıcaklıkları sırasıyla 800 ve 1000°C olarak belirlenmiştir. Elektrokimyasal performans sonuçları dikkate alınarak infiltrasyon için en uygun gözenekli tabaka kalınlığı ise 25 µm bulunmuştur. Hem anodu hem de katodu infiltreli nanoyapılı katı oksit yakıt pilinin elektrokimyasal performansı 800°C çalışma sıcaklığında 0,75 W/cm2olarak bulunmuştur. Optimizasyonlar neticesinde katı oksit yakıt pillerinin ticarileşmesinde büyük bir engel teşkil eden yüksek çalışma ve üretim sıcaklıklarının infiltrasyon yöntemiyle aşılabileceği belirlenmiştir.
Konvansiyonelden akıllıya çevrilmiş olan bir pompanın performansının belirlenmesi üzerine deneysel bir çalışma
Ekonominin en önemli girdilerinden biri enerjidir. Santrifüj pompalar genel bir ifadeyle akışkanlara enerji kazandıran makinelerdir. Dünyada elektrik tüketiminin yaklaşık %20'sinin, Türkiye'de ise %10'unun pompalar tarafından gerçekleştirildiği, ayrıca dünyada üretilen asenkron elektrik motorlarının %65 'inin pompalarda kullanıldığı göz önüne alındığında, pompaların yüksek enerji tüketimine sahip önemli makineler oldukları anlaşılmaktadır. Enerji tüketimlerinin oldukça yüksek olması nedeniyle CO2 salınımına ve iklim değişikliklerine etkileri de fazladır. Pompaların enerji sarfiyatı haricinde karşılaştıkları sorunların maliyetleri de yüksektir. Tüm bu kriterler göz önüne alındığında, pompaların değişken debilerde çalışma gereksiniminde veya çalışma şartlarına uygun seçilmemiş pompalarda by-pass vanası ve vana kısmadan dolayı oluşan enerji sarfiyatının önüne geçilmesi ve ömür boyu maliyetlerinin en aza indirgenmesi için frekans konvertörü kullanılmıştır. Pompanın akıllandırılmasında kullanılan ekipmanların başında frekans konvertörü bulunmaktadır. Konvertör sayesinde istenilen çalışma devirleri elde edilebilmekte dolayısı ile farklı çalışma şartlarında pompanın yüksek verimde çalışması sağlanabilmektedir. Bu çalışma için 3000 devir, 50 m3/h debi ve 75 mss basma yüksekliğine sahip Sempa Pompa firmasına ait düşey milli üç kademeli santrifüj pompa seçilmiştir. Çalışmada frekans konvertörü yardımıyla santrifüj pompa farklı devirlerde çalıştırılmış ve %6-10 gibi önemli oranında enerji tasarrufu elde edildiği tespit edilmiştir.
Bulut tabanlı program ile bilgisayar destekli teknik resimderslerinde kullanılacak materyaller için kaynak oluşturulması
Teknik resim derslerinde kullanılan materyallerin çeşitliliği verilen eğitimin kalitesini artırmakta, öğrencilerin konuyu anlamalarına katkı sunmaktadır. Ancak bu materyallerin ders dışı ortamlara taşınması veya kalabalık sınıflarda materyallerin sınıf içerisinde gezdirilmesi vakit kaybına neden olmaktadır. Bunun için kullanılan slayt veya pdf formatındaki materyaller ise 3 boyutlu algılamaya imkan sağlamadığı için yeterli gelmemektedir. Yeni gelişen artırılmış gerçeklik gibi teknolojiler ise gerek pahalılıkları gerek sınıf içi ve dışında erişimin zor olması gibi nedenlerle ihtiyaca tam olarak cevap verememektedir. Bulut tabanlı sistemler olarak tasarımlarının sanal belleklerde muhafaza edilerek öğrencilere erişim linki veya QR kodu yardımıyla paylaşımı sağlayan sistemde ise hem çok sayıda farklı örnek verilebilmekte hem de istenilen an ve mekanda ilgili materyale ulaşılabilmektedir. Autodesk firmasına ait öğretici ve öğrencilere ücretsiz Fusion 360 programı aracılığıyla teknik dersin temel konularına ilişkin örneklerden oluşan kaynak materyal çalışmasında bulut tabanlı sistem yardımıyla materyalin 2 ve 3 boyutlu görüntüsünü aynı anda sunabilmekteyiz. Öğrenci kendisinden istenilen çizim için materyali inceleyebilmekte, ihtiyaç anında 3 boyutlu halini gözlemleyebilmekte, yaptığı çalışmanın doğruluğunu kendisine verilen 2 boyutlu görüntüyü inceleyerek tahlil edebilmektedir.
Geleneksel ve ızgara yüzey uygulanmış namlunun modal analiz karşılaştırması ve performans analizi
Barutun keşfi ile birlikte başlayan ateşli silahlar serüveni, günümüzde teknolojik gelişimini son hızla devam ettirmektedir. Ateşli silahlarda hassasiyet ve verimlilik çalışmaları önemine istinaden mermi çekirdeğine kinetik enerji kazandırılan namlu bölümü ile ilgili detaylı çalışmalar yapılmaktadır. Namlu bölümünde patlama enerjisinden kaynaklı olarak titreşim meydana gelmektedir. Bu titreşim hedef üzerinde atış hassasiyetini ve doğruluğunu bozmaktadır. Bu çalışmada 763 gr ağırlığa sahip geleneksel bir AR-15 otomatik tüfeğinin namlusu kullanılarak, nTopology programı ile ızgara (isogrid) yüzey uygulanarak topolojik optimizasyon sonucu namlu 699 gr. ağırlığa ulaşmıştır. Her iki namlu için Ansys programında modal analiz gerçekleştirilmiştir. Mod frekanslarının artışı hedeflenerek yapısal rijitliğin artırılması amaçlanmıştır. Aynı zamanda ANSYS Workbench LS-Dyna programı ile yapısal dayanım kontrolü yapılarak ızgara yüzey uygulanmış namlunun doğrulaması yapılmıştır. Modal analiz sonucunda ilk on bir mod için yalnızca beşinci, altıncı ve sekizinci modda modal frekans düşüşü olduğu görülmüş ve diğer modlar için farklı yüzdelerde artış gerçekleştiği görülmüştür. Geleneksel namluda iç balistik basınç-zaman grafiğine göre en yüksek basıncın olduğu zaman adımında Workbench LS-Dyna programında yapılan yapısal analizde 856,91 MPa gerilme olduğu görülmüştür. Izgara yüzey uygulanmış namluda ise 811,38 MPa gerilme görülerek yüzde 5,31 oranında gerilme düşüşü sağlanmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda ızgara yüzey uygulanmış namlunun hedef hassasiyeti ve doğruluğunun artış gösterdiği görülmüştür.
Gelişmiş adyabatik sıkıştırılmış hava ile enerji depolayan yeni bir güç sisteminin termodinamik analizi ve çok amaçlı optimizasyonu
Enerjiye olan ihtiyacın artmasıyla enerji depolama sistemlerine ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının dezavantajı olan süreksizlik hususu enerji depolama sistemleri ile bertaraf edilmek istenmektedir. Bu doğrultuda yüksek miktarda enerjinin mekanik olarak depolanmasına imkân tanıyan sıkıştırılmış hava ile enerji depolama sistemleri sahip olduğu avantajlarla son yıllarda enerji depolama sistemleri arasında oldukça dikkat çekmektedir. Ancak bu sistemlerin uygulanabilir ve sürdürülebilir olmaları için geliştirilmeleri gerekmektedir. Bu sistemlerin çalışma performansını artırmak için sistem bileşenlerinin ekserji yıkımının kaynağını, birbirleriyle olan ilişkilerini belirlemek ve optimize etmek önemlidir. Bu çalışmada 10 MW güç çıkışına sahip gelişmiş bir adyabatik sıkıştırılmış hava enerji depolama sistemi önerilmiştir. Önerilen bu sistemin geleneksel/ileri ekserji ve ekserji-ekonomik analizleri yapılarak bileşenlerin birbirleriyle olan ilişkileri incelenmiştir. Buna ek olarak önerilen sistemin parametrik analizi ve çok amaçlı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Çok amaçlı optimizasyon çalışmasında Baskın Olmayan Sıralama Genetik Algoritması-II yöntemi kullanılmıştır. Optimizasyon çalışmasında amaç fonksiyonları geleneksel ve ileri ekserji/eksergo-ekonomik analiz konseptinde belirlenmiştir. İleri ekserji-ekonomik analiz konseptindeki optimizasyon çalışmasında literatürde olmayan yeni bir performans kriteri belirlenmiş ve sonuçlar geleneksel ekserji-ekonomik analizler ile doğrulanmıştır.
Katmanlı imalat yöntemiyle üretilen kum döküm kalıplarının mekanik özelliklerine baskı parametrelerinin etkilerinin incelenmesi
Günümüzde, döküm sanayisinde kullanılan geleneksel döküm yönteminde, öncelikle model üretimi, modelden kalıp üretimi, sonrasında ise kum kalıptaki boşluğa eriyik malzemenin dökülüp katılaşmasıyla döküm parçalar üretilmektedir. Ancak, bu yöntem ile karmaşık veya içi boş parçaların üretimi zordur. Diğer taraftan model maliyetlerinin yüksek olması ilk yatırım maliyetlerini de artırmaktadır. Bu sebeple, model gerekmeksizin direkt kalıp ve maça üretimi ile karmaşık geometrili, içi boş parçaların dahi dökümünün yapılarak üretilmesi mümkün kılınabilecek 3 boyutlu yazıcının kullanımı önem kazanmaktadır. Bu çalışmada kartuş ile püskürtme metoduna alternatif olarak geliştirilen yeni bir nozul sistemine sahip bağlayıcı püskürtmeli 3 boyutlu yazıcının özgün tasarımı yapılarak imal edilmiştir. 3B yazıcı; ana şase, kum serici ve püskürtme olmak üzere 3 kısımdan oluşmaktadır. Kum kalıp üretiminde kullanılan sarf malzemeler ise silis kumu, furan reçinesi ve katalizörüdür. İmal edilen 3 boyutlu yazıcıda daha ucuz, hassas ve kaliteli döküm parçalarının üretiminin sağlanması için farklı baskı parametrelerinde (baskı kafası ilerleme hızı, katalizör oranı, kum tane boyutu) kum kalıplar basılmıştır. Son olarak ise bağlayıcı püskürtmeli 3 boyutlu yazıcıda basılan kalıpların gözeneklilik, basma, eğme, boyutsal doğruluk, gaz geçirgenliği, yanma testi ve SEM analizi yapılarak farklı baskı parametrelerinin bu özelliklere etkileri incelenmiştir. Ayrıca, gerçek ölçülerde kum kalıp modellenerek Ansys programında hidrostatik basınç analizi yapılarak sonuçlar incelenmiştir. Yapılan testler sonucunda, farklı baskı parametrelerinde üretilen numunelerin basma dayanımı 0,0472 MPa-0,6471 MPa aralığında, gaz geçirgenliği 150 GP-180 GP aralığında, gözeneklilik oranı %38,69-%56,65 aralığında, eğme dayanımı 0,0301 MPa-0,3844 MPa aralığında, yanma kaybı oranı ise %3,06-%7,39 aralığında bulunmuştur. Çalışma sonucunda üretilen parçaların, kum kalıp olarak kullanılması için yeterli mekanik özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Bu yazıcı, mevcut ticari yazıcılara nazaran oldukça düşük ilk yatırım ve sarf malzeme maliyetine sahiptir. Bu çalışmayla, döküm sektöründe özellikle özel tasarım veya prototip ürünlerin dökülebilmesi için gerekli kum kalıp üretiminde faydalı olacağı düşünülen bu yazıcının başarılı bir şekilde üretimi ile birlikte yerlileşme için de adımlar atılmıştır.
