5,123
Archived Theses
7
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Sonlu elemanlar analizi ile sabit bir bom sisteminin topoloji optimizasyonu
Farklı endüstri alanlarının üretim aşamalarındaki ana hedef, en iyi ürünü en kısa sürede ve en az maliyetle üretebilmektir. Tasarım aşamasında öncelikli konu, en iyi tasarımın kendisinden beklenen görevi en iyi şekilde yerine getirebilmesidir. Tasarlanan bir sistemin güvenilirliği, beklenilen istekleri ne kadar karşıladığı ile doğru orantılıdır. Bu şartları sağlayacak çok sayıda çözüm olmasına rağmen, en önemlisi bu çözümler içerisinden en uygun olana sahip olabilmektir. Herhangi bir makine elemanında, yapıda veya sistemde gerçekleştirilen optimizasyon işleminin amacı, en iyiyi en uygun şekilde elde edebilmektir. Bir optimizasyon probleminde zaman parametresi tasarım değişkeni olarak ön plana çıkarken, başka bir problemde maliyet veya hafiflik önem kazanabilmektedir. Mühendislik alanlarında yapısal optimizasyon veya sayısal optimizasyon teknikleri büyük bir öneme sahiptir. Yapısal optimizasyon, sadece üretim maliyetini değil aynı zamanda üretim zamanını da azaltma potansiyeline sahiptir. Topoloji optimizasyonu (TO), sistemin performansını en üst düzeye çıkarmak amacıyla, belirli bir yük, sınır koşulları ve kısıtlayıcılar kümesi için belirli bir tasarım alanını optimize eden matematiksel bir yöntemdir. Topoloji optimizasyonu özellikle konsept tasarım aşamasında çok kullanışlı bir mühendislik tekniğidir. Bu yöntem ile doğrulanmış yapısal model ile güvenilir ve tatmin edici sonuçlar üretebilmektedir. Bu çalışmada belirli bir sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak sabit bir bom sisteminin topoloji optimizasyonu gerçekleştirilecektir.
Klima santrali karışım hücresi için mikser tasarımı ve mikrobiyal kirlenmenin incelenmesi
Klima santralleri karışım hücresinde dış hava ile dönüş havasının karışması sürecinde sıcaklık tabakalaşma meydana gelir ve karışım etkinliği azalır. Bu durum klima santrallerinde enerji kaybına ve yapısal hasarlara neden olabilir. Dolayısıyla dış hava ve dönüş havasının iyi bir şekilde karışması için mikser düzeneklerinin kullanımı önerilmektedir. Bu çalışmada, hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak karışım etkinliğini artırmak için düşük maliyetli ve tüm klima sistemlerinde uygulanabilir bir statik mikser tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Farklı tipte mikserler imal edilmiş ve laboratuvar koşullarında bir klima santrali karışım hücresinde deneysel olarak test edilmiştir. Mikserin sağladığı karışım etkinliği deneysel ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemleri ile incelenerek enerji ve ekonomik analizleri yapılmıştır. Tez çalışması esnasında Kovid-19 salgınının meydana gelmesi nedeniyle, klima santrallerinde oluşan mikrobiyal kirlenmenin taze hava oranı ile değişimi tez çalışmasına eklenmiştir. Kirlenme ve karışım etkinliği arasında doğrudan bir ilişki olmamasına rağmen her iki durum da taze hava oranı ile ilişkilidir ve taze hava oranının işletme maliyetlerine önemli bir etkisi bulunmaktadır. Klima santralleri için taze hava oranının artırılması santral içinde mikrobiyal kirlenmenin azaltılması için etkili bir yöntem olmakla birlikte bir diğer yöntem ise klima santrali içinde ultraviole ışık veren düzeneklerdir. Tez kapsamında ultraviole ışık uygulamasının mikrobiyal kirlenme üzerindeki etkisi ayrıca incelenmiştir. Klima santrallerinde oluşan mikrobiyal kirlenmenin yüksek taze hava anına eşlik eden ultraviole ışık uygulaması ile etkili bir şekilde azaltılabileceği ortaya konmuştur.
Silisyum karbürün soğutma sektöründeki kullanımının incelenmesi
Bu çalışmada silisyum karbür malzemesinin soğutma sistemlerindeki kullanım alanları araştırılmıştır. Silisyum ve karbonun tek bileşiği silisyum karbürdür. Malzeme aşınmaya karşı dirençli ve aynı zamanda yüksek ısıya dayanıklıdır. Özetle Silisyum Karbür üstün bir aşındırıcı ve seramik bir malzemedir. Silisyum karbür uygulama alanları; kumlama enjektörleri, otomotiv su pompası contaları, rulmanlar, pompa bileşenleri, eşanjörler ve silisyum karbürünün yüksek sertlik, aşınma direnci ve korozyon direnci kullanan seramik malzemedir. Yüksek sıcaklık davranışından ziyade düşük sıcaklıkta aşınma ile çalışmak için daha fazla kullanılırlar.
Alüminyum ekstrüzyon kalıp tasarımında bilgisayar uygulamaları
Bu tez çalışmasında, plastik şekil verme yöntemlerinden biri olan ekstrüzyon ile karmaşık şekilli alüminyum profillerin hurdaya atılacak malzeme miktarını azaltarak, kısa sürede kaliteli profilleri elde etmek için uygun tasarımlı alüminyum ekstrüzyon kalıplarının üretilmesi test edilmiştir. İstenilen alüminyum profilin üretilebilirlik analizi yapılmıştır. Profil üretimi için gerekli olan parametreler pres seçimi, kalıp çapı, ekstrüzyon oranı, figür sayısı ve bolster gibi faktörlerdir. Kalıp tasarımı iki boyutlu AutoCAD yazılımı kullanılarak çizildi. Alüminyum ekstrüzyon işlemi, Extrude Metal yazılımı kullanılarak simüle edildi. Bu simülasyon programı, sıcaklık, hız, basınç ve biyet gibi faktörlere dayalı olarak sürecin önceden tahmin edilmesine yardımcı olur. Bu yöntem, kalıbın gerçekte deneme ve yanılma sürecine ihtiyaç duymadan daha etkili bir şekilde tasarlanmasını ve ekstrüzyon işlemi sırasında atık malzeme miktarının minimize edilmesi amaçlanmıştır. Bu sayede daha uzun ömürlü kalıplar kullanarak daha yüksek ürün verimliliği elde etme hedeflenmiştir.
Çeşitli alüminyum ve kompozit yüzeylerde süperhidrofobik yapı oluşturulması
Sıvıların katı yüzeyleri ıslatabilirliği, aralarında oluşan temas açısı ile tanımlanır. Temas açısı değerini etkileyen en önemli iki faktör katının yüzey enerjisi ve yüzey pürüzlülüğüdür. Temas açısının 90°'den az olduğu yüzeyler hidrofilik yüzeyler adını alırken, temas açısının 90° ile 150° arasında olduğu yüzeyler hidrofobik yüzeyler adını almaktadır. Temas açısının 150°'den büyük olduğu yüzeylere ise süperhidrofobik yüzeyler denir. Bu yüzeyler farklı endüstriyel alanlarda kimyasal ve fiziksel koruma amaçlı veya farklı fonksiyonel amaçlarla geliştirilmeye devam edilmektedir. Hidrofobik ve süperhidrofobik yüzey elde etmek için yaygın kullanılan yöntemlerden biri olan kimyasal aşındırma yöntemi kullanılmıştır. Hidroflorik asit (HF), hidroklorik asit (HCl), nitrik asit (HNO3) içeren kimyasal aşındırıcı çözelti kullanılarak farklı aşındırma sürelerinde numunelerin yüzey pürüzlülüğü arttırılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü arttırılan numune yüzeyleri STA içeren çözelti ile modifiye edilmiştir. Endüstriyel kullanımı yaygın olan AA5754 alüminyum alaşımı ile AA5754/SiCp kompozit yüzeylerinde farklı sürelerde kimyasal aşındırma ile oluşturulmuş yüzey pürüzlülüğü değerlerinin ve ayrıca AA5754/SiCp kompozitlerde takviye oranı artışının yüzey temas açısına etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu kompozit malzeme yüzeylerinde süperhidrofobik yapı elde edilerek, Alüminyum metal matrisli kompozit (Al MMK) malzemelerin yeni uygulamalarda kullanılabilirliğinin arttırımı hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlarda kimyasal aşındırma süresinin artması ile yüzey pürüzlülüğü ve temas açısının artış gösterdiği, kompozit malzemelerde takviye oranının artmasıyla daha yüksek temas açısı değerleri elde edildiği gözlenmiştir. Tüm numune yüzeylerinde hidrofobik ve/veya süperhidrofobik yapılar oluşturulmuştur. En yüksek temas açısı değeri ise 169,17 ̊ olarak kütlece %20 oranında SiC takviyeli kompozit malzemede elde edilmiştir.
Susturucularda perfore delik çapı, perfore adedi ve boru çapının geri basınca etkisinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Egzoz susturucuları, dizel veya benzinli motor farketmeksizin otomobil ve kamyonlarda, motorsikletlerde, jeneratörlerde, deniz taşıtlarında, uçaklarda, vinç ve ekskavatör gibi inşaat ve endüstriyel ekipmanlarda kullanılmaktadır. Bu susturucuların temel amacı, içten yanmalı motorlardan kaynaklanan yüksek ses seviyesini azaltmak ve egzoz gazlarının atmosfere atılabilmesini sağlamaktır. Ancak egzoz sistemlerinde kullanılan ses emici malzemeler, rezonatörler ve borular gibi direnç elemanları, gaz akışını kısıtlar ve egzoz sisteminde yüksek bir geri basınç oluşturur. Oluşan geri basınç sebebiyle yanmış gazlar serbestçe atılamadığı için, motorun verimliliği azalmaktadır. Bu çalışmada, egzoz sistemindeki karşı basınç oluşumunu etkileyen perfore delik çapı, boru çapı ve delik sayısı parametreleri incelenmiştir. Her bir parametrenin geri basınç üzerindeki etkisini belirlemek için, Solidworks Flow Simulation programı kullanılarak teorik modelleme ve analizler elde edilmiştir. Teorik analizleri yapılan susturucuların, arge laboratuvarındaki test sistemi ile egzoz geri basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar kapsamında, farklı geometrik konfigürasyonlara sahip susturucu modelleri kullanılarak elde edilen veriler, grafik, çizelge ve şekiller kullanılarak detaylı bir şekilde sunulmuştur. Çalışma sonunda elde edilmiş veri ve analizler, hem üreticilere hem de araştırmacılara susturucu tasarımı ve egzoz geri basıncı arasındaki ilişki konusunda önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.
Ev tipi fırınlar için yeni bir teleskobik ray sistemi tasarımı
Günümüzde yaygın kullanılan ev tipi fırınlarda fırın tepsileri ve ızgaraları fırına yerleştirmek için yan duvar tel raf sistemleri kullanılmaktadır. Ev tipi fırın üreten firmalar tarafından yapılan pazar araştırmaları tepsi ve diğer pişirme aksesuarlarını fırın içine yerleştirme ve almayı kolaylaştıracak tasarım talepleri olduğunu göstermiştir. Buradan yola çıkarak geliştirilen teleskobik ray sistemleri ergonomik bir kullanım avantajı sağlayarak bu talebi kısmen karşılamıştır. Teleskobik ray sistemlerinin fırın içinde yer alan yan duvar tel raflara kaynaklanmış olması bu avantajı sadece o raf seviyesinde kullanmaya izin vermekte, diğer raf seviyelerinde kullanım kolaylığı sağlamamaktadır. Bu tez çalışmasında teleskobik ray sisteminin fırın içindeki tüm raf seviyelerinde kullanılabilmesi için yeni bir teleskobik ray sistemi tasarımı geliştirilmesi hedeflenmektedir. NX Siemens 3 boyutlu tasarım programı ile oluşturulan tasarımın yapısal analizleri için ANSYS Workbench programı kullanılmıştır. Model imalatı yapıldıktan sonra deneysel analizler ile standart testler uygulanmıştır. Sonlu elemanlar analizleri ile deneysel sonuçlar karşılaştırılarak sunulmuştur.
Sıfır enerjili bina yaklaşımıyla ısı ve elektrik tüketiminin fotovoltaik panellerle karşılanmasının incelenmesi: Bir AVM örneği
Bu çalışmada İstanbul ili Eyüpsultan İlçesinde faal durumda olan VIALAND Alışveriş Merkezi'nin sıfır enerjili bina yaklaşımıyla ısı ve elektrik tüketiminin fotovoltaik panellerle karşılanabilirliği incelenmiştir. Dünyanın nüfusu ve enerjiye olan ihtiyacı her geçen gün artmaktadır fakat kaynaklar aynı hızla tükenmektedir. Alışveriş merkezlerinin sayısı ülkemizde 2023'te 446'ya ulaşmıştır. İstanbul Eyüpsultan İlçesindeki VIALAND Alışveriş Merkezi'nde enerji talebinin düşürülmesi amacıyla çalışmalar yapılmıştır. Çalışmanın başlangıcı binanın 2021 ve 2022 yıllarında ortalama enerji tüketiminin incelenmesi olmuştur. Tüketim, işletmeler ve ortak alanlar olmak üzere ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Binanın dış kabuğu, mekanik ve elektrik sistemleri incelenmiştir. Başta aydınlatma olmak üzere birçok sistemde iyileştirme yapılmıştır. Konum olarak çevre yapılardan etkilenmeyen tesisin yürünebilir teras çatısında PV*SOL programı ile uygun GES tasarımı yapılmıştır. Sekiz farklı blok ayrı ayrı incelenmiştir. Teras uygun alanlar taranmış, panel konumlandırılamayacak noktalar yasak bölge olarak tanımlanmıştır. Ayrıca, çatıyı sınırlayan parapetlerden en az bir metre olacak kadar mesafe bırakılmıştır. Seçilen fotovoltaik (PV) panel ve diğer sistem elemanları yardımıyla yapılan analizler sonucunda elde edilebilir güneş enerjisi kaynaklı elektrik gücü hesaplanmıştır. Tesisin enerji tüketimleri ile kıyaslanarak yapılacak ilave iyileştirmeler sayesinde ortak alanların enerji ihtiyacının burada tanımlanmış PV yöntemden yararlanarak karşılanabileceği görülmüştür.
Nanoparçacık ilaveli alternatif yakıtların motor karakteristikleri ve egzoz emisyonlarına etkilerinin deneysel olarak belirlenmesi ve istatistiksel-sayısal yaklaşımlar kullanılarak optimizasyonu
Bu çalışmada, kişniş tohumu yağı (KTY100) ve atık kızartma yağından (AY100) elde edilmiş biyodizel, hacimsel olarak dizel yakıt ile karıştırılmış ve optimum karışım oranı belirlenerek %30 kişniş tohumu biyodizeli ile %70 dizel karışımından (KTY30) ve %20 atık kızartma yağı biyodizeli ile %80 dizel karışımından AY20 yakıtları üretilmiştir. Oluşturulan bu yakıtlara 0-100 ppm arasında 25 ppm aralıklarla bor karbür (B4C) ve kristalin nano selüloz (NS) nanoparçacıklar eklenerek deney yakıtları hazırlanmıştır. Nanoparçacık katkılı yakıtların motor performans ve emisyonları deneysel olarak incelenmiş ve Tepki Yüzeyi Metodolojisi (RSM) kullanılarak KTY için iki faktörlü, AY için ise üç faktörlü modelleme gerçekleştirilerek optimum nanoparçacık miktarı belirlenmiştir. Ayrıca çalışmada ANSYS Forte 2019 R3 yazılımı kullanılarak krank mili açısına bağlı olarak silindir içi basınç ve sıcaklığı simüle edilmiş ayrıca emisyon değerleri sayısal olarak modellenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlarına göre; deney yakıtları ASTM D6751 ve EN 14214 biyodizel standardına göre kabul edilebilir sınırlar içindedir. Regresyon denklemlerini kullanılarak RSM' nin yapmış olduğu tahmin sonuçları ile test sonuçları arasında kuvvetli bir uyum olduğu gözlemlenmiştir. Deneylerde elde edilen veriler ile RSM' nin tahmin sonuçları arasında, B4C katkılı KTY yakıtlar için tüm yanıtların hata oranı ortalaması 4,34 olarak belirlenmiştir. NS katkılı KTY yakıtlar için tüm yanıtların hata oranı ortalaması 4,08 olurken, B4C katkılı AY yakıtlar için 4,86, NS katkılı AY yakıtlar için ise tüm yanıtların hata oranı ortalaması 5,51 olarak belirlenmiştir. Tüm deney yakıtları için R2 değerleri %95 ve üzerindedir. Bu durumda %95 güven düzeyinde istatistiksel olarak verilerin anlamlı olduğu söylenebilir ve kabul edilebilir sonuçlar elde edildiği görülmektedir. RSM optimizasyonuna göre; KTY yakıt için optimum NS miktarı 100 ppm ve motor yükü 1453,21 W, optimum B4C miktarı 62,6263 ppm ve motor yükü 1530,30 W olarak belirlenmiştir. AY yakıt için optimum NS miktarı 58,8986 ppm, enjeksiyon basıncı 220 bar ve motor yükü 1368,68 W olarak belirlenmişken, AY20 yakıtına eklenen optimum B4C miktarı 36,36 ppm, enjeksiyon basıncı 220 bar ve motor yükü 1267 W olarak belirlenmiştir.
Trakya Bölgesindeki endemik bitkilerin İHA görüntülerinden tespitini yapabilen CNN algoritmasının geliştirilmesi
Bu tez çalışması, Trakya bölgesindeki bazı endemik bitkilerin takibini, tespitini veya istatistiğini tutmak isteyen kişi ve kuruluşlara hızlı, erişilebilir ve yüksek doğruluk bir çözüm hedeflenen evrişimli sinir ağları algoritması olan You Only Look Once (YOLO) algoritması temelli bir bitki tespit modeli geliştirerek sunmaktır. Bu kapsamda, seçilen endemik bitkiler Dianthus ingoldbyi, Verbascum degenii ve Centaurea kilaea olmak üzere bitkilere ait 2 örnek alanda 2 farklı insansız hava aracı kullanılarak farklı çözünürlüklerde 75 görsel veri elde edilmiştir. Belirli veri çoğaltma teknikleri uygulanarak görsel veriler 240'a yükseltilmiştir. YOLO v11 nano modelinden doğal veri ve yapay veri kullanılarak belirli eğitim parametreleri ile 2 farklı model oluşturulmuş ve karşılaştırılmış, veri çoğaltma yöntemlerinin sınıf dengesini sağlamak ile kalmayıp aynı zamanda modelin yapısal öğrenmesini ve tespit yeteneğini olumlu yönde etkilediği deneysel olarak doğrulanmıştır. Seçili endemik bitkiler arasında en yüksek performans gösteren Verbascum degenii endemik bitkisinin olduğu görülmüştür. En iyi performans gösteren modele arayüz kazandırılarak kullanılması kolaylaştırılmıştır.