Biyodizel üretiminde yağ asidi bileşenlerinin yakıt özelliklerine etkisinin araştırılması
Yağ asidi ve metil esterlerinin yapı, miktar, çeşit ve fiziksel özellik ilişkileri hakkında detaylı bilgiye sahip olunmasının dizel motorun çalışma performansı ve motorun çalıştığı iklim koşullarında talebe karşılık verebilecek nitelikteki biyodizel yakıtının üretilmesinde son derece önemli olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada yağ asidi profilinin farklılığı göz önünde bulundurularak on adet bitkisel yağ belirlenmiş ve bu yağlardan biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen biyodizellere ait yakıt özellikleri laboratuvar ortamında ilgili cihazlar ile analiz edilmiş TS EN 14214 standartları ile uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Yağ asidi profilinin etkisinin araştırılması amacıyla kullanılan tüm yağ numuneleri için gaz kromatografisi analizi gerçekleştirilmiştir. İlişkiyi verecek bir model geliştirilmesi amacıyla makine öğrenmesi yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca makine öğrenimi verilerden öğrenme mantığı ile çalıştığından ideal bir veri seti oluşturulabilmesi amacıyla öznitelik seçimi analizi gerçekleştirilmiştir. Özniteliklerin yani yağ asitlerinin seçimi için filtre yöntemleri ve sarmalayıcı yöntemler kullanılmıştır. Bu yöntemler çeşitli regresyon yöntemlerine uygulanarak setan sayısı ve CFPP ile yağ asitleri arasında bir ilişki olduğu doğrulanmıştır. Üç filtre yöntemi ile de palmitoleik asit ile setan sayısı arasındaki korelasyonun çok düşük olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Setan sayısını tahmin etmede en etkin üç yağ asidi sırasıyla linoleik, linolenik ve oleik asit, CFPP tahmininde etkin olanlar ise palmitik, stearik ve erusik asit olarak belirlenmiştir. Ayrıca oleik, linoleik ve linolenik asitin de negatif yönde etkili yağ asitleri olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Viskozite, akma ve bulutlanma noktalarının ise modellemeye uygun olmadığı sonucuna ulaşılmıştır.
Hassas döküm atık kumunun, duvar karosu, porselen karo ve opak sır üretiminde kullanımının araştırılması
Çevrenin korunması ve ekonomiye katkı sağlamak amacıyla geri kazanım günümüzde büyük önem kazanmıştır. Buradan yola çıkarak yürütülen bu tezde hassas döküm işlemi sonucu atık madde olarak ortaya çıkan seramik parçalarının içeriğindeki değerli bileşenlerden faydalanılmıştır. Hammadde tüketimini azaltmak ve daha iyi ya da aynı fiziksel, mekanik özellikler elde etmek amaçlanmıştır. Çalışmada, duvar karosu, porselen karo ve opak sırlı karo bünyelerinden belli oranlarda kil, kaolen veya zirkonya eksiltilerek yerine üç farklı tip çeliğin üretiminde kullanılan hassas döküm atık kumu eklenmiştir. Numunelerin yoğunluk, su emme, kuru küçülme, pişme küçülmesi, kuru mukavemet, pişme mukavemeti, renk ve parlaklık değerleri karşılaştırılmıştır. XRD, XRF ve mikroyapı analizleri yapılmıştır. Porselen karo bünyesinde yapılan çalışmalarda; bünye çamuru viskozitesinde ortalama %27 azalma gözlemlenmiştir. Bünye çamurlarında viskozitenin yüksek olması halinde bünyede hava boşluğu hataları oluşmaktadır. Karo bünyesinde ise pişme mukavemeti değerinde ortalama %6 artış gözlemlenmiştir. Porselen karo bünyeleri için yüksek mukavemet önemli bir kalite kriteridir. Duvar karosu bünyesinde yapılan çalışmalarda; hassas döküm atık kumu ilave edilen karo bünyelerinin renk değerlerindeki beyazlık değeri (L*), atıktan gelen zirkonya kristal fazı ve daha düşük gözeneklilik nedeniyle referanstan daha yüksek olmuştur. Atık ilavesi ile duvar karosu bünyelerinin yoğunluk, pişme küçülmesi ve mukavemet değerleri artarken, bünyelerin su emme değerleri azalmıştır. Opak sırda yapılan çalışmalarda; diğer bileşiklere göre yüksek yoğunluk değerine sahip zirkonyum dioksitin %5 oranında azaltılması, sır çamurunda yoğunluk ve viskozite değerlerinde azalmaya neden olmuştur. Ancak opak sır için önemli kalite kriterlerinden olan yüzey aşınmasına dayanıklılık, doğrusal ısıl genleşme, ısı şokuna dayanıklılık, renk ve parlaklık değerlerinde referans ile aynı nitelikte veriler elde edilmiştir. Amaca uygun şekilde değerli hammadde kullanımının azaltılması sağlanmıştır.
Grafen ve Fe3O4 nanopartiküller ile güçlendirilmiş pan nanoelyaf katkılı elium reçine matrisli nanokompozitlerin mekanik özellikleri, translaminar kırılma davranışları ve şekil hafızası özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında Elium (E) reçine içerisinde 12 tabaka Poliakrilonitril (PAN) nanofiber, PAN ağırlığınca sırasıyla %0.5, %1, %1.5 Grafen Nanoplaka (GNP) katkılı nanofiber, PAN ağırlığınca %1 Demir Oksit (Fe3O4) nanopartikül katkılı nanofiber, PAN ağırlığınca %0.5 GNP + %0.5 Fe3O4 nanopartikül katkılı nanofiber ile güçlendirilmiş nanokompozitler üretilmiştir. Üretilen nanofiberlerin fiber çaplarının tespiti için Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) görüntüleri alınmıştır. Nanokompozitlerin Termogravimetrik (TGA-DSC) analizi, Fourier dönüşümlü infrared spektroskopi (FTIR) analizi, Çekme testi, Mod-I translaminar kırılma tokluğu testi, Dinamik Mekanik Analizi (DMA) ve şekil hafızası özellikleri incelenmiştir. Çekme testi sonuçlarında saf Elium 'un çekme dayanımı 44.44 MPa olarak ölçülmüş olup en iyi çekme dayanımı 68.86 MPa olarak %1 GNP katkılı PAN nanofiber ile güçlendirilmiş Elium matrisli nanokompozitin çıkmıştır. Mod-I translaminar kırılma tokluğu testi sonucunda en iyi KTL değerine sahip %1GNP katkılı olan nanokompozit malzemede belirlenmiştir. DMA analizi sonucunda E 'nin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) 70.76 °C olup en yüksek Tg 'ye sahip olan 91.68 °C ile %1 Fe3O4 katkılı nanokompozittir. Çalışmanın ana konusu olan şekil hafızası özelliklerinin incelenmesi sonucunda E 'nin geri dönüş oranına bakıldığında %80 olarak ölçülmüştür. En yüksek şekil geri dönüş oranına sahip olan ise %95 olarak %1 GNP katkılı PAN nanoelyaf takviyeli nanokompozit malzeme olmuştur.
Improved thermal management of electrical vehicles usinginternal magnetic field of the electric motors
Improved cooling performance is required to ensure system durability and reliability of electric motors used for electric vehicles, and using magnetohydrodynamics principles offers a promising approach to enhance cooling performance. In this study, the utilization of the internal magnetic field of a 110 kW permanent magnet synchronous motor that has six axial cooling channels embedded between the coils to improve cooling performance is presented. The magnetic field for this motor is estimated and its effect on cooling performance is identified through numerical analysis. Magnetohydrodynamic effects are achieved using Cu-water/ethylene glycol magnetic nanofluids at varying particle volume fractions (up to 1%) and volume flow rates from 25 L/min to 35 L/min. The maximum improvement in thermal performance is observed at a flow rate of 25.8 L/min with a 1% volume fraction, yielding a remarkable 64% increase in the convection heat transfer coefficient and a 21% reduction in total thermal resistance, and 20% increase in cooling capacity by utilizing the internal magnetic field effect. The utilization of magnetohydrodynamic effects leads to a notable reduction in motor temperatures, thereby enhancing the endurance limits by up to 218%. The utilization of magnetohydrodynamics effects in this study proves advantageous to enhance the overall performance of the cooling system in the motor.
Study of organic Rankine cycle with zeotropic mixtures and optimization of mixture composition
There are two main parts of this study. In the first part of the study, the aim is to develop an accurate ORC model which is validated using reliable steady-state data. For this purpose, tests are conducted at four different heat source temperatures ranging from 80 to 110 ℃ to obtain data in a repeatable manner. The proposed model considers pressure drop and heat transfer correlations to improve the accuracy of model predictions. The results show that the steady-state ORC model is significantly accurate, with ±1% deviations in pressure and ±1 ℃ in temperature, and ±5% in mass flow rate, heat transfer rate and refrigerant pump power predictions. In the second part, the performance of ten different R134a blends with varying mole fractions is evaluated by the modified version of the ORC model developed in the first part. The fluid screening is made for various criteria including low flammability and toxicity indexes, low ODP values, and molecular weight of the pure refrigerant candidates. The parametric performance evaluation of the selected R134a blends with the variable mass fraction is made with respect to two performance indicators including net power output, and the cycle thermal efficiency. Expander outlet pressure and hot fluid inlet temperature are selected as decisive parameters. For the parametric optimization, firstly, all the parameters except the hot fluid inlet temperature are fixed, and R134a blends with varying mass fractions are searched for hot fluid inlet temperature ranging between 363-403 K. Then, the expander outlet pressure is changed between 550-700 kPa for a hot fluid inlet temperature field of 363-393 K to seek the best performing R134a blends with variable compositions in terms of the selected performance indicators. Results show that zeotropic blends with more volatile second components than the pure R134a including R134a/R32, R134a/R143a, and R134a/R125 blends show the best performance in terms of selected performance indicators for all applicable temperatures and the expander outlet pressure range, although they have limited mass fraction of the second components. Besides, azeotropic blends that have closer boiling temperatures to R134a can also provide a better performance than pure R134a.
Reliability analysis of heavy duty vehicle components based on long term warranty data
In this work a big automotive company truck's warranty data is used to perform reliability analysis of heavy duty vehicle components. Automotive manufacturers produce and sale the vehicle to the customer. Warranty period of vehicle starts when customer buy a new vehicle. Every manufacturer has different warranty policies. Warranty data occurs while the customer brings their vehicles to the automotive dealer service to fix their problems during the warranty period. Reliability analysis was completed on the problems within 24 months which is the warranty period of the truck. Manufacturers spend more money per year to resolve warranty related issues. To reduce this huge amount of warranty related costs, they have always been interested in knowing their product reliability and failure causes. The knowledge of product reliability will help them to designing warranty policies. Firstly, keywords of thesis definition are completed such as reliability, failure, failure rate. Then functions, statistical distributions and types of analysis which is used in reliability analysis are described in details. Secondly, mentioned that importance, definition and types of warranty data. Warran-ty data collection and warranty data analysis are explained as well. In results & conclusions, five components have been selected to perform analysis via Weibull distribution which is the best fit distribution according to the actual data. Components cumulative hazard curves determined to define failure rates such as increasing failure rate, constant failure rate and decreasing failure rate according to the Weibull shape parameter. These provide information about how the product can be developed. If the result is decreasing failure rate, we can comment that manufac-turing issues which is called also early life failures. If the result is constant failure rate, we can comment that accident or random failure events (e.g. stones pecking against vehicle body). If the result is increasing failure rate, we can comment that wear out or degradation of a part due to fatigue, corrosion, wear, creep. As a continuation of cumulative hazard curve, components reliability and failure probability curves have been determined. Secondly, service life of each component has been compared based on different model year. This provides to discover burn issues and components life situation over the years. Lastly, components reliability and failure probability performance metrics have been compared according to the vehicle types. We saw that an analysis based on vehicle types is very important to hit the right notes to fix the problems.
Nanoteknolojide yerel olmayan çubuk teorisinin statik ve dinamik problemleri
Modern teknolojide, cihaz özellikleri büyük bir hızla artmakta, boyutlar ise aynı hızla küçülmektedir. Malzeme boyutları küçülmeye başladıkça, özellikle, nanometre mertebelerine inildiğinde, malzemelerin yeni ve mükemmel fiziksel özellikleri ortaya çıkmaktadır. Atomların ve moleküllerin dizilişi tasarlanarak olağanüstü özelliklere sahip yeni yapay malzemeler ortaya çıkarılmaktadır. Bu malzemelerle, nano boyutlarda cihazlar ve sistemler tasarlanmaktadır. Bu yeni teknolojiye nanoteknoloji denmektedir. Nanoteknolojinin en önemli temel alanlarından biri nanomekaniktir. Nanomekaniğin çalışma konusu, nano boyuttaki sistemlerin kuvvet ve yer değiştirme ilişkilerinin ve titreşim özelliklerinin analizi ile fonksiyonel ve elastik karakteristiklerinin incelenmesidir. Özellikle, karbon nanotüplerin keşfinden sonra, nanomekanik konusundaki çalışmalar yoğunlaşmıştır. Son zamanlarda, nano elektromekanik sistemlerin (NEMS) ortaya çıkması, bunlara olan ilgiyi oldukça arttırmıştır. Literatürde yapılan ve nanotüplerin ve nanoçubukların statik ve dinamik davranışları inceleyen çalışmalar, analizlerinde üç temel yöntem kullanmışlardır: Atom seviyesinde modelleme. Hibrid: Atom seviyesinde-sürekli ortamlar mekaniği ve Sürekli ortamlar mekaniği. Atom seviyesinde modelleme yönteminde, genel olarak, klasik moleküler dinamik ve yoğunluk fonksiyonu teorisi kullanılmaktadır. Hibrid yöntemde ise, atomlar arası potansiyel enerji, sürekli ortam analizine doğrudan uygulanmaktadır. Sürekli ortamlar mekaniği teorisi, karbon nanotüpleri ve nano çubukları, sürekli ve homojen makro yapılar olarak ele almaktadır. Atomlar arasındaki kafes boşlukları gibi, malzeme mikro yapılarına ait özellikler ihmal edilmektedir. Klasik veya yerel sürekli ortamlar teorisinin, nano boyuttaki sistemlere uygulanabilirliğinin kısıtlı olmasının esas nedeni, atomlar arası kafes boşluklarından dolayı oluşan malzemedeki ayrık yapının, sürekli ortam kabülü ile modellemeye uygun olmamasıdır. Diğer bir deyişle, nano ölçekte, malzeme özellikleri boyuta bağlı olarak değiştiği için, nano-malzemelerin mekanik davranışının belirlenmesinde, küçük ölçek etkisinin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Nanometre mertebesindeki sistemlerde, küçük ölçek etkisi oldukça önemli hale gelmektedir. Böylece, nano yapılarla ilgili çalışmalarda, boyut etkisinin hesaba katıldığı yerel olmayan sürekli ortam mekaniğinin uygulanmasına başlanmıştır. Yapılan literatür araştırmasında, çoğunlukla, doğru eksenli nano çubukların statik ve dinamik analizinin ele alındığı görülmektedir. Eğri eksenli nano çubuklarla ilgili sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bunların bir çoğu, atom seviyesinde modelleme veya hibrid yöntemleri kullanmaktadır. Yerel olmayan elastisite teorisinin kullanıldığı az sayıdaki çalışmada ise, yerel olmayan etki olarak, sadece eğilme momenti göz önünde bulundurulmaktadır. Statik problemleri ele alan çalışmalar, sadece eğilme etkisini gözönüne almakta, kayma deformasyonu etkisini ihmal etmekte, kesme kuvvetinin yerel olmayan etkisini göz önüne almamaktadır. Titreşim problemlerini inceleyen çalışmalarda ise, hem kayma deformasyonu hem de dönme eylemsizliği etkileri genellikle ihmal edilmektedir. Ayrıca, çözümler, çeşitli sayısal ve yaklaşık yöntemlerle elde edilmektedir. Bu çalışmada, düzlemsel eğri eksenli nano çubukların statik ve dinamik davranışları, yerel olmayan elastisite teorisinin genel denklemleri kullanılarak incelenmiştir. Eringen tarafından verilen yerel olmayan elastisite teorisinin genel denklemleri, silindirik koordinatlarda yazılarak, çubuk teorisine uygulanmıştır. Böylece, yerel olmayan çubuk teorisi denklemleri, değişken yayılı yükleri taşıyan değişken eğrilikli ve değişken kesitli çubuklar için elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılarak, düzlemsel eğri eksenli çubukların düzlem içi statik ve dinamik problemleri incelenebilmektedir. Denklemlerde, hem momentlerin ve hem de kuvvetlerin yerel olmayan etkileri gözönüne alınmaktadır. Eksenel uzama ve kayma etkilerinin yanında eksenel ve kayma kuvvetlerinin yerel olmayan etkilerinin de gözönüne alındığı literatürdeki ilk çalışma bu olmuştur. Eğri eksenli çubğun statik davranışını ifade eden denklemlerin analitik kesin çözümü, başlangıç değerleri yöntemiyle elde edilmiştir. Başlangıç değerleri yönteminin üstünlüğü; yüksek mertebe statik belirsizliklerin, problemin çözümüne ilave bir zorluk katmamasıdır. Herhangi bir bilinen sınır şartı ile kesin analitik çözüm elde etmek mümkündür. Farklı geometri ve kesite sahip çubukların asal matrislerinin analitik ifadeleri elde edilmiştir. Böylece, çubuk eksen eğrisi ve kesiti ne olursa olsun, yer değiştirme, kesit dönmesi ve kesit tesirleri değerleri eksen eğrisi boyunca analitik olarak belirlenebilmektedir. Ayrıca, teoride ortaya çıkan parametreler belirlenerek, bunların statik davranışa etkileri incelenmiştir. Boyut parametresi, çubuk açıklığı, narinlik oranı gibi bazı parametrelerin değişiminin çubuğun statik davranışına etkisini göstermek amacıyla çeşitli çubuk geometrileri, yükleme ve sınır şartları ile ilgili problemler çözülmüştür. Sonuçlar, eksenel uzama ve kayma deformasyonu etkilerini göz önüne alan ve almayan farklı durumlar için hesaplanmıştır. Çeşitli problemler çözülmüş ve yer değiştirme, dönme açısı ve gerilme bileşenlerinin kesin analitik denklemleri elde edilmiştir. Bu çalışmada önerilen yöntemle boyut parametresi ve çeşitli geometrik parametrelerin eğri eksenli nano çubukların statik davranışına etkileri incelenmiştir. Narinlik oranı λ=(R θ_t)⁄√(I⁄A) , 20 ile 150 arasında ve çubuk açıklığı (θ_t) 10° ve 180° arasında alınmıştır. Boyut parametresi (R⁄γ)' nin 1 ile 10 arasında değiştiği kabul edilerek yerel olmayan boyut faktörü γ 1,56 nm olarak alınmıştır. Poisson oranı ve Young modülü sırasıyla υ=0.3 ve E=1 TPa, alınmıştır. Ancak bu çalışmada, yerel ve yerel olmayan teorilerle elde edilen sonuçların oranları verildiğinden sonuçlar bu değerlere bağlı değildir. Çubuk statik davranışını ifade eden denklemlerden hareketle, D'Alembert prensibi yardımıyla, dinamik davranışları ifade eden denklemlere ulaşılabilmektedir. Eksenel uzama, kayma deformasyonu ve dönme eylemsizliği etkilerini göz önüne alan dinamik denklemlerin kesin çözümü, başlangıç değerleri yöntemiyle, düzlem içi titreşimler için elde edilmiştir. Kesin çözüm, sadece, sabit kesitli, çember eksenli çubuklar için söz konusu olmaktadır. Titreşim ile ilgili çeşitli problemler çözülerek, doğal frekanslar elde edilmiştir. Ayrıca, elde edilen frekanslar yardımıyla mod şekilleri de çizilmiştir. Boyut parametresi, çubuk açıklığı, narinlik oranı gibi bazı parametrelerin değişiminin çubuğun dinamik davranışına etkisini göstermek amacıyla çeşitli örnekler verilmiştir. Ayrıca, değişken eğrilikli ve kesitli çubuklar da, birçok sabit eğrilikli ve kesitli çubuk elemandan oluşuyormuş gibi modellenmiş ve aynı çözüm yöntemi kullanılarak sonuç elde edilmiştir. Sonuçlar, etkilerin göz önüne alındığı ve alınmadığı farklı durumlar için hesaplanmıştır. Bu çalışmanın temel amacı, nano boyutlardaki çubukların statik ve dinamik problemlerinde, yerel olmayan elastisitenin kullanılmasının klasik elastisiteye göre çok daha üstün olduğunu ve nanoyapıların mekanik davranışlarını anlamada yerel olmayan etkilerin önemli olduğunu göstermektir. Çalışmada, eğri eksenli nano çubukların statik davranışları için temeli Eringen'in yerel olmayan elastisite teorisine dayanan boyuta bağlı yeni bir çubuk teorisi sunulmuştur. Yerel olmayan bünye denklemleri klasik çubuk denklemlerine uygulanmıştır. Eksenel uzama ve kayma deformasyonu etkileri ve bunlar ile eğilme momentinin boyuta bağlı etkileri analitik modelde ele alınmıştır. Kesin çözüm için başlangıç değerleri yöntemi kullanılarak sonuçlar analitik olarak elde edilmiştir. Diğer modelleme yöntemleri bazı kusurlarından dolayı yetersiz kalmaktadır. Atomistik yaklaşımın karmaşık atomik yapıları modelleme kapasitesi yoktur ve hesaplama yönünden pahalı olmaktadır. Öte yandan, klasik sürekli ortam yaklaşımları daha basit formülasyonlar vermekte fakat boyuttan bağımsız olmaları nedeniyle yetersiz kalmaktadırlar. Çalışmaların çoğunda, nano çubuklar kusursuz şekilde düz kabul edilmektedir, fakat sensörler gibi nano teknoloji uygulamalarında kullanılmaları için eğri eksenli üretilebilmektedirler. Bu gerçekten hareketle, nano çubuk denklemleri elde edilerek kesin çözümler geliştirilmiştir. Ayrıca, mühendislik uygulamaları için yerel olmayan bir sonlu eleman geliştirmek bu çalışmayla mümkün olabilecektir. Nano bilim ve nano teknolojideki ilerlemeler son on yılda modern dünyayı şekillendirmiştir. Teori, modelleme ve simülasyon bu ilerlemelerde kritik bir rol oynamıştır. Burada önerilen çözüm yöntemi, MEMS ve NEMS uygulamalarındaki eğri eksenli çubuk komponentlerin tasarım ve üretimine yardımcı olacaktır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların nano aygıtların mühendislik tasarımına yol göstereceği ümit edilmektedir.