Açık hücreli bakır köpük entegre edilmiş reküperatif brülör başlık yapısının baca gazı ısıl veriminin sayısal incelenmesi
Bu tez çalışmasında, reküperatif brülör sistemlerine entegre edilmiş açık hücreli metal köpük yapıların ısı transferine etkisi sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Reküperatif brülörler, atık ısıyı geri kazanarak enerji verimliliğini artırmayı amaçlayan sistemlerdir. Bu kapsamda, açık hücreli bakır köpük ve geleneksel silisyum karbür başlıkların kullanıldığı iki farklı brülör başlık modeli oluşturulmuş ve bu modeller Siemens FloEFD yazılımı kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analiz modülü ile analiz edilmiştir. Sıcaklık dağılımları, hız profilleri, basınç kayıpları ve ısı transfer katsayıları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, açık hücreli metal köpüklerin yüksek yüzey alanı ve termal iletkenlik gibi özellikleri sayesinde ısı transfer performansını önemli ölçüde artırdığını göstermiştir. Ayrıca, modellerin enerji verimliliği Siegert faktörü yaklaşımıyla hesaplanmış ve açık hücreli metal köpük yapıların reküperatif brülör sistemleri için etkin bir alternatif sunduğu sonucuna varılmıştır.
Alüminyum ekstrüzyon kalıp tasarımının sonlu elemanlar programı kullanarak iyileştirilmesi ve deneysel doğrulama
Bu tez çalışmasında, alüminyum ekstrüzyon sürecinde kullanılan kalıpların tasarımı, sonlu elemanlar programı Inspire Extrude Metal kullanılarak analiz edilmiş ve iyileştirilmiştir. Üç farklı alüminyum alaşımı ve profil tipi için yapılan analizlerde, sıcaklık, malzeme akış hızı ve gerinim olmak üzere üç temel parametre ele alınmıştır. Analiz sonuçları doğrultusunda, ekstrüzyon kalıp tasarımları söz konusu parametrelere göre optimize edilmiş, böylece malzeme akışında homojenlik sağlanması, oluşabilecek hataların azaltılması ve kalıp ömrünün artırılması hedeflenmiştir. Simülasyon sonuçları ile elde edilen nihani ürün arasında yüksek uyum elde edilmesi, sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerin geçerliliğini ortaya koymuştur. Bu çalışma, alüminyum ekstrüzyon prosesinde kalıp tasarımının sayısal yöntemlerle iyileştirilmesiyle, üretim kalitesinin artırılması, enerji verimliliği ve maliyet açısından önemli katkılar sağlamaktadır.
Üç yönlü periyodik minimal yüzeylerle (ÜYPMY) tasarlanan kalça implantlarının yapısal analizi
Üç yönlü periyodik minimal yüzey (ÜYPMY) yapılar, ortopedik implant tasarımlarında mekanik dayanım ile biyolojik uyumluluğu birlikte sunan yenilikçi bir yaklaşım olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, kalça implantlarında Gyroid, Diamond, Schwarz, Split-P gibi ÜYPMY tabanlı gözenekli kafes yapıların kullanımı araştırılmıştır. İlk olarak SolidWorks yazılımında yoğun bir kalça implant modeli tasarlanmış, ardından bu model nTopology yazılımına aktarılmıştır. Modelin içi 3 mm derinliğe kadar boşaltılarak ÜYPMY yapılarla doldurulmuştur. Tasarım iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir: İlk aşamada hücre kalınlığı sabit tutularak hücre boyutları değiştirilmiş, ikinci aşamada ise hücre boyutu sabit tutularak kalınlık parametresi değiştirilmiştir. Magnezyum AZ91 malzeme özellikleri atanarak sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiş ve maksimum yer değiştirme, maksimum gerilme ve maksimum şekil değişimi değerleri değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, ÜYPMY ile yapılandırılmış implantların yapısal bütünlükten ödün vermeksizin implant ağırlığını azaltabildiğini ve gerilme dağılımını iyileştirerek osseointegrasyonu artırma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Bu tez, kalça implantlarında ÜYPMY kafes yapıların tasarımı, mekanik performansı ve biyolojik avantajları açısından detaylı bir değerlendirme sunmakta ve eklemeli imalat teknolojileri ile kişiye özel implant üretiminin önünü açmaktadır.
Üçlü periyodik minimal yüzeyli (TPMS) yapıların dinamik davranışlarının incelenmesi
Bu tez çalışmasında Üçlü Periyodik Minimal Yüzeyli (TPMS) yapıların dinamik davranışları, Gyroid, Diamond, Primitive ve I-WP topolojilerine sahip kafes kirişlerin çeşitli sınır koşulları altında sergilediği deformasyon, modal analiz ve kritik burkulma kuvvetleri incelenmiştir. TPMS yapıların yüksek mekanik performans, hafiflik ve enerji emilimi gibi önemli avantajlara sahiptir. Bu çalışmanın amacı, TPMS geometrisinin ve sınır koşullarının yapıların doğal frekansları, eğilme ve burkulma kuvvetleri üzerindeki etkilerini anlamaktır. Simcenter 3D yazılımı kullanılarak, her TPMS topolojisi için farklı sınır koşulları tanımlanmış ve her yapı için doğal frekans, deformasyon ve burkulma kuvvetleri hesaplanmıştır. Yapılan analizler, TPMS yapıların geometrisinin ve doğru sınır koşullarının, rezonansa girme, deformasyon ve burkulma riskini minimize etmekte kritik rol oynadığını göstermektedir. Sonuç olarak, TPMS yapıların doğru sınır koşullarıyla optimize edilmesinin yapısal dayanıklılığı ve dinamik performansı iyileştirebileceğini ortaya koymaktadır.
Sanayide enerji verimliliği etüt projesi ve vaka analizi
Dünya üzerinde hızla artmakta olan nüfus, toplumların refah seviyesi ve sanayileşme, enerjiye olan talebi devamlı artırmaktadır. Fosil yakıtların yakın gelecekte tükenme noktasına geleceğini gösteren araştırmalar ışığında, enerjinin etkin ve verimli kullanılması hayati bir öneme sahiptir. Özellikle enerjinin yoğun bir şekilde tüketildiği sanayi sektöründe, enerji verimliliği çalışmalarının belirlenmiş standartlara göre yapılması son derece önemlidir. Bu çalışmada, Trakya bölgesinde Upfield margarin yağ fabrikasındaki, enerji tüketen makinelerde ve ekipmanlarında yapılabilecek enerji verimliliği çalışmaları anlatılmış ve işletmeler için etkin bir verimlilik çalışması olan, enerji etüt proje uygulaması hedeflenmiştir. Öncelikle mevcut durumdaki enerji sarfiyatları ve maliyetleri hesaplanmıştır. Makine ve ekipmanlar için enerji verimlilik artırıcı önlemler tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, işletmede yıllık 7.690.553,23 TL tasarruf edilmiştir. Yatırım maliyetlerini göz önüne alırsak, işletme için yapılan etüt projesinin geri ödeme süresi yaklaşık 18 ay olarak ortaya konmuştur.
Ardışık sol-jel daldırma yöntemi ile fonksiyonel seramik kompozitlerin hafif metaller üzerine kaplanabilirliğinin incelenmesi
AZ91 Mg alaşımının biyomedikal uygulamalarda biyobozunur implant malzemesi olarak kullanılabilirliği, yüksek korozyon hızı ve yüzey kararsızlığı nedeniyle sınırlıdır; bu sorunlar çoğunlukla yüzey mühendisliği yaklaşımlarıyla giderilmeye çalışılmaktadır. Bu tez çalışmasında AZ91 alaşımı üzerinde, hidroksiapatit (HAp) ve fonksiyonel katkılar nano-silika (n-SiO₂) ile nano-grafen (n-Gr) içeren seramik hibrit kaplamaların, ardışık sol–jel daldırma yöntemiyle kaplanabilirliği araştırılmıştır. Çalışmanın özgün yönü, literatürde yaygın olan "çoklu daldırma–tek sinterleme" yaklaşımından farklı olarak, her daldırma adımından sonra düşük sıcaklıkta sinterleme uygulanmasına dayanan ardışık kaplama stratejisinin kullanılmasıdır. Böylece bir sonraki katmanı destekleyecek daha yoğun, daha kararlı ve aderansı güçlendirilmiş bir alt yüzey oluşturulması hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalarda AZ91 numuneleri üç farklı sol–jel sistemle kaplanmıştır: yalnızca HAp içeren sol, HAp + n-SiO₂ içeren hibrit sol ve HAp + n-SiO₂ + n-Gr içeren hibrit sol. Daldırma parametreleri sabit tutulurken sinterleme sıcaklığı (özellikle 460 °C ve 500 °C), sinterleme çevrim sayısı (1×–2×–3×) ve atmosfer koşulları (hava—korumasız, N₂—inert) değişken olarak ele alınmıştır. Kaplama sonrası yüzey morfolojisi ve tabaka sürekliliği SEM ile elementel bileşim ile kaplama–altlık etkileşimi EDS ve element haritalandırma analizleriyle değerlendirilmiştir. Bulgular, 500 °C'de hava atmosferinde yürütülen ısıl işlemlerin Mg altlıkta oksidasyonu ve yer yer yanmayı artırarak kaplama bütünlüğünü bozduğunu göstermiştir. Buna karşın 460 °C'de N₂ atmosferinde uygulanan ardışık sinterleme, oksidasyonu sınırlamış; HAp ve hibrit kaplamalarda sürekliliği artırmış ve yüzey çatlaklarını azaltmıştır. SiO₂ katkısı daha kompakt ve homojen bir film oluşumunu desteklemiş; HAp + n-SiO₂ + n-Gr içeren hibrit kaplamalarda ise özellikle inert atmosferde 1×–2× sinterleme sonrasında altlık etkisinin azaldığı ve fazların yüzeye daha dengeli dağıldığı daha süreklilik gösteren bir morfoloji elde edilmiştir. Sonuç olarak, AZ91 üzerinde ardışık sol–jel daldırma ve her katman sonrası sinterleme yaklaşımının, fonksiyonel seramik hibrit kaplamalar ile birlikte kullanıldığında yüzey bütünlüğü ve potansiyel korozyon direnci açısından biyomedikal implant uygulamalarıyla uyumlu, umut verici bir yöntem olduğu ortaya konmuştur.
Biseps uzun başının tenodezinde kullanılan fiksasyon tekniklerinin füzyon öncesi ve sonrası biyomekanik karşılaştırılması
Omuz ekleminde hareketi engelleyen kemik türü bir yapı olmadığından, bu eklemde stabiliteden bir miktar ödün vererek geniş hareket açıklığını neredeyse tamamen yumuşak dokularla sağlanır. Bu durum omuz bölgesi yumuşak dokularının daha sık travmaya maruz kalmalarına sebep olmaktadır. Günümüzde biseps tendon patolojilerinin görülme sıklığı her geçen gün artmakta ve bu durum tedavinin önemini de arttırmaktadır. Tedavinin başarısızlığı omuz bölgesinde çok şiddetli ağrı ile hareket kısıtlılığına neden olarak hastaların yaşam kalitelerini ciddi oranda azaltmaktadır. Bu çalışmada en sık kullanılan iki tedavi yöntemi olan interferans vida ile tenodez ve sütur ankor ile tenodez yöntemi füzyon öncesi ve sonrası biyomekanik açıdan karşılaştırılmıştır. Kortikal kemik kalınlığının ve trabeküler kemik yoğunluğunun bu tedavi yöntemlerinin biyomekanik dayanımlarına olan etkileri de araştırılmıştır. Kemik yapısını taklit etmek için ASTM F 1839-08 standartlarına göre farklı kortikal kemik kalınlığında ve trabeküler kemik yoğunluğunda Poliüretan kemik blokları hazırlanmıştır. Kortikal kemik kalınlığının etkisinin araştırılacağı numunelerde trabeküler kemik yoğunluğu, trabeküler kemik yoğunluğunun etkilerinin araştırılacağı numunelerde kortikal kemik kalınlığı sabit tutulmuştur. Füzyon öncesi çekip çıkarma dayanımlarını belirlemek için yapay kemik bloklarına vidalar ve yapay tendonlar cerrahi yönteme uygun bir şekilde yerleştirilmiştir. Füzyon sonrası dönemi taklit etmek için vidalar ve yapay tendonlar, yapay kemik bloğunun üretilme aşamasında numuneye dahil edilmiştir. İki fiksasyon yöntemi için çekip çıkarma deneyleri yapılmıştır. Statik çekip çıkarma deneylerinde yük ve yer değiştirme değerleri kaydedilmiştir. Çevrimsel yükleme deneylerinde 10 N ön yüklemeden sonra çevrimsel olarak 50 N uygulanmıştır. Cerrahi sonrası bir ayı taklit etmek için yük oranı 10, dalga biçimi sinüzoidal, çevrim frekansı 1 Hz ve başarılı sayılan çevrim sayısı kırılma/kopma gerçekleşmeksizin 1.000 çevrim seçilmiştir. Çevrimsel yükleme deneyleri sonrası statik çekip çıkarma deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlarda füzyon öncesi ve füzyon sonrası dönemde sütur ankor ile tenodez yönteminin biyomekanik performansının interferans vidasına göre anlamlı derecede daha iyi performansa sahip olduğu görülmüştür. Füzyon öncesi ve sonrası süreçte sütur ankor ile tenodez yönteminin mekanik performansı trabeküler kemik yoğunluğundan ve kortikal kemik kalınlığından ve çevrimsel yüklemeden etkilenmemiştir. Füzyon öncesi dönemde interferans vidası ile tenodez yönteminin biyomekanik performansının hem statik hem çevrimsel yükleme sonrası yapılan deneylerde trabeküler kemik yoğunluğu düştükçe azaldığı tespit edilmiştir. Füzyon öncesi ve sonrası dönemde interferans vidası ile fiksasyon tekniğinin biyomekanik performansı kortikal kalınlıktan etkilendiği tespit edilmiştir. Füzyon sonrası dönemde interferans vidası ile fiksasyonun füzyon öncesine göre çok daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir. İnterferans vidası ile fiksasyon tekniğinin çekip çıkarma dayanımı füzyon öncesi çevrimsel yüklemeden etkilenmezken, füzyon sonrası dönemde ileri osteoporotik ve osteoporotik gruplarda çevrimsel yükleme sonrası çekip çıkarma dayanımının düştüğü gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar bilimsel açıdan tedavi protokollerinin gözden geçirilmesini sağlamıştır. Bu çalışma sonucunda elde edilen veriler göz önüne alınırsa interferans vidası ile tenodez yöntemi rehabilitasyona başlama zamanı için füzyon sonrası dönemi beklemenin uygun olacağı sonucuna varılmıştır. Elde edilen füzyon öncesi ve sonrası tüm veriler göz önünde bulundurulduğunda sütur ankor ile tenodez yönteminin kullanılması biyomekanik açıdan tavsiye edilmektedir. İleri osteoporotik hastalarda dahi cerrahi sonrasında hemen rehabilitasyon sürecine başlanabilmesi açısından sütur ankor ile tenodez yöntemi her yönden interferans vidasından üstün biyomekanik performans göstermiştir.
Femur kırıklarının intramedüller çivilemesinde eksternal fiksatör ile hibrit sabitlemenin biyomekanik olarak incelenmesi
Femur kemiği vücuttaki en uzun ve güçlü kemiktir. Femurun şaft kırıkları da sıkça karşılaşılan ve tedavi edilmesi gerek kırık tipleridir. Femur şaft kırıklarında tedavi yöntemi olarak intramedüller çivileme ve eksternal fiksasyon yöntemleri kullanılır. İntramedüller çivileme tekniğinde çivi femur kırık hattından geçerek femur kanalına yerleştirilir ve femurun distal ve proksimal uçlarından sabitlenir. İntramedüller çivileme yöntemi stabilitesi yüksek bir yöntemdir fakat distal uçta kemik ve çivinin bağlantısı operasyonu zorlaştırmaktadır. Eksternal fiksasyon yönteminde bir metal çubuk femur şaftının distal ve proksimal kısımlarından derinin dışından vidalar sayesinden femura sabitlenir. Eksternal fiksasyon yöntemi uygulanış olarak avantajlı bir yöntemdir fakat hizalama performası intramedüller çivileme tekniğine göre düşüktür. Diğer bir yandan da intramedüller çivileme tekniğinin rotasyonel performansı düşüktür. Bu çalışmada iki tekniğin dezavantalarını azaltacak iki tekniğin bir arada kullanıldığı hibrit bir teknik geliştirmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen hibrit teknikte intramedüller çivi kırık hattından geçerek femur kanalına yerleştirilir ve eksternal fiksatör ile proksimal uçta kemiğe sabitlenir. Distal uçta intramedüller çivi serbest bırakılır, eksternal fiksatör vidalar ile kemiğe sabitlenir. Çalışmada bilgisayarlı tomografi ile elde edilmiş femur modeli kullanılmıştır. İntramedüller çivileme, eksternal fiksasyon ve hibrit teknik modelleri CAD programında modellenmiştir. Bu modeller kullanılarak tedavi yöntemlerinin üç boyutlu modelleri oluşturulmuş ve modellere statik eksenel basma testi ve statik burma testleri uygulanarak sonlu eleman analizleri yapılmıştır. Çıkan sonuçlarda modellerde meydana gelen deformasyon incelenmiş ve geliştirilen hibrit tekniğin diğer iki yöntemden daha stabil olduğu sonucuna varılmıştır.