Model based driveline analysis and controller development for improved driveability
Market demand has been pushing the truck manufacturers to provide trucks with more engine power and torque to the market. This demand is essentially related to the performance expectation of the customers to have high wheel torques available. In addition to the performance increase, also the customer expectations have increased on other attributes such as Noise Vibration Harshness (NVH), vehicle dynamics and etc. Driveability has also become an important attribute of the vehicle. A product needs to be developed to satisfy these expectations related to the stated attributes. This necessity brings up the need of analysis of driveability and driveability error states, which will be more obvious because of high torques in the driveline. High torques in the driveline is a result of the high transmission ratio and engine torques in the driveline. Driveability term contains responses to several maneuvers such as launch, acceleration and shifting. These maneuvers can be further extended to more detailed maneuver types. Examples to these maneuvers are in-gear acceleration, acceleration after shifting, up-shifting, down-shifting, comfort launch and performance launch. It is possible to analyse the driveability attribute of the vehicle separately for all these maneuvers. One of the most important error states of the driveability are the oscillations in the driveline and jerk which are caused by sudden tip−in and tip−out maneuvers of the driver which result in sudden load changes in the driveline. The presented work will focus to the tip-in maneuvers which covers also the tip-out maneuvers as the difference between these maneuvers are only the direction of torque change. Within the scope of the presented work, three vehicle models reflecting driveline components in different detail levels are created in Matlab environment in order to perform the mentioned analysis of driveability and driveability error states. The transient maneuver results obtained from these models are compared to test results of the real vehicle. The results show that in order to analyze the driveability and driveability error states, the elastic driveline model where the drive shafts are modelled is sufficient. The contribution of the tire models to reflect driveability is limited. In the next step of the work, in order to improve driveability, the effect of changing the physical characteristics such as inertia, stiffness and damping of the driveline components is investigated. According to the results of the work, it is shown that driveability error states during tip−in and tip−out maneuvers cannot be solved by changing physical properties of the driveline components. It is shown that the solution is not on the system side, which is the driveline in this case but in the excitation side. Another contribution of this part of the work is that it has shown how the changes of the physical properties of the driveline components may affect driveability. As the error states occurring during tip−in and tip−out maneuvers in terms of oscillations and jerks are shown to be not evitable by changing the physical properties of the driveline components, the necessity of controlling the demanded torque is arisen in order to solve the problem in the excitation source. It is shown that by applying filters or ramp functions will cause performance complaints by the driver and modern control methods are investigated. The control methods which are investigated in the context of this work mainly consist of three steps; defining metrics for two contradicting requirements such as performance and comfort, establishing a cost function using these metrics and applying control to put the cost function at minimum. In these methods which incorporate cost functions, the weighting values are of importance because they directly affect the optimal solution thus the control gain which is to be used. Of course there are methods which define how to choose the weighting functions but these methods do not ensure the satisfaction of the customer and rely on subjective assessment of the one who is tuning the weighting factors. Another disadvantage of the proposed controllers are either they do not consider different driver inputs such as differentiation between low tip−in and high tip−in or rely on drivers requested torque which is not directly linked with drivers input to the vehicle. Due to the disadvantages states above, the necessity for a new controller design is seen. The proposed "Driving Input Dependent Optimal (DIDO) Controller" is designed not to rely only on the weighting factors which will be chosen by the engine calibration engineer, who will calibrate this function but it will ensure that the customer expectations both from comfort and performance perspective are satisfied according to brand strategy and characteristics. The designed controller consists of a tip−in detection algorithm which will classify the tip−in maneuver depending on the accelerator pedal position and its rate, a reference acceleration generation algorithm which will generate reference acceleration of the vehicle based on the tip−in type and brand characteristics, three optimal controllers which are performance oriented, comfort oriented and the hybrid of these modes and a state machine which will govern the switching between these three controllers with respect to the driver inputs, acceleration of the vehicle and brand characteristics. During the controller development, the non−linear driveline model is converted to a linear model by making some assumptions which are explained in detail within this work. The effect of the linearization onto the simulation results are investigated before continuation with the controller development. Once the controller is designed and shown to work as it is intended, the LTI (Linear Time Invariant) plant model is removed and the non−linear plant model is used. By evaluation of the results with the non−linear plant model, it is seen that a Kalman filter is required to compensate the differences between the linear and non−linear driveline models. With the proposed Kalman filter, controller is shown to operate successfully. In the work, also the sensors which will be used in a real vehicle application are also identified and it is seen that the available sensors will not be enough to obtain all the necessary state information which are used in the controller for calculating control inputs. Therefore another Kalman filter is designed which can estimate the states from the information obtained from the sensors, known states in this case. It is also shown that the controller can operate properly by estimating states from the sensors. In the next step of the work, controller sensitivity analysis is performed. The sensitivity analysis is required because controller is designed based on driveline model parameters. It is expected from a controller to be able to compensate the difference between the real driveline parameters and the parameters to be used in the model. It is also shown that the proposed controller can work with the deviation of the driveline parameters as well. As the last step of the controller design, a process map for calibrating this function is generated. The process map shows that calibration of this controller is more efficient and effective compared to the other controllers proposed in the literature because it considers the expected outcome and tracks it according to its design. The contribution of this work to the literature can be summarized by its capability to propose a non−linear driveline model which includes all of the elastic elements in the driveline by incorporating submodels for the driveline backlash and tires for a rear wheel driven commercial vehicle; its results showing the effects of changes of physical properties of the driveline components on the driveability and the resulting "Driving Input Dependent Optimal (DIDO) Controller" which is capable to overcome driveability error states with an ease of application, ensuring delivering brand characteristic to the customer and adaptation to the different driver inputs.
Numerical investigation of power cylinder lubrication and frictional performance considering piston elastic deformations
This study aims to predict the behavior of an oil-lubricated piston reciprocating inside a cylinder in the context of its lateral motion, and to state its contribution to total piston assembly friction. For this purpose, a detailed model was constructed and a MATLAB code was written solving secondary motion of a piston in mixed lubrication and calculating friction losses arising from skirt-liner interaction. In regard to its effects on the operation of the piston, skirt lubrication was focused on. Effects of surface finish of skirt and liner were taken into account using the modified form of Reynolds equation with pressure and shear flow factors. An asperity contact model was introduced for the effect of solid-to-solid contact of surfaces. In addition, continuity of lubricant film between skirt and liner surfaces was investigated. Reynolds flow separation approach was used to determine film rupture boundary for the two-dimensional flow of lubricant. Thermal expansion of the piston was calculated to obtain the skirt profile under steady-state engine running conditions for a known cold profile. Change in the lubricated surface of skirt during operation was taken into account by calculating the piston's elastic deformation under the effect of lubricant pressure and contact loads at each time step. Simulation results for a number of cases were presented for effects of the skirt profile. Different cases are obtained by changing barrel form, the bulge location and ovality of piston. Setting the radius at the bulge location as the nominal skirt radius, radial reduction towards skirt top and bottom were increased and reduced for the effect of barrel form only. A second set was obtained by moving the bulge location up and down while the radial reduction due to barrel form was kept constant as moved away from the bulge. The third set contains two different oval profiles with increased and reduced radial drops in the circumferential direction while the barrel profile on the plane of symmetry which is perpendicular to pin axis was kept constant. Resulting friction losses were compared and used to suggest an alternative skirt profile for improved lubrication performance. Furthermore, oil viscosity which has transverse effects on hydrodynamic lubrication was selected as another focus design parameter. The model was tested to be used as a tool to predict an optimized viscosity for its effects on viscous shear and solid-to-solid contact behavior. These analyses were carried out with two different inlet oil supply conditions. 20 µm oil thickness available at the leading edge was assumed for partially-flooded inlet whereas 40 µm was taken for fully-flooded condition. Generally it was found that critical period in terms of frictional loss and solid contact started at around 40°CA after FTDC. Boundary friction was more dominant in partially-flooded inlet cases whereas hydrodynamic losses were higher for fully-flooded inlet ones, as expected. In partially-flooded inlet analysis, minimum and maximum frictional loss values were found for the change in oval form of the skirt. It was also seen that baseline oil type can be used since lower viscosities results in increased power loss and higher one offered negligible benefit. In the end, a skirt profile was suggested with the combination of three parameters. However, the friction mean effective pressure was found to be higher than the value obtained by only changing the oval form. Therefore, it was concluded that effects of changes in skirt profile parameters were not linear for the given engine operation condition with the partially-inlet. A reduction in oval form alone could be more beneficial in terms of frictional power loss. Fully-flooded inlet resulted in significantly less frictional power loss due to reduced solid contact. Barrel form had a transverse effect in this case compared to partially-flooded inlet. In addition, it was seen that reduction in power loss with increased oil viscosity was not negligible this time. Combined effect of skirt profile parameters and oil type were observed to give the best frictional performance for the suggested case with a fully-flooded inlet. In conclusion, this study presented a series of recommendations for selected design parameters defining skirt profile and lubricant viscosity in order to achieve an improved frictional performance of a medium-duty diesel engine piston. A comprehensive model for skirt lubrication and piston secondary dynamics were built and used for case studies. Keeping in mind that the design process of an ICE power cylinder requires an integrated analysis of any design parameter with its effects on the performance of other important components such as rings as well, the resulting model can be a base tool to be developed further for use in more advanced analysis.
Taşıt süspansiyon ve yorulma testleri için bir lastik düşey modelinin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında lastiğin döner tambur üzerindeki bir engel üzerinden geçirilmesi ile elde edilmiş olan deneysel veriler MATLAB Sistem Tanımlama Modülü yardımı ile analiz edilmiş ve lastiğin bir düşey matemetiksel modeli elde edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen lastik modeli sayesinde kullanılan lastiğin bir transfer fonksiyonunun elde edilmesi amaçlanmıştır. Farklı yük, şişirme basıncı ve hızın model parametreleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Elde edilen transfer fonksiyonu yardımıyla tanımlanmış standart yol pürüzlülüklerinin aks titreşimleri üzerine etkileri hesaplanmıştır. Elde edilen modelin yorulma ve süspansiyon testlerini kolaylaştırması beklenmektedir.
Yüksek basınçlı sistemlerde civata üzerindeki gerilmenin burç boyuna göre analizi ve optimum burç boyunun tespit edilmesi
Civatalar, mekanik parçaların montajında oldukça yaygın kullanılan elemanlardır. Birbirinden farklı malzemeler için kullanılabilme özelliği, tamirat sırasında tekrar tekrar sökülüp takılma kolaylığı ve diğer bağlama methodlarına göre daha ucuz olması nedeniyle en çok tercih edilen bağlama elemanlarıdır. Karmaşık tasarımlar için kullanılabilme kolaylığı ve farklı malzemeleri montajlama gibi özellikleri sayesinde mühendislere kolaylıklar sağlayarak, tasarım olanaklarını artırır. Birçok uygulamada, cıvataların ömrü işletme sisteminin ömrünü etkiler. Bu sebepten dolayı civatalar, sistemeler için çok önemli ve üzerlerinde birçok çalışma yapılan ve yapılacak olan elemanlardır. Civatalar kendi içlerinde çok karmaşık tasarıma sahiptir. Geometrisinin yapısı, civata ve somun dişleri arasındaki temas yüzeyleri, civatanın üzerindeki ön yükleme, flanşlar ile civata başının ve somunun temas yüzeyleri, civata ve flanş deliklerinin temas yüzeyleri gibi birçok etken civatalı bağlantılarda önemli rol oynamaktadır. Günümüzün teknolojisi ve sayısal yetenekleri sayesesinde sonlu elemanlar yöntemi ile bu karmaşık fiziksel olayı en gerçekçi birşekilde yansıtılabilmesi, uygun malzemeler, eleman tipleri ve ağ (mesh) yapıları ile oluşturulan bir model ile mümkün kılınabilinmektedir. Eğer sistem hiç basitleştirilmeyip, bütün karmaşıklığı ile yansıtılmaya çalışılırsa, uygun sürede sonuçlar alınıp tasarım sürecinin gerektirdiği birçok değişik tasarım konfigürasyonları yapılarak, uygun tasarım seçilemez. Bu karmaşık sistem, işlem süresini kısaltmak için doğru sonuçlar elde edilecek şekilde basitleştirilmelidir. Bu tezde güdülen amaç civata bağlantılı sistemlerde civatalardan kayanaklanan hataları en aza indirmek amacı ile civatalar üzerinde meydana gelen gerilmeleri, flanş tasarımını değiştirmemek kaydı ile çeşitli tasarımlar deneyerek, düşürmektir. Bu tezde civata bağlantılı modeli oluşturmak için SIEMENS NX 9 yazılımı kullanılmıştır ve daha sonra model ANSYS WORKBENCH kullanılarak analiz edilmiştir. 3 boyutlu model oluşturulduktan sonra sonlu elamanlar yöntemi ile gerçek fiziksel koşulların oluşturulmasına çalışılmıştır. Çalışma standart bir baz modeli geliştirmek amacı ile sürdürülmüş ve baz model DIN2628 ve flanş yapısına ait civatalar M20'dir. Baz modelin sonlu elemanlar modeli oluşturulduktan sonra yüksek basınçlı işletme sistemi simule edilmiştir. Bu koşullar altında civata üzerinde yüksek gerilmeler görülmüş ve civata akmıştır. Sisteme çeşitli boylarda burçlar eklenip civata üzerinde görülen gerilmenin düşürülmesi ve sistemin başarı ile çalışması hedeflenmiştir. Bunun yanında sisteme eklenen burçlar hem sistemin ağırlığını hem de sistemin fiyatını artıracağı düşünülerek ikinci bir öneri olarak da civata başına kanal açarak civatanın verilen sistemde sağlıklı şekilde çalışması amaçlanmıştır.
Design and comparison of controller performance on four mecanum wheeled mobile robot
In this thesis the main aim is to design and compare controller performance on omnidirectional mobile robot based on mecanum wheels and it can be use for further researches for elemination system errors. On the purpose of to increase orientation capability the system is equipped with four mecanum wheels which have twelve rollers around it. In the scope of this thesis to control dc motor speeds according to user demans and to minimize heading errors in the band of accaptable area. Before start to develop controller for the large scale system experimental test rig has been equipped with system components which are mecanum wheels, dc motors, encoders and controller. Also before start design controller all system elements should have mathematical models to take best controller results. Such as Dc motor model, system forward and backward kinematics, which help to minimize heading errors in real nonlinear environment. For the developing linear quadratic regulator and model predictive controller transfer function of the system is needed. Especially for LQR controller owing to feedback constants. The dc motor model is implemented to the simulation enviroment to see system output according to user inputs. In order to validate designed model, different system scenarios are tested independetly. After validation of system outputs cross validation test is conducted to maximize dependability. Designed model simulated in Matlab/Simulink environment with real dc motor coefficients. To improve controller performance for LQR controller different Q matrixes and R constants are tested and simulated. In the end admissible feedback constants are chosen. For MPC system inputs and outputs are simulated with modelled system. The controller performance is adjusted according to time interval, control horizon, weights of inputs and prediction horizon constants. Based on simulated model the aim is to take smooth response from system without overshoot, minimal oscillation and minimize settling time. Simulated results will be compared to real system results in future.
Effects of spatial distribution of fullerenes on the mechanical behaviour of graphene fullerene composites
Carbon based nanostructures such as carbon nanotubes (CNTs), graphene and fullerenes have attracted great attention due to their remarkable thermal, mechanical and electrical properties. In the last years, hybrid carbon nanomaterials, which enable to construct higher scale, tailorable materials consisting of coupled nanostructures such as graphene-CNT, fullerene-CNT and graphene-fullerene, are in the focus of researchers. In this respect, this study examines the mechanical characteristics of a hybrid nanostructured material that consists of fullerenes covalently sandwiched between parallel graphene sheets. After checking stability of the covalent junctions and thermodynamic feasibility of the overall nanostructure by monitoring the free energy profiles over a sufficiently long period through molecular dynamics simulations (MD),as the main objective of this study, the effects of layerwise spatial distribution of fullerenes on the compressive mechanical properties are investigated. For this purpose, atomistic models for the proposed fullerene-graphene composite structures are generated by the use of C180 fullerene with different spatial arrangements between graphene sheets. Random and ordered type fullerene dispersions are considered as two main fullerene distribution schemes employed in the atomistic modelling process. Comparisons are performed between fullerene-graphene composite structures with randomly and evenly distributed fullerenes in terms of elastic mechanical properties and energy absorbing characteristics. In this regard, compressive loading tests at different strain rates and various temperatures are performed via MD simulations to capture the mechanical response of sandwiched fullerene-graphene structures with different fullerene arrangements. In the MD simulations, the four nanostructures were assumed to be different spatial fullerene arrangement between graphene layers and results were compared. It was found that spatial distribution of fullerenes has remarkable influence on both compressive stress level and stress-strain characteristic of the novel fullerene –graphene foams. Mechanical response of the hexagonal and square fullerene arrangement models are in good agreement with both each other and conventional foam materials while rotated hexagonal and randomly fullerene distributed models are exhibited totally unique mechanical behaviours due to their special structures. In addition to investigation of spatial fullerene distribution effects on mechanical properties of the fullerene-graphene specimens, temperature and strain rate sensitivity of nano foams are studied in this thesis. As a consequence of certain MD simulation results, applied temperatures have no major impact on stress-strain curve tendency; however, young modulus of the materials tend to decrease with higher employed temperature level. In parallel that mechanical tests of fullerene-graphene foams under uniaxial compression show that the form of the stress-strain diagram does not depend on the applied strain rates. However, higher strain rates in general lead to higher stresses under compression at the beginning of the plateau regime and densification phase.