Çoklu doğruluk dereceli modelleme tekniğinin çarpışma analizlerine uygulanması
Trafik kazalarının büyük çoğunluğunu önden çarpışmalı kazalar oluşturmaktadır. Önden çarpışmalarda aracın en önemli enerji yutucu yapısı tampon sistemidir. Çarpışma enerjisinin tampon tarafından emilmesi yolcu kabinine iletilen enerjinin azaltılmasına yardımcı olur. Dolayısıyla tampon sistemleri önden çarpışmalarda yolcu yaralanmalarının azaltılmasında rol oynayan kritik bir tasarım elemanıdır. Bu çalışmada tampon kirişi bal peteği yapılarla doldurulmuş bir tampon sisteminin çoklu doğruluk dereceli modelleme tekniği ile eksenel çarpışma performansının değerlendirilmesine çalışılmıştır. ECE R-29 yönetmeliği Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomik Komisyonu tarafından oluşturulmuş ağır ticari araçlar için zorunlu tutulan bir güvenlik gerekliliğidir. Üzerinde çalışılan tampon sisteminin çarpışma performansının değerlendirilmesi için ECE R-29 güvenlik yönetmeliği yükleme koşulları kullanılmıştır. İlk olarak ECE R-29 standardına uygun sarkaçlı test düzeneğinde çarpışma esnasında tampon sisteminin yerinde tutulabilmesi için rijit üç alternatifli bir test kaidesi tasarlanmıştır. Sonrasında 3 alternatifin sonlu elemanlar modeli üzerinde sayısal analizler koşturulmuş ve sonuçlar daha önceki testlerde başarısız olan kaide ile kıyaslanmıştır. Dayanıklılık, ağırlık ve maliyet kriterlerine göre alternatiflerden biri seçilerek tampon optimizasyonu simulasyonlarında bu kaide tasarımı kullanılmıştır. Tipik bir tampon sistemi bir adet tampon kirişi ve bu kirişin arkasına monte edilmiş iki çarpışma kutusundan oluşmaktadır. Sonrasında bu yapı araç şasisinin önüne monte edilir. Çalışmanın devamında tampon kirişinin çarpışma kutularının önüne denk gelen bölümüne iki parça bal peteği yapı olan jenerik bir tampon sistemi tasarımı yapılmıştır. Bu tasarlanan tampon sisteminin çarpışma kutusu uzunluğu, bal peteği yapı duvar açısı ve bal peteği yapı duvar kalınlığı değerleri çarpışma kuvveti verimi ve özgül enerji emilimi değerleri arasında uzlaşma sağlayan bir kompozit amaç fonksiyonu maksimize edecek şekilde optimize edilmiştir. İki farklı doğruluk derecesine sahip sonlu elemanlar modeli ile yapılan optimizasyonlar ve çoklu doğruluk dereceli optimizasyon metodu ile yapılan optimizasyonlar, optimizasyon performansları ve hesaplama zamanları açısından değerlendirilmiştir. Sonlu elemanlar analizleri için ticari bir sonlu elemanlar kodu olan LS-DYNA kullanılmıştır. Tasarım uzayının herhangi bir noktasında sonlu elemanlar modelinin yanıtının tahmin edilebilmesi için ikinci dereceden yanıt yüzey modelleri kullanılmıştır. Çalışma sonucunda optimum çarpışma kuvveti verimi ve özgül enerji emilimi için kısa çarpışma kutuları, yüksek bal peteği duvar açısı ve ortalama bal peteği duvar kalınlığı gerektiği bulunmuştur. Ek olarak düşük doğruluk dereceli modelin hesap zamanı açısından avantaj sağlamasına rağmen yüksek doğruluk dereceli modelin daha iyi bir optimum tasarım sunduğu, çoklu doğruluk dereceli optimizasyonun ise yüksek doğruluk dereceli modelin hassasiyeti ile düşük doğruluk dereceli modelin hesap zamanı avantajını birleştirdiği bulunmuştur.
Sıvı yakıtlı roket motorlarında çarpışmalı enjektörlerin atomizasyon karakteristiklerinin incelenmesi
Çarpışmalı jet enjektörler genellikle sıvı yakıtlı roket motorlarında kullanılan, uygulanabilirliği ve üretimi kolay yüksek verimli enjektör tipleridir. Özdeş veya farklı sıvı jetlerin belirli bir açıda belirli bir noktada çarpışmasını, çarpa sonucu sıvı bir tabaka oluşmasını ve oluşan tabakada meydana gelen kararsızlıklardan dolayı tabakanın koparak damlacıklara ayrılmasını sağlar. Jetlerin hızı, aralarındaki açı, sayısı ve içinden geçen sıvının özellikleri gibi parametreler birincil ve ikincil parçalanmayı belirler ve dolayısıyla yanma kararlılığı ve performansını doğrudan etkiler. Bu tez kapsamında ikili özdeş, ikili özdeş olmayan ve üçlü özdeş çarpışmalı enjektörlerin, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak analizleri gerçekleştirilmiştir. İlk olarak ikili özdeş çarpışmalı enjektör için analizler yapılmış ve literatürde bulunan deneysel bir çalışma ile doğrulanmıştır. İkinci olarak da ikili eş olmayan ve üçlü eş çarpışmalı enjektör analizleri tamamlanmıştır. İlk kısımda, türbülansı modelleyebilmek için Büyük Burgaç Benzetimi ve zamana bağlı Reynolds-Ortalamalı Navier Stokes yaklaşımları kullanılmıştır. İki farklı yaklaşımın da literatürdeki deney sonuçlarına göre karşılaştırılması yapılmış olup 18.5 m/s giriş hızındaki özdeş jetlerin, sıvı tabaka oluşumu ve damlacık-boyut dağılımı incelenmiştir. Analizler için en küçük hücre boyutunu kontrol ederek dinamik çözüm ağı uygulanmış ve farklı sayıdaki çözüm ağlarının deneye olan yaklaşımı incelenerek, çözüm ağından bağımsızlaştırma işlemi gerçekleştirilmiş ve çözüm ağı II seçilerek sonraki çalışmalar bu çözüm ağı üzerinden devam etmiştir. İkinci kısımda ise, öncelikle özdeş olmayan ikili jetin çarpışma analizleri gerçekleştirilmiştir. Özdeş olmayan jetler için sıvı metan ve sıvı oksijen kullanılmış ve sıvı tabaka oluşumu ile damlacık çap dağılımı incelenmiştir. Özdeş olmayan ikili jet analizlerinden sonra üçlü çarpışmalı eş enjektör analizleri yapılmıştır. Üç enjektörden de ikili enjektör için kullanılan koşullarda su gönderilerek, sıvı tabakanın kopma uzunluğu ve damlacık-boyut dağılımının farklılıkları incelenmiştir. Bu kısımdaki analizler için çözüm ağı II kullanılmış ve yeni bir çözüm ağı çalışması yapılmamıştır. İkili çarpışmalı özdeş enjektör analizleri Faz Doppler Parçacık Analizörü (Phase Doppler Particle Analyzer-PDPA) sonuçları ile uyum içerisinde olup ikili özdeş olmayan ve üçlü çarpışmalı enjektörler için bir deney sonucu bulunmamaktadır. Genel olarak jet hızı arttıkça damlacık boyutları küçülmektedir. Bunun nedeninin hızların artmasıyla türbülansın güçlenmesidir. Türbülans ne kadar güçlenirse kararsızlık o kadar artacak ve parçalanma daha güçlü olacaktır.