Yolcu güvenliğini güvence altına alan E.C.E regülasyonuna göre otobüs gövde analizi
Otobüs, insanların toplu ulaşımda kullandıkları, günümüzün en modern makinalarından biridir. Teknolojik gelişmelere paralel olarak, ulaşım sektöründe kullanılan motorlu araçlar, trafik kazalarının oluşumunu engelleyecek aktif güvenlik sistemleri (ABS, EBD, ESP, vb. gibi) ve kaza sonrası yaralanmaları ve can kayıplarını önleyecek pasif güvenlik sistemleri (Hava yastıkları, kapı içi çelik barlar, kaza anında katlanır pedallar, vb. gibi) ile donatılmaktadırlar. Otobüs kazaları ile ilgili olarak yapılan araştırmalar, can kaybının ve yaralanmaların en çok otobüsün devrilmesi sırasında ortaya çıktığını göstermiştir. Yaşanan bu can kayıplarının, genellikle kazanın şiddetinden kaynaklanmadığı, otobüslerin gereken gövde mukavemetini karşılayamadıkları için ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Otobüs gövdesinin devrilme kazası esnasında gereken mukavemeti sağlaması ve bu sayede insanların can kayıplarının önüne geçilmesi için U.N.E.C.E (United Nations Economic Commission for Europe) tarafından 1997 yılından itibaren yürürlüğe giren E.C.E R-66.00 regülasyonu yayınlanmıştır. Bu pasif güvenlik regülasyonu ile Avrupa Birliği'ne üye ülkelerde kullanılan otobüslerin gövde parçalarının, devrilme kazası durumunda yolcuların ve mürettebatın yaşam mahalline müdahale etmesinin önüne geçilmiştir. Söz konusu regülasyon, Türkiye'de de Avrupa Birliği' ne üye ülkelerle eş zamanlı olarak uygulanmaktadır. Otobüs üreticisi firmalar tarafından, E.C.E R-66 regülasyon şartına uygunluğun ispatı için iki yöntem uygulanabilmektedir. Birinci yöntemde, prototipi üretilmiş araç, ilgili şartlara uygun olarak tasarlanmış test düzeneğinde fiili olarak devrilir. Araç gövdesinin, yolcuların ve mürettebatın yaşam mahalline girişimde bulunup bulunmadığı tespit edilir. İkinci yöntemde ise, birinci yöntemdeki şartlar bilgisayar ortamında sağlanır ve sonlu elemanlar yöntemi tabanlı yazılımlar kullanılarak, otobüs bilgisayar ortamında devrilir. Kullanılan yazılımın ve metodun güvenilirliği, otobüs gövdesinin kısmi bir bölgesinin fiziksel olarak devrilmesi sonucu bulunan sonuç ile aynı kısmi bölgenin bilgisayardan elde edilen simülasyon sonucu karşılaştırılarak elde edilir. Günümüzde otobüs üreticisi firmalar genellikle ikinci yöntemi kullanmaktadırlar. Birinci yöntem hem pahalı bir yöntemdir hem de optimizasyon yapma şansını sınırlamaktadır. Çünkü otobüs gövdesinde yapılacak her tasarım değişikliğinde bir adet otobüsün fiilen devrilip hurdaya ayrılması gerekmektedir. İkinci yöntemde ise optimizasyon yapma şansı çok daha yüksektir. Yapılacak her tasarım değişikliği bilgisayar ortamında simülasyona tabi tutulabilmektedir. Bu sayede daha hafif ve daha mukavim gövde yapısına ulaşılabilmektedir. U.N.E.C.E tarafından yayınlanan ve 09 Kasım 2017 tarihinden itibaren ilgili tüm araçlar için yürürlüğe girecek olan E.C.E R-66.02 regülasyonu ile otobüs gövdesinin devrilme esnasında absorbe etmesi gereken enerji bir önceki regülasyona göre yaklaşık %90 oranında artmıştır. Bu mukavemeti sağlamak için yapılacak tasarım değişiklikleri araç ağırlığını arttırabilecektir. Ayrıca aracın ön ve arka aks taşıma kapasiteleri de göz önünde bulundurulduğunda, E.C.E R-66.02 şartını sağlamak için azami yolcu sayısını ve müsaade edilen bagaj ağırlığını azaltmak gerekebilecektir. Bu çalışmada, otobüs gövde konstrüksiyonunun Ansa yazılımı marifetiyle sonlu elemanlar modeli ağ yapısı oluşturulmuş ve Ls-Dyna yazılımında da devrilme simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar ortamında yapılan işlemlerin güvenilirliğini tespit etmek için otobüs kısmi gövdesi öngörülen şartlarda fiilen devrilmiştir. Ayrıca aracın ağırlık merkezinin bilgisayar ortamındaki koordinatlarının gerçeğe uygun olabilmesi için prototip aracın ağırlık merkezinin koordinatları fiilen yapılan ölçümler sonucu hesaplanmış ve bilgisayar modeline bu gerçek koordinatlar girilerek analiz yapılmıştır. Bilgisayar sonuçları ile fiili test sonuçları karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışmalar ile E.C.E R-66.02 şartlarını sağlayan, yolcu ve bagaj taşıma kapasitesinin azaltılmasını gerektirmeyen, güvenli bir otobüs gövde iskelet konstrüksiyonu elde edilmiştir.
Model based optimal longitudinal vehicle control
Considering the competitive environment in automotive industry, original equipment manufacturers (OEMs) in this industry are in a challenging competition with each other to offer their customers more attractive vehicles. Cost, emissions, fuel economy, noise vibration & harshness (NVH), durability, performance and driveability properties make a product able to distinguish from its competitors' products. Each of these attributes has a major contribution of forming a perception of the customers' choosiness. New technologies as a result of the research and developments activities in electronics resulted with complex electro-mechanical systems in automobiles. With the addition of recent developments in materials and manufacturing processes on top of it, especially in diesel fuelled internal combustion engines (ICE), torque and power delivery had almost doubled with respect to the conventional engines developed not more than two decades ago. Additionally as a result of latest developments at air path and gas exchange systems control, torque build up rate had significantly increased enabling the vehicles to be more agile and reactive to load change request manoeuvres. As a result of all these capability improvements, vehicle response characteristics to high torque and power capacity engines changed extremely altering the necessity of proper and robust driveability calibration requirements. Driveability properties of the vehicles had gained significant importance in terms of customer satisfaction. This dissertation focuses on improving vehicle driveability properties taking advantage of simulation tools and model based control. The overall profit of this thesis is providing improved driveability via using engine torque production and vehicle models and controllers at the same time. Torque transmission from the vehicle's power unit to the road surface via tires is a complex structure which should be handled with extreme care considering the overall driveability performance of the vehicle. An agile throttle response of the vehicle is aimed without error modes like acceleration initial kick, bump, response delay, stumble or shuffle. However considering the nonlinearities resulting from the complex structures at the drivetrain of the vehicle, this requirement becomes significantly challenging. Despite mechanical control at longitudinal motion in conventional vehicles, modern vehicles are equipped with electromechanical systems. Thanks to technological developments in the automotive industry that current capability of the vehicles enables us to develop better platforms for improving driveability characteristics. Modern engine control units (ECUs) have the capability of processing thousands of signals in a less than tens of milliseconds and as a result regulate numerous actuators which results with displacement of the vehicle complying all regulative requirements and customer expectations. Acceleration throttle pedal input signal is recorded by electronic control unit, processed and finally used to control the parameters for the combustion systems. In terms of driveability control, automotive manufacturers' engine control algorithms employ input shaping or simple filtering algorithms. These algorithms use look-up tables and main control strategy is to slew the pedal oriented torque request for the tip-in and tip-out manoeuvres in an open loop control methodology especially in backlash transition region of the driveline. Considering the fact that there is no close loop control and these features become subjective calibration methodologies and outcome becomes strongly dependant on calibrator's capability and performance. Moreover filling look-up tables for all gear, engine speed and pedal position combinations requires significant amount of calibration development time. Taking into consideration all of these obstacles of the current driveability features, the subject of automated torque control for improved driveability is a state of the art research topic both within automotive manufacturers and academic researchers as it can be described as an optimization problem dealing with performance and comfort counter measures. Knowledge of the instantaneous produced torque by the engine is a key item with respect to satisfying above stated attributes in vehicle longitudinal motion control. Currently common approach for combustion management is the usage of look-up table based structures with the drawback of poor conformity of the produced torque. Look-up tables define air and fuel quantity setpoints in order to produce requested indicated torque without feedback of the produced torque. These look-up tables are filled at engine dynamometer test benches at normal ambient conditions. In general fuel and air quantity setpoint maps have the axes of engine speed and indicated torque and requested amount of desired variable is filled to the corresponding point of the look-up table. In real world driving conditions fuel quantity control is robust however especially with turbocharged systems; requested air quantities may deviate from the setpoint values especially when considering transient manoeuvres. This phenomenon is called "turbo/boost lag" and significantly affects the produced torque. The situation is much worse for non-standard conditions, extreme hot and cold and altitude. In the literature most of the proposed vehicle longitudinal motion control related engine torque control algorithms base on the fact that requested torque will be generated immediately from the diesel engine. However as explained above this is not the case in real life applications. Therefore engine characteristic is either not included or covered with a simple filtering algorithm in conventional vehicle longitudinal motion related engine torque control methodologies. Engine brake torque model combined driveability control algorithm proposed in this thesis is differentiated from the previous studies in the literature within this perspective. Proposed "In cylinder pressured based engine brake torque model algorithm" works in harmony with the driveability control structure and improves overall vehicle response characteristics. Within the scope of this study a 4 degree of freedom powertrain model consisting of 4 inertias, 2 set of spring and damper elements with tyre characteristics, is built in MATLAB/Simulink environment. Model validation considering longitudinal vehicle dynamics is performed with employing vehicle level tests using a tip-in followed by a tip-out acceleration pedal signal input load change manoeuvres. Comparison of simulation results and measured vehicle test data shows that proposed model is capable of capturing vehicle acceleration profile revealing unintended error states for the specified input signals. Considering the driveability control perspective, a Model Predictive Control (MPC) algorithm employed to manipulate the pedal map oriented torque demand signal in an automotive powertrain application in order attenuate the powertrain oscillations in longitudinal vehicle motion control. 4 mass model could not be employed at with the MPC algorithm due to very high level of nonlinearity. Therefore two simplified versions of 2 and 3 mass models have been developed. It has been verified that both 2 and 3 mass vehicle models are accurate enough to employ the MPC torque control algorithm. As the aim of this study is to develop a close loop driveability algorithm for real world applications, the 4 mass vehicle model is used as replacement environment for the subjected vehicle in order to employ 2 and 3 mass vehicle model based control algorithm. MPC algorithms via using both models showed good capability, however smoothness of the driving profile with the 2 mass vehicle model is slightly better than the 3 mass model. Moreover to further improve the powertrain oscillations without compromising from overall system response speed, an additional anti-shuffle control element, basically a P controller based on the speed difference of engine and vehicle speeds, has been implemented to the MPC control algorithm. Literature review about the engine torque control for improved driveability show that all the researcher use MPC alone. Proposed MPC with additional P controller is a new contribution to the literature in the subjected area of research.