Sıvı yakıtlı bir roket motorunun rejeneratif yöntemle hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve eşlenik ısı transferi kullanılarak soğutulması
Rejeneratif soğutma, sıvı yakıtlı roket motorlarının soğutulması için kullanılan bir yöntemdir. Roket motor duvarlarını soğutmak için sıvı yakıt (bazı motorlarda oksitleyici) duvarların içinde bulunan soğutma kanallarından geçerek duvarın motor boyunca soğumasını sağlar ve duvarların zarar görebileceği sıcaklığa ulaşmasını önler. Genel olarak en kritik yer, en yüksek ısı akısının meydana geldiği roket motoru yakınsak-ıraksak lülesinin boğaz bölgesidir. Rejeneratif olarak adlandırılan bu yöntem ile kanaldan geçen yakıtın sıcaklığı enjektöre kadar sürekli artar ve böylece yakıtın iç enerjisi yükselmiş olur ve bu olay yanma verimliliğine ve kararlığına olumlu yönde etki eder. Ancak, rejeneratif soğutma işlemi, kanaldan geçen yanıcı basıncının düşmesine neden olur. Bu nedenlerden dolayı, rejeneratif soğutma işleminde en iyi verimi elde etmek için düşük basınç kaybı ve düşük duvar sıcaklığı hedeflenmelidir. Wadel ve Meyer'in çalışmaları simülasyonların doğrulanması için kullanılmıştır. Rejeneratif soğutma analizlerinde zamandan bağımsız 3 boyutlu, türbülanslı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği farklı türbülans modelleri ve eşlenik ısı transferi ticari bir yazılım kullanılarak çözülmüştür. Yanma sonucu oluşmuş sıcak gaz karışımından kaynaklanan ısı akısı Bartz denklemi kullanılarak modellenmiştir. Rejeneratif soğutma analizleri için, literatürdeki çalışmalar incelenmiş ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Doğrulama çalışmasından sonra, yakıt dağıtıcısının rejeneratif soğutma kanallarına yakıtı nominal kütlesel debiden farklı dağıttığı koşulların soğutmaya olan etkisi incelenmiştir. Rejeneratif soğutma kanallarından bir tanesinin tıkanması durumunda roket motor duvarındaki sıcaklık değişimleri araştırılmıştır. Bunlara ek olarak, soğutma kanallarının sayısı ve boy-en oranı için farklı geometrik konfigürasyonların soğutma üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Aerodinamik Isınmanın ve Isıl Koruma Sistemlerinin Aerodinamik Isınmaya Bağlı Termo-Kimyasal Aşınmasının İncelenmesi
Bu tez çalışmasında, yüksek hızlı füzelerin aerodinamik ısınma kestirimi ve aerodinamik ısınma altında ısıl koruma sistemlerinde oluşan aşınmanın incelenmesi amaçlanmıştır. Bu süreçte bir boyutlu AeroheataBS (Aerodynamic Heating and Ablation Simulation) adıyla bir çözücü geliştirilmiştir. Aerodinamik ısınma analizleri için füzeye ait zamana bağlı uçuş hızı, irtifa ve hücum açısı girdi olarak kullanılmıştır. Atmosferik özellikler irtifaya bağlı bir şekilde standart atmosfer modeli kullanılarak çözüme yansıtılmıştır. Aerodinamik ısınmanın hesaplanmasında dış akış bağıntılarından yararlanılmış, yüksek hızlardaki sıkıştırılabilirlik etkileri Eckert Referans Sıcaklık yöntemiyle dikkate alınmıştır. Sınır tabaka kenar çizgisi üzerindeki akış özellikleri şok bağıntılarıyla, yüzey basıncı ise değiştirilmiş Newton kuramı kullanılarak hesaplanmıştır. Malzemenin termo-kimyasal bozunması Arrhenius denklemiyle modellenmiştir. Yüzey aşınması malzemenin etkin bozunma ısısı kullanılarak çözücüye eklenmiştir. Sınır tabakaya salınan bozunma reaksiyonu ürünlerinin, taşınım ısı geçişine etkisi matematiksel olarak modellenmiştir. Bünye denklemleri açık sonlu fark yaklaşımıyla ayrıklaştırılmış ve çözülmüştür. Gövde ve yalıtım üzerinde oluşturulan çözüm ağının her bir düğüm noktasında zamana bağlı sıcaklık hesaplanmıştır. Malzeme özellikleri sıcaklığa bağımlı olarak kullanılmıştır. Çözücünün doğrulama çalışmaları analitik çözümler, uçuşlu test verileri, yer testi ölçümleri ve HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analizleri ile gerçekleştirilmiştir. X-15, HIFiRE-5 sistemlerinin uçuşlu test verilerine ilaveten ısıl tasarımı yapılan bir füzeye ait gövde ile kanard sıcaklıkları da kullanılmıştır. Kıyaslamalarda gövde içerisinden ölçülen ve telemetre ile yer istasyonuna indirilen sıcaklık verileri kullanılmıştır. Açık erişim yayınlarından ulaşılan ve sözü geçen alanda güvenilirliği kanıtlanmış FIAT yazılımına ait sonuçlarla da kıyaslamalı değerlendirmeler yapılmıştır. Sabit aşınma hızı altındaki doğrulama çalışmalarında MSC MARC yazılımı kullanılmıştır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri küt burunlu bir geometri kullanılarak Eşlenik Isı Transferi yöntemiyle yürütülmüştür. HAD ve AeroHeataBS analizleriyle elde edilen, konik ve silindirik bölgelere ait sıcaklık değerlerinin birbiriyle oldukça uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Geliştirilen yöntem ile laminer rejimden türbülanslı rejime geçiş için kullanılan cebirsel bir modele ait katsayılar türetilmiş ve elde edilen geçiş modeli uçuşlu teste ait gövde sıcaklık verileri ile doğrulanmıştır. Tez kapsamında oksi-asetilen test düzeneği kullanılarak yüksek ısı akısı altında iki farklı ablatif malzemenin karakterizasyonu yapılmıştır. Testlerde numune yüzeyinden ve numune içerisinden termal kamera ve ısılçift kullanılarak sıcaklık ölçülmüştür. Numunelerin gösterdiği ağırlık kayıpları kullanılarak malzemeye ait etkin bozunma ısısı elde edilmiş, ölçüm sonuçları AeroheataBS analizlerinde kullanılmıştır. Sonuç olarak, geliştirilen yöntemin yüksek hızlı füze ve fırlatma araçlarının aerodinamik ısınma altında yörüngeye, geometriye ve malzemeye bağlı parametrik ısıl tasarımında kullanılabileceği görülmüştür. Dakikalar mertebesinde süren analizler ile uçuş yörüngesine bağlı sıcaklığın, ısıl aşınmanın ve aerodinamik ısınmanın yüksek doğrulukta kestirimi tasarım sürecinde kayda değer seviyede zaman kazancı sağlamaktadır.
Yeni bir güç dağıtımlı sonsuz değişken oranlı transmisyon geliştirilmesi
Son yıllarda, güç dağıtımlı sonsuz değişken oranlı transmisyon (PS-IVT) sistemleri, özellikle yol dışı araçlar ve tarım makinelerinde yüksek toplam verimlilikle birlikte yüksek sürüş konforu sağladıkları için büyük dikkat çekmiştir. Bu tez çalışmasında, yakıt tüketiminde avantaj sağlamak için yeni bir güç dağıtımlı giriş bağlantılı sonsuz değişken oranlı transmisyon sistemi geliştirilmiştir. Her ne kadar PS-IVT'nin verimliliğinin konvansiyonel bir transmisyondan daha düşük olduğu bilinmesine rağmen PS-IVT sistemler, içten yanmalı motorun sürülmesinde sürekli değişken transmisyon oranına izin vererek ve optimum şekilde kontrol edilmesini sağlayarak yakıt tüketimini azaltabilir. Bu çalışmada, konvansiyonel transmisyonla karşılaştırıldığında PS-IVT kullanarak daha düşük yakıt tüketimi değerleri elde etmek amaçlanmıştır. Güç akışı ve Willis transmisyon oranı gibi çeşitli dinamik parametrelerin sistemin mekanik verimliliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yeni sistemin kinematik analizi yapılmış ve ek olarak, sonsuz değişken birimden (IVU) akan gücün bağıntıları olarak güç akış denklemleri elde edilmiştir. Kinematik analizin sonuçları, mekanik verim ile ilgili olan ana parametrelerin, kesinlikle IVU'dan geçen güç ve tork ile ilgili olduğunu göstermektedir. Ardından, geliştirilen yeni transmisyon sistemi, doğrusal araç dinamiği modeli kullanılarak konvansiyonel mekanik bir transmisyonla sanal yoldaki yakıt tüketimi açısından karşılaştırılmıştır. İki farklı transmisyon türünden elde edilecek yakıt tüketim değerlerini belirlemek için gerçek kullanıcıdan, gerçek zamanlı olarak ve gerçek bir traktörün küresel konumlandırma sistemi (GPS) verisi toplanmış ve söz konusu aracın sürüş dirençleri doğrusal araç dinamiği modeli ile belirlenmiştir. Geliştirilen kinematik modele dayanan teorik hesaplamalar yeni PS-IVT sisteminin mekanik verimlilik değerlerinin belirlenmesinde kullanılırken konvansiyonel transmisyonun mekanik verimlilikleri için deneysel veriler kullanılmıştır. Dört silindirli common-rail turbo dizel motorun frenli özgül yakıt tüketimi (BSFC) haritası kullanılarak iki farklı transmisyon tipi için yakıt tüketimi değerleri kütle cinsinden kıyaslanmıştır. Yakıt tüketimi simülasyonları MATLAB ortamında bu çalışma için geliştirilen kodla yapılmış ve sekiz farklı senaryo ile iki farklı güç yönetimi stratejisi değerlendirilmiştir. Uygun bir güç yönetim stratejisi ile PS-IVT sisteminin konvansiyonel mekanik transmisyona kıyasla yakıt tüketiminde kütlece %8.2'lik bir düşüş elde edebileceği tespit edilmiştir.
Düz dişlilerdeki muhafaza boyutu ve dönme hızının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Bu tezde, iki fazlı (hava-yağ) ortamda bulunan muhafaza içerisindeki düz dişlilerin sahip olduğu hava sürtünme güç kaybı değerleri üzerinde muhafaza boyutu ve dönme hızının etkisi incelenmiştir. Bu etkileri incelemek adına oluşturulan sayısal model hesaplamalı akışkanlar dinamiği metotları kullanılarak oluşturulmuştur. Sayısal modelin oluşturulmasında CFD++ yazılımı, sayısal ağ yapısının oluşturulmasında Pointwise yazılımı, dişli geometrisinin çiziminde ise AutoCAD programı kullanılmıştır. Oluşturulan sayısal model üç boyutlu (3-D) olarak çözülmüştür. Hesaplama gücünün el verdiği miktarda hücre oluşturularak sayısal ağ yapısının sık ve düzgün bir şekilde oluşturulması sağlanmıştır. Modeli doğrulamak ve güvenilirliğinden emin olmak adına literatürde sonuçları bulunan bir dişli geometrisi seçilmiştir. Diş boşluğundaki akışı daha detaylı bir şekilde incelemek ve hesaplama süresinden tasarruf elde edebilmek adına tek diş boşluğu için çalışmalar yapılmıştır. Tek diş için elde edilen güç kaybı değerini diş sayısı ile çarparak tüm dişlide meydana gelen güç kaybı değeri hesaplanmıştır. Hava sürtünme kaybı üzerinde muhafaza boyutunun etkisini incelemek adına 4 farklı muhafaza konfigürasyonu için analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde eksenel muhafaza boyutu 3.6 mm olarak sabit tutulurken, radyal muhafaza boyutu da 3.6 mm ve 14.4 mm arasında 4 farklı değer olarak alınmıştır. Yine aynı şekilde hava sürtünme kaybı üzerinde dönme hızının etkisini incelemek adına 400 rad/s, 500 rad/s, 600 rad/s ve 700 rad/s dönme hızı değerleri için analizler tekrarlanmıştır. Ayrıca ortam farkının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisini görmek için iki fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kayı değerleri tek fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kaybı değeri ile karşılaştırılmıştır. İkincil faz olan yağı modelde tanımlamak için CFD++ yazılımı içerisindeki Eulerian Dağınık Fazı (EDP) modeli kullanılmıştır. Bu modelde gerçek bir yağlama modelini yansıtması açısından farklı tanecik boyutlarına sahip yağ parçacıkları tanımlanmıştır. 2 μm ve 10 μm arasında değişen 5 farklı tanecik çapı belirlenmiştir. Her bir farklı tanecik çapına sahip parçacığın sistemde yer alan toplam yağ miktarı oranı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu yardımı ile belirlenmiştir.