Araç kapılarının akustik davranışlarının incelenmesi
Ülkemizde ve dünyada otomotiv sektörü her geçen gün büyümektedir. Farklı teknolojiler ile artan sayıda marka pazarda kendilerine yer edinebilmek için kıyasıya mücadele etmektedir. Gelişen teknoloji müşterilere sadece standard tasarım ve güvenlik gerekliliklerini değil aynı zamanda daha fazla konfor ve kalite sunmak için de kullanılmaktadır. Araçların titreşim ve gürültü performansları da geliştirilmeye açık bir alan olarak bu konfor alanında üzerinde çalışılmakta olan konuların başında gelmektedir. Araçlardaki titreşim ve gürültü performansının yükselmesi müşteri gözünde aracın kalite algısını da yükseltmektedir. Bu nedenle müşterilerin subjektif değerlendirmeleri de otomobil firmalarının araştırma ve geliştirme departmanlarında gerçekleştirilen titreşim ve gürültü çalışmalarına yön verici bir indikatör olarak dikkate alınmaktadır. Müşteri gözünde aracın kalite algısını yükselten en önemli performanslardan biri de araç kapılarının kapatılması esnasında çıkarttıkları ses olmaktadır. Otomobil kapılarının kapanma sesinin tok ve kısa olmasının, müşterinin gözünde aracın kaliteli olduğu imajı yarattığı bilinmektedir. Bu nedenden ötürü global otomotiv araştırma ve geliştirme departmanlarının NVH ekiplerinin üzerinde en yoğun olarak mesai harcadığı konulardan biri araçların kapı kapanma sesinin müşteride yarattığı izlenimi iyileştirmeye yönelik çalışmalardır. Bu konu akustik disiplininin önemli çalışma alanlarından biri olan ses kalitesi başlığı altında incelenmektedir. Objektif olarak ölçülebilen ses kalitesi parametrelerinin subjektif değerlerle doğrulanması sonucu, beğenilen sesin kalite parametrelerinin hangi düzeyde olması gerektiği bilgisi ya da bu parametrelerin hangi yöndeki değişiminin kalite algısına nasıl etki ettiğinin anlaşılması bu kapsamdaki çalışmaların birincil amaçlarıdır. Öte yandan ses kalitesi parametrelerinin istenilen değerlerini elde edecek tasarımların belirlenmesi ise bu alandaki çalışmaların nihai amacıdır. Bu ve benzeri çalışmalar bugüne kadar yoğun olarak gerçekleştirilmiş olmakla birlikte çalışmaların tamamına yakını deneysel çalışmalardan oluşmaktaır. Ürün geliştirme sürecinin çok erken safhalarında dahil araç kapılarının tasarım süreçlerini, ses kalitesi parametrelerini de hesaba katarak yönlendirmeye imkan verecek olan bir Bilgisayar Destekli Mühendislik (BDM) yönteminin ortaya konulabilmesi, bu alandaki çalışmaların daha hızlı, etkili ve daha az maliyetli olarak yürütülebilmesine olanak verecektir. Bu tezde sunulan çalışma, bu amaca yönelik olarak gerçekleştirilmiştir. Öncelikle kapı kapanma sesini zaman alanında (transient) hesaplayabilen bir model geliştirilmiştir. Bu model mevcutta üretime hazırlanan ve tasarımı kesinleşmiş bir araç kapısının Sonlu Elemanlar Modelinin (FEM) kullanımı ile kurulmuştur. Araç dışındaki ve araç içindeki havayı temsil eden dış ve iç akustik kaviteler oluşturulmuş ve kapatılan kapı ve çevresindeki gövde bileşenlerinin bir bölümünden oluşan yapısal model ile birleşimleri sağlanmıştır. Model Abaqus Explicit çözücüsü ile zamana bağlı (transient) olarak çözdürülmüş ve hem araç dışından kapıyı kapatan kullanıcının kulak seviyesinden, hem de araç içinde sürücü sağ kulağı seviyesinde zamana bağlı ses basıncı eğrileri elde edilmiştir. Sayısal modeli kurulan araç yarı yankısız odada fiziksel olarak da test edilmiş ve aynı noktalardan ölçümler yapılarak aynı tip ses basıncı eğrileri elde edilmiştir. Fiziksel test sonuçlarını mümkün olan en iyi seviyede tahmin edebilmek için sayısal model parametreleri değiştirilerek doğrulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonraki aşamada, bu doğrulanmış model üzerinde bazı tasarım değişiklikleri yapılmış ve her parametrik değişiklik için analiz tekrarlanmıştır. Mevcut durum ve parametrik değişikliklerin uygulandığı her durum için analiz sonucu elde edilen zamana bağlı (transient) ses basıncı eğrileri ile yine mevcut durum için fiziksel test sonucu elde edilen zamana bağlı (transient) ses basıncı eğrisi kullanılarak literatürdeki en önemli 2 ses kalitesi parametresi olan sesin yüksekliği ve sesin keskinliği değerleri hesaplanmıştır. Böylece sanal model üzerinde hangi tasarım değişikliklerinin kapı kapanma sesi kalitesini hangi düzeyde ve ne kadar değiştireceğine yönelik bilgi elde edilmiştir. Mevcut durum için, band – pass filtreli zamana bağlı kapı kapanma sesi sonuçlarının fiziksel test sonuçları ile iyi seviyede doğrulandığını söyleyebilmek mümkündür. Ses kalitesi parametreleri için söylenebilecek şey ise sesin analiz sonuçlarından elde edilen yükseklik değerinin test sonuçlarından elde edilene göre çok fazla olmasına rağmen analiz ve test tarafındaki sonuçlardan elde edilen keskinlik değerlerinin oldukça tutarlı olduğudur. Bu verilerden, sayısal modelin çalışılan frekans aralığında (22 – 500 Hz) sesin frekans dağılımını iyi düzeyde tahmin edebildiği ancak her bir frekans bileşenine ait ses basıncı genliklerinin deneysel sonuçlara göre yüksek olduğu sonucu çıkarılabilir. Bu durum şu şekilde özetlenebilir: Sayısal model sesin frekans bileşenlerini başarılı şekilde tahmin edebilmektedir ancak fiziksel koşullardaki kadar iyi düzeyde sönümleme kabiliyetine sahip değildir. Literatürde kapı kapanma sesini tahmin etmek için bir BDM metodu geliştirmeye yönelik yalnızca 2005 yılına ait bir çalışma bulunabilmiştir. Bu çalışma deneysel çalışmalar sonucu elde edilen verilere analiz girdisi olarak bağımlı olmakla birlikte yapısal ve akustik denklemleri 2 ayrı adımda ve 2 ayrı yöntemle (Sonlu Elemanlar Metodu ve Sınır Elemanlar Metodu) çözmektedir. Bu nedenlerden ötürü bu tezde sunulan çalışma literatürde bir ilk olma özelliğini taşımaktadır. Öncelikle bu çalışma hiçbir fiziksel test sonucunu girdi olarak kullanmadan kapı kapanma sesini zamana bağlı olarak hesaplayabilen ilk BDM metodudur. İkinci olarak geliştirilen bu model ayrık (eksplisit) lineer – olmayan yapısal ve akustik denklemleri aynı anda akuple bir şekilde yalnızca Sonlu Elemanlar Metodu ile çözmektedir. Bütün bu belirtilen noktalar bu metodun avantajlarını ortaya koymakla birlikte her biri literatüre getirilen bir yeniliktir. Çalışmanın son aşamasında ses kalitesi parametrelerini analiz sonuçlarından elde etmek ise, bu parametreleri ürün geliştirme süreçlerinin erken safhalarında dahi istenen her tasarım değişikliği için değerlendirebilmeyi mümkün kılmaktadır. Öte yandan bu metodun dez avantajı ise bu büyüklükteki bir modeli sadece sonlu elemanlar yöntemi kullanarak tek adımda akuple olarak çözmenin uzun süreli olmasıdır.
Otomotiv endüstrisinde kullanılan akustik malzemeler ve malzeme özelliklerinin akustik parametrelere etkisinin incelenmesi
Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte otomotiv endüstrisinde araç sürüş konforu önemli hale gelmiş ve müşterilerin beklentileri de buna bağlı olarak artmıştır. Bu da tüm bu beklentileri karşılayabilmek için otomotiv üreticileri müşteri beklentilerinden taviz vermeden pazardaki zorlu rekabet şartlarında ayakta kalabilmek ve maliyetleri minimize edebilmek için araçlarda kullanılan tüm malzemelerin özelliklerinin çok iyi bilinmesine ve problemlere karşı optimum çözüm sağlayabilecek malzemelerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini beraberinde getirmektedir. Üretilmesi planlanan otomobilin bilgisayar ortamındaki dizayn, prototip ve proje fazlarında aracın akustik performansı önemli derecede takip edilmekte ve optimum dizayn için farklı malzeme örnekleri kullanılarak geliştirmelere yapılmaktadır. Bu testler aracın dizayn aşamasında bilgisayar destekli analiz programlarıyla yapıldığı gibi proje fazlarında ise ilk yatırım maliyeti çok yüksek olan rüzgar tüneli testlerinde araç üzerinden objektif veri elde edilmesi yoluyla ve yetişmiş test operatörleri yardımıyla subjektif olarak aracın belirli yol ve test şartlarında değerlendirilsi ile yapılmaktadır. Bu çalışmanın amacı otomobillerde sürücü ve yolcuların şikayet etmelerine sebep olan akustik kaynakların tanıtılması, araç üzerinde Akustik malzeme uygulanan parçaların tanıtılarak uygulama yöntemlerinin incelenmesi, akustik malzemelerin özelliklerinin ve malzeme özelliklerinin akustik parametrelere etkisinin incelenmesi, akustik parametre ölçüm metodlarının incelenmesi ve son olarak farklı numuneler üzerinden akustik parametre ölçüm metodlarından biri olan alfa kabin testinde farklı malzeme özelliklerinde akustik sönüm kabiliyetinin incelenmesidir.
Ev tipi çamaşır makinaları için plastik kasnak konstrüksiyonu
Gelişen teknoloji ve artan rekabet, mühendislik firmalarını kendini geliştirmeye zorlamaktadır. Değişen ekonomiye ve piyasalara uyum sağlamak, olası değişikliklere hazırlıklı olmak için, firmalar alternatif üretim yolları ve malzemeler aramaktadır. Özellikle beyaz eşya sektöründe, çok kısa sürede, görsel ve performans açısından geliştirilmiş yeni ürünlerin piyasaya sunulması çok önemlidir. Arçelik'in beyaz eşyalarında kullanılan her bir parça için başlıca hedefler, daha yüksek performans, daha kısa sürede üretim ve daha ucuza mal edilmesidir. Çamaşır makinası üreten firmalar, pazarda kalmak için düzenli olarak piyasayı takip etmek ve kendini geliştirmek zorundadır. Arçelik, rekabetin ve inovasyonun önemini bilen bir firmadır. Arçelik Çamaşır Makinası Arge Departmanında, bu hedeflere ulaşmak için sürekli bir çalışma yürütülmektedir. Bu projede, Arçelik'in önden yüklemeli kayışla tahrikli çamaşır makinalarında kullanılmak üzere bir plastik kasnak tasarlanmıştır. Arçelik'in mevcut kasnağının malzemesi alüminyum olup, ucuzlatma projesi olarak malzemede alüminyumdan plastiğe geçilmesi ve şirketin değişen hammadde piyasalarına karşı hazırlıklı olması için bir alternatife sahip olması açısından yeni bir tasarım çalışılmıştır. Tasarıma başlamadan önce, literatür ve patent araştırması yapılmıştır. Tasarım kriterleri belirlenmiştir. Arçelik'in belirlediği kriterleri sağlayacak en uygun plastik malzemeler seçilmiş, bu malzemeler ile çalışılması halinde gelecek olan maliyet hesaplanmıştır. Rakip firmalardan plastik kasnak kullananların kasnakları incelenmiştir. Seçilecek malzeme, mevcutta kullanılan kayışlar ile de kullanılabilir olmalıdır. Bu yüzden, mevcut kayış ile alüminyum ve seçilmesi muhtemel malzeme arasındaki sürtünme katsayısını belirlemek için özel bir test düzeneği kurulmuş ve testler yapılmıştır. Testler sonucunda elde edilen katsayılar, kayış hesaplarında kullanılmış ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Alüminyum kasnak çıkarılıp, yerine plastik kasnak takılabilecek şekilde tasarım yapılmıştır. İlk tasarım gerçekleştirildikten sonra Çin'de tek adet prototip üretimi yapılmış ve bu prototip ile temel testler gerçekleştirilmiştir. Tasarım üzerinde gerilme ve kalıp analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz ve test sonuçlarının ışığında tasarımda iyileştirmeler gerçekleştirilmiştir. İdeal malzemeye; şirketin plastik kasnağı kullanabilmesi açısından birçok kriter göz önünde bulundurularak, maliyet, moldflow, gerilme ve deplasman analizlerinin ve yapılmış testlerin sonuçları incelenerek karar verilmiştir. Malzeme PA6 GF60 olarak seçilmiştir. Son tasarımın teknik resmi ve montaj ilişki tabloları hazırlanmıştır. Nihai tasarım için kalıp ürettirilmesine karar verilmiştir. Bu kalıptan alınacak numuneler ile birçok dayanıklılık testi gerçekleştirilecektir. Bütün bunların sonucunda plastik kasnağın ilk olarak Arçelik'in önden yüklemeli kayışla tahrikli makinalarında uygulamaya alınması planlanmaktadır.