Duyguların sanal ortamda dokunsal etkileşimle ifade edilmesi
Bu çalışmanın amacı, evrensel beş duygunun sanal ortamda kuvvet geri beslemeli haptik (dokunsal) cihaz aracılığıyla nasıl ifade edildiğinin incelenmesidir. Katılımcılardan, haptik cihaz aracılığıyla, duvara projeksiyonla yansıtılmış olan 3D kadın ve erkek modele farklı kültürlerde yüz ifadesi ve vokal olarak tanınırlığı kanıtlanmış beş duyguyu iletmeleri istenmiştir. Bir başka deyişle araştırmanın, modelin cinsiyeti ve ifade edilmesi istenen duygular olmak üzere iki bağımsız değişkeni bulunmaktadır. Araştırmanın dizaynı 2x5 denek içi dizayndır. Bugüne kadar yapılan araştırmalar dokunuşun insanlar üzerinde bu kadar etkileyici olmasının nedenlerini henüz ortaya çıkarmamıştır ve bu davranışsal fenomenlerin altında yatan bilişsel, sinirsel ve fizyolojik mekanizmalar hakkında çok fazla şey bilinmemektedir. Bu nedenle sanal ortamda insan-makine etkileşiminin bir örneği olan, aynı zamanda beş evrensel duygunun; bağımlı değişkenler olan dokunma konumu, dokunma kuvveti yoğunluğu, dokunma hızı ve dokunma süresi bakımından parametreleştirilmesine katkı sağlayacağı öngörülen ve bu parametrelerin insansı robotlara entegre edilmesine öncü olması hedeflenen bu çalışma seçilmiştir. Bu çalışmanın diğer çalışmalardan farkı, çok yönlü (altı serbestlik dereceli) bir haptik cihaz yardımıyla C++‟ta yazılan program aracılığıyla sanal ortamda insan modeli simüle edilerek duygu iletme çalışmasının yapılmasıdır. Duygu iletme çalışmasından elde edilen sonuçlar, farklı duygular ifade edilirken türetilmiş parametreler bakımından farklılıklar olduğunu ve bu varyansların anlamlı yollarla ölçülebileceğini göstermiştir. Sonuçlar, aktif duygu olan öfke duygusunun uzun, hızlı ve kuvvet yoğunluğu fazla dokunuşlarla tanımlanabileceğini, pasif duygu olan hüzün duygusunun ise kısa, yavaş ve kuvvet yoğunluğu az dokunuşlarla tanımlanabileceğini göstermiştir. Ayrıca model cinsiyeti değişkeni temel etkisinin, ortalama dokunma süresi ve ortalama dokunma hızı bakımından anlamlı farklı olduğu gözlemlenirken, ortalama dokunma kuvveti yoğunluğu bakımından anlamlı farklı olmadığı görülmüştür.
Uçak kanadı üzerinde deformasyondan dolayı değişen yük dağılımının hesaplanması için bir parametrik modelleme yönteminin geliştirilmesi
Akışkan-Yapı Etkileşimi etkisi havacılık uygulamalarında incelenen önemli konulardan biridir. Rijit olmayan yapıların, yapı etrafındaki hava hareketlerinin oluşturduğu yükten dolayı şekli değişmektedir. Şekil değişimi ise yapı etrafındaki hava hareketlerini doğrudan etkilemektedir. Uçak için akışkan-yapı etkileşimi düşünüldüğünde uçak kanadı için bu etkinin incelenmesi gerekmektedir. Çünkü uçak kanadı uçağın ana taşıyıcı elemanıdır ve esnek bir yapıya sahiptir. Uçak kanadı üzerindeki şekil değişimi, akışkan-yapı etkileşiminden meydana gelmektedir. Akışkan-yapı etkileşimi etkisinin hesaplamalara dâhil edilmesi yüksek hesaplama maliyeti gerektirir. Bu tez çalışmasında bir uçak kanadı üzerinde deformasyondan dolayı değişen yük dağılımının tekrar hesaplanması için parametrik bir yöntem geliştirilerek etkin bir biçimde sonuca ulaşılması gösterilmektedir. Çalışmanın temeli hızlı ve etkili bir sonuç almak olduğu için akışkan ve yapısal analiz kısımlarında ayrı ayrı basitleştirmeler yapılmıştır. Yüksek çözünürlüğe sahip yapısal model çok daha basit bir yapı olan çubuk modele yapının özellikleri de korunarak indirgenmiştir. Böylece belli bir yük altında yapının şekil değişimi hızlıca tahmin edilebilmektedir. Akışkan analizlerinde ise yüksek hesaplama maliyeti olan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri kullanmak yerine doğrusal aerodinamik varsayımından yararlanılarak kanat üzerindeki basınç katsayısı dağılımı ve buna bağlı yük tahmini yapılmıştır. Doğrusal aerodinamik varsayımı için 'Aerodinamik Etkileşim Katsayıları (Aerodynamic Influence Coefficient (AIC))' matrisi kullanılmıştır. Bu matris şekil değişim bilgisine karşılık gelen basınç katsayısı değişim bilgisini içermektedir. Parametrik yüzey modelleme yöntemlerinden biri olan Bezier yüzey fonksiyonları yardımıyla AIC matrisi oluşturulmuştur. Uçak kanadı dış yüzeyi bu amaç için Bezier yüzey modelleme yöntemi kullanılarak oluşturulmuştur. Yüzey oluşturulurken kullanılan kontrol noktaları (control vertices (CVs)) deforme olmuş yapının yük dağılımını tahmin etmek için kullanılır. Her bir kontrol noktasının bir birim yer değiştirmesine karşılık gelen değişen yük dağılımı bilgisi AIC matrisi içinde birleştirilir. Bu yöntemin en büyük avantajı yüzey üzerindeki tüm noktalara belirli yer değiştirme değeri uygulamak yerine çok daha az sayıdaki kontrol noktalarına yer değiştirme değeri uygulanmasıdır. Ayrıca kontrol noktalarının yer değiştirmesi pürüzsüz bir şekil değişimi olmuş yüzey elde edilmesini de sağlamaktadır. Bu sayede hesaplama maliyeti yüksek olan akışkan analizi yapmak yerine parametrik modelleme yaklaşımı ile AIC matrisi oluşturulup uçak kanadı üzerindeki değişen yük bilgisi hızlı ve etkili bir biçimde tahmin edilebilmektedir. Daha basit modele indirgenmiş yapısal modelden elde edilen şekil değişim bilgisi kontrol noktaları üzerine aktarılarak şekil değişimine uğramış uçak kanadının yüzeyi Bezier yüzey fonksiyonları ile elde edilir. Kontrol noktalarının yeni konumu AIC matrisi ile ilişkilendirildiğinde uçak kanadı üzerindeki değişen yük dağılımı elde edilir. Bu çalışmada kullanılan yöntemler, bir uçağın ön tasarım aşamasında veya iteratif olarak yapılan aeroelastik analizler için hızlı ve etkili bir biçimde sonuca ulaşılmak istendiğinde kullanılabilir. Ayrıca önerilen metodun kullanımı sadece uçak kanadı için değil akışkan-yapı etkileşimi olan diğer yapıları da kapsamaktadır. Anahtar Kelimeler: Akışkan-yapı etkileşimi, Bezier yüzey modelleme, Aerodinamik etkileşim katsayıları matrisi, Aeroelastisite, Multi-fizik.
Paletli bir zırhlı aracın süspansiyon sisteminin saha verileri ile hata türleri ve etkileri analizi sonuçlarına göre güvenilirlik merkezli bakım planlaması
Güvenilirlik merkezli bakım 1970'li yılların başından itibaren havacılık sektöründe önemli hale gelmeye başlamıştır. Nowlan ve Heap tarafından (1978) Amerikan Hava Kuvvetleri için hazırlanan güvenilirlik merkezli bakım raporu ile birlikte bu alandaki çalışmalar yoğunlaşmıştır. Yapılan tez çalışması ile günümüzde havacılık sektöründe yaygın olarak kullanılan güvenilirlik merkezli bakım uygulamasının zırhlı kara araçları süspansiyon sistemi üzerinde bir örneğinin geliştirilmesi üzerinde durulmaktadır. Güvenilirlik merkezli bakım uygulaması geliştirilirken saha arıza verileri ve süspansiyon sistemi Hata Türleri ve Ektileri Analizi (HTEA) sonuçları kullanılmıştır. Uygulamayı gerçekleştirmek için Türk Ordusu Zırhlı Muharebe Araçları'nın saha arıza kayıt verilerinden süspansiyon sistemi arıza verileri incelenmiştir ve sınıflandırılmıştır. Veriler uygun hale getirildikten sonra parça hata oranları Reliasoft yazılımı kullanılarak uygun dağılımlar seçilerek hesaplanmıştır. Aynı zamanda paletli zırhlı araçlar süspansiyon sistemi için HTEA benzeri bir bilgi formu yapılmıştır. Çıkan sonuçlar güvenilirlik merkezli bakım akış şemasına uygun şekilde değerlendirilmiştir ve zırhlı paletli araçların süspansiyon sistemi için güvenilirlik merkezli bakım oluşturulmuştur. Güvenilirlik merkezli bakım uygulaması ile birlikte süspansiyon sisteminin hazır bulunuşluk, ürün emniyeti, ürün kalitesi, ürün ömrü, ömür devri maliyetinde meydana gelen olası değişiklikler değerlendirilmiştir. Güvenilirlik merkezli bakım çalışması sonucunda, mevcut tedarikçi ve tecrübeye dayalı bakım planlamasına göre hazır bulunuşluk süresinde %6 iyileştirme ve sahada yaşanan yıkıcı şiddete sahip arızaların tamamen engellenmesi sağlanmıştır.
Bir dizel motorda hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanarak özgül yakıt tüketimi ve emisyonlar açısından piston çanak geometrisinin optimizasyonu
Bu tez çalışmasında, bir dizel motorun piston çanak geometrisi özgül yakıt tüketimi açısından Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak optimize edilmiştir. Bir boyutlu gaz değişim analizi yardımıyla motor performans karakteristiği incelenmiştir. AVL Boost programı, bir boyutlu gaz değişim analizi ve motor performans karakteristiklerini belirlemek için kullanılmıştır. HAD analizlerinde öncelikle hava akış karakteristiği incelenmiştir. İki emme portuna sahip motorun döngü analizleri çalışılmıştır. Ticari HAD programı STAR-CD döngü analizleri için kullanılmıştır. Öncelikle, döngü analizleri kötü, orta ve iyi ağ yapılarında çalışılmıştır. Orta ve iyi ağ sonuçları birbirine oldukça yakın çıktığından, geri kalan HAD simülasyonları orta ağ yapısında gerçekleştirilmiştir. Türbülans modelinin döngü sayısı üzerindeki etkilerini görmek için Standard k-e, Realizable k-e ve RNG k-e türbülans modelleri kullanılmıştır. Motor valf hareketleri ve silindir bölgesindeki pistonun yukarı ve aşağı hareketi sonucu hücrelerin, katmanların eklendiği ve silindiği piston olayları için STAR-CD alt modülü olan ES-ICE programı kullanılmıştır. Reaktif Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (RHAD) simülasyonları, periyodik sınır koşulu kullanan ve bir yakıt enjektör deliğine karşılık gelen 45 derecelik sektör geometrisinde gerçekleşmiştir. Hesaplamalar, emme ve egzoz valfleri kapalı olduğu 600-800° krank açıları (KA) arasında 200° KA süresince gerçekleştirilmiştir. ECFM-3Z, Extenden Coherent Flame Model -3 Zone, yanma modeli olarak kullanılmıştır. Sıvı Dizel yakıtın iki fazlı modeli için Lagrangian yaklaşımı kullanılmıştır. Sprey oluşum ve atomizasyonunu simüle etmek için Bag Break-Up ve Stripping Break-Up modellerinin oluşturduğu Reitz ve Diwakar ayrışma modeli kullanılmıştır. Uzaysal ve zamansal ayrıştırma ve türbülans modelleme etkileri dikkatle incelenmiştir. Sonuçların doğruluğu, HAD tahminleri ile ölçüm verileri silindir içi basınç ve açığa çıkan ısı yayılımı karşılaştırılarak gösterilmiştir. 0.1° krank açısına karşılık gelen zaman adımı ile orta hesaplama ağ yapısını kullanan reaktif HAD tahminleri, ölçülen verilere kıyasla %2.3'lik bir tutarsızlık göstermektedir. Tahminlerin doğruluğu gösterildikten sonra, optimizasyon çalışması için piston çanak geometri parametreleri belirlenmiştir. Seçilen 9 parametre HEEDs programının SHERPA algoritması kullanılarak, Özgül Yakıt Tüketimini (ÖYT) göre optimize edilmiştir. 92 farklı geometrinin analizi sonucunda güç açısından %5.8, özgül yakıt tüketimi açısından %5.5 oranında iyileşme sağlanmıştır. Fakat optimize edilmiş yeni piston çanak geometrisinin mevcut tasarıma göre NOx emisyonunda %15 artışa sebep olduğu gözlemlenmiştir.
Eklemeli imalat yöntemi ile Tİ6AL4V alaşımından trabeküler omurlararası füzyon kafesi tasarımı, üretimi ve biyomekanik karakterizasyonu
Kranium adı verilen kafa kemiklerinin altından başlayıp, kuyruk sokumuna kadar devam eden, yumuşak dokular ve omurlardan oluşan omurga insan vücudunun fonksiyonel ve karmaşık önemli bir parçasıdır. Omurganın bölümlerinden olan, büyük mekanik ve işlevsel öneme sahip omurlar arası disk, günlük aktiviteler sırasında basma, bükme ve burulma kombinasyonu başta olmak üzere karmaşık yüklere maruz kalır. Bu yapının, yük dağıtma, yük taşıma ve aşırı hareketi engelleme gibi kritik görevleri vardır. Bu nedenle, omurlar arası diskte meydana gelen olası patolojik değişiklikler, omurgada fonksiyon bozukluklarına neden olabilir. Omurga rahatsızlıklarının ve dejeneratif disk hastalıklarının tedavisinde füzyon cerrahisi standart tedavi yöntemi haline gelmiştir. Omurlar arası füzyon kafesler, disk mesafesinin restore edilerek yüksekliğin korunmasını sağlamak amacıyla ve diskektomi işlemi sonrası füzyon sağlanması amacıyla spinal cerrahide yaygın olarak kullanılmaktadır. Omurlar arası füzyon kafesler tasarlanırken ve üretilirken kullanılacak malzeme seçiminde, osseointegrasyon kabiliyeti yüksek olması, çok iyi mekanik özelliklere, yüksek korozyon direncine ve yüksek aşınma direncine sahip olması önemli parametrelerdir. Artan osseointegrasyon, daha çok kemik implant etkileşimi ve daha güçlü mekanik mukavemet sağlayacağından, bu tez kapsamında osseointegrasyon artırmak için, yeni bir üretim tekniği olan ve son zamanlarda yaygın olarak kullanılan, üç boyutlu yazım olarak da bilinen eklemeli imalat yöntemi kullanılmıştır. Gözenekli omurlar arası füzyon kafesi geliştirerek, titanyum kafeslerin elastikiyet katsayısını azaltarak, esneklik özelliklerini doğal kemik dokusuna daha yakın hale getirmek amacı doğrultusunda, bu tez çalışmasında eklemeli imalat yöntemi (EİY) ile Ti-6Al-4V alaşımından trabeküler omurlar arası füzyon kafesi tasarımı, üretimi ve biyomekanik karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Uygun üretim parametrelerini belirlemek amacıyla literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Yapılan literatür taraması sonucunda, yorulma performansını değerlendiren çalışmalar görülememiştir. Mevcutta yapılmış olan mekanik, klinik çalışmalar ve analizler sonucu, EİY ile üretilecek olan omurlar arası füzyon kafesinin en uygun üretim parametreleri belirlenmiştir. Üretim tekniği olarak da doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS) seçilmiştir. Üretim sonrası, ısıl işlem yaptırılmasına karar verilerek, farklı tasarımlar oluşturulmuştur. Seçilen parametreler üreticiye gönderilerek, farklı tasarımları üretmesi sağlanmıştır. Üretilen farklı tasarıma sahip omurlar arası füzyon kafeslerinin statik ve dinamik performansı, ASTM' nin ilgili standartlarına göre gerçekleştirilen biyomekanik testler ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, osseointegrasyon kabiliyeti olan, yüksek biyomekanik performansa sahip, eklemeli imalat yöntemi (EİY) ile üretilebilen Ti-6Al-4V alaşımından, trabeküler omurlar arası füzyon kafesi geliştirilmiştir.
Talaşlı imalat ve aşındırıcılı su jeti işlemlerinin kompozit balistik malzemeler üzerinde karşılaştırmalı deneysel çalışması ve eniyilenmesi
Kompozit malzemelerin tüm dünyada, özellikle havacılık ve savunma sanayilerindeki kullanımları gün geçtikçe artmaya devam etmektedir. Sivil havacılıkta önde gelen hedef, yakıt ekonomisini artırmak olup, bu hedefe ulaşım uçak gövdelerinde her geçen gün daha fazla kompozit esaslı malzemelerin kullanılması olarak ilerlemektedir. Savunma sanayinde ise kompozitlerin çeşitli yapısal