Kömür madenleri için bantlı konveyör tasarımı ve tasarım parametrelerinin optimizasyonu
Bu çalışmada bantlı konveyörlerin tarihinden, avantajlarından, dezavantajlarından, tasarım faktörlerinden, konveyör profillerinden, bantlı konveyörlerin kullanım alanlarından, bantlı konveyörlerin elemanlarından, tahrik mekanizmalarından, kullanılacak olan denklemlerden ve problemden bahsedilmiştir. Günümüzde gelişen teknoloji ile beraber daha fonksiyonel fabrikalar, maden ocakları, enerji santralleri ve limanlar ortaya çıkmıştır. Yapılan çalışmalar ile ham madde işlenmesi ve buna bağlı olarak üretim de artmıştır. Gerek maden ocakları gerekse üretim fabrikalarında malzeme ve diğer sanayi ürünlerinin miktarları artmış ve bunların daha kolay, hızlı ve güvenilir bir şekilde taşınması ihtiyacı doğmuştur. Taşıma teknolojisi; zaman, hareket ve miktar parametrelerini içeren, yükün paketlenmesini, taşınmasını ve depolanmasını sağlayan, hizmet ve işlem bileşenlerinden oluşur. Taşıma sistemlerini belli bir çizelgeye koyma veya belirli bir çerçevede gruplandırmak kolay değildir. Çünkü sistemin içindeki birçok faktör(taşınacak malzemenin cinsi, iletilecek yer, istenen ekonomi, zaman vb) bütün sistemi değiştirebilir. Örneğin iki nokta arasında cam taşıma işlemi ile beton harcı taşıma işlemi arasında olay olarak benzerlik dışında az sayıda benzerlik bulunur. Taşıma sistemi bileşenleri için, eleman özellikleri dikkate alınmak suretiyle ancak genel sınıflandırmalar yapabilmek mümkündür. Bunlar sürekli taşıyıcılar ve kesikli taşıyıcılardır. Konveyörler sürekli taşıyıcılar grubundadır. Konveyörlerin rulolu, zincirli, bantlı, yer ve hava tipi çeşitleri vardır. Bantlı konveyörler malzemenin taşınmasını sağlamanın dışında zamandan, enerjiden, gerekli insan gücünden ve ekonomiden çok büyük tasarruf sağlar. Kamyonlar, tırlar ve diğer malzeme taşıyan kara ulaşım araçları zorlu doğa koşullarında büyük engeller ile karşılaşırken, bantlı konveyörler yüksek eğimli arazileri kolay bir şekilde geçer. Birim zamanda tonlarca malzeme taşınacaksa bantlı komveyörler çok iyi bir seçim olacaktır. İnsan faktörünün araçlara göre daha az olduğu bantlı konveyörler güvenli bir taşıma işlemi de sağlamaktadır. Bantlı konveyörler otomotiv, enerji, gıda ve maden sanayisinde sıklıkla kullanılmaktadır. Bantlı konveyörlerin en önemli avantajı çalışması sırasında düşük bir enerji ile çalışmasıdır. Bant hattı düşük bir maliyet ile kurulur ve ucuz servis ücretleri ile bakımı yapılır. Saatte tonlarca malzeme iletimi gerçekleştirilir ve çelik halatlı bantların kullanılması ile 62 km mesafedeki yerlere taşıma yapabilirler. Dezavantajları ise tam kapasite ile çalışmazlar ise düşük verim oluştururlar. Çalışma esnasında toz oluşumu da görülmektedir. İyi bir tasarım düşünülmez ise konveyör bandında yüksek aşınmalar oluşabilir ve bu durum da ekonomik olarak firmayı olumsuz etkileyebilir. Bantlı konveyörlerin en önemli elemanı taşıyıcı banttır. Bant taşınacak olan malzemeyi üzerine alır ve sürekli olarak çekme, gerdirme kuvvetleri altındadır. Konveyör bant düşük özgül ağırlık, bükülme, az nem çekme özelliği, yüksek dayanım ve uzun ömür gibi özelliklere sahip olması istenir. Aksi takdirde çalışma sırasında banttaki bir aksaklık sistemin bir anda durmasına ve ekonomik olarak kayıplara sebep olur. Bant hattı eğimsiz, aşağı eğimli ve yukarı eğimli olarak tasarlanabilir. Konveyör bantın ana iskeletini öz(karkas) oluşturur. Karkasın malzemesi pamuktan, ipekten, poliamitten, poliesterden, cam iplikten ve çelik malzeden olabilir. Çelik karkasın kullanılması bandın gerilmelere karşı daha sağlam ve uzun ömürlü olmasını sağlar. Böylece daha uzak mesafelere malzeme iletimi sağlanır. Çelik özler 2 ye ayrılırlar. Bunlar çelik kortlu özler ve çelik saclı özlerdir. Bir diğer önemli eleman ise tahrik tamburlarıdır. Banda ilk hareketi veren ve bandın ilerlemesini sağlayan elemana tahrik tamburu denir. Bir bantlı konveyörün tahrikinin tasarımı ve tertibi, en büyük bant çekme kuvveti ve iletmenin uzunluğuna göre hareketinden, ayrıca bandın önceden seçilmiş olan boyutlarından ortaya çıkmaktadır. Çalışma esnasındaki işletme şartları da göz önüne alınmalıdır. Tamburlar döküm yoluyla veya sac levhaların kaynak yöntemi ile uçlarının birleştirilmesi ile imal edilirler. Şekilleri silindir veya bombeli(fıçı) şeklindedir. İmalat esnasında yapılacak bir hata eksen kaçıklığına bu durumda konveyör bantta hasar meydana getirebilir. İletim esnasında bantta çekme ve basma gerilmeleri oluşur. Buna bağlı olarak bandın kalınlığı, çekme ve basma dayanımı tambur çapını belirleyen faktörlerdir. Eğer bir bant kendi mukavemet sınırları içinde ne kadar çok zorlanıyor ise tambur çapı o kadar fazla olmalıdır. Yeterince zorlanmayan bantlarda minimum çapın altına inilebilir. Bantlı konveyörler çoğunlukla elektrik motoru ile tahrik edilirler. Motorun devir sayısı tahrik tamburunkinden fazla olduğundan, en az iki kademeli bir dişli kutusu koymak gerekir. Bant tahrik sistemleri ortam şartlarına, kullanılacak elemanların özelliklerine ve taşınacak malzemenin özelliğine bağlı olarak; baştan tahrik, kuyruktan tahrik veya çift tahrik olarak tasarlanırlar. Konveyörü boşta çalıştırmak için gerekli gücün, malzemeyi yatay olarak nakletmek için gerekli gücün, malzemeyi düşey olarak nakletmek için gerekli gücün, malzemeyi ivmelendirmek için gerekli gücün ve diğer güç kayıplarının toplamı konveyör bandı tahrik etmek için gerekli güce eşittir. Ancak toplam güç hesaplanırken ortam şartlarına, çevre kirliliğine ve elektrik motorunun verimine dikkat edilmelidir. Çok tamburlu sistemlerde düşük bant gerilmeleri meydana gelir ancak ilave motor ve dişli sistemlerinden kaynaklanan ilave masraf yaratır. Bantlı konveyör tasarımında bant hareket hızının ve tahrik gücünün hesaplanması için taşıma malzemesinin özelliklerinin, yoğunluğunun, bant özelliklerinin, taşıma uzunluğunun ve eğimin bilinmesi gereklidir. Konveyör uygulamaları için tahrik sistemi seçilirken sistemin; gücüne, hız denetim aralığına, kalkış duruş sayısına, kullanım yeri şartlarına, momentin değişimine ve diğer tahrik sistemleri ile arasındaki ilişkiye dikkat edilmeli, geniş kapsamda elemanlar incelenmeli ve birçok soru yanıtlanmalıdır. Önemli seçim sabit hız ile değişken hızlı tahrik seçimidir. Tahrik sistemi seçiminde proses, mekanik, elektrik enerjisi ve maliyet şartları da göz önünde bulundurulmalıdır. Konveyör uygulamaları; hız aralığı boyunca sabit moment, yüksek başlangıç momenti, yüksek atalet, yüksek ivmelenme ve yavaşlama momentleri ve çoklu tahrikler arasında yük paylaşımı, kontrol altına alınmış duruşlar gerektirir. Ayrıca özellikle daha uzun konveyörler için tercihen daha doğal frekanslarla çalışan uygun hızlı ve bant çekmelerine sahip kompleks mekanizmalar kullanılır. Motorlar, tahrik tamburunu harekete geçirmeleri nedeniyle çok önemlidir. Sistemin gerekliliklerine göre bantlı konveyörlerde redüktörlü motorlar, alternatif kısa devre motorları, alternatif bilezikli motorlar ve tekil motorlar kullanılır. Doğru akım motorları elektriksel gücün mekanik güce çevrilmesi ile oluşan moment kuvveti sayesinde stator denilen düzeneğin rotor üzerinde manyetik olarak döndüğü sistemlerdir. Bobinler üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alanın meydana getirdiği kutuplaşma ile ileri ve geri yönlü olarak, yani zıt kutupların çekmesi ve aynı kutupların birbirini itmesi prensibinin dairesel harekete dönüştürülmesi ile mekanik hareket üreten bir yapıdır. Verilen denklemlerden ve standart çizelgelerden yararlanılarak hesaplamalar yapılmıştır. Problem 500m eğimsiz ve 100m 30o eğime sahip iki konveyörün oluşturduğu hattın 500t/h debiye sahip taş kömürünün taşınmasıdır. Hesaplamaların sonunda bantlı konveyörde kullanılacak olan parçaların boyutları elde edilmiştir. Konveyör eğimi, sarılım açısı ve makara grupları parametreleri kullanılarak güç ve bant kuvvetlerinin değişimlerinin grafikleri oluşturulmuştur. Çeşitli yorumlar yapılmıştır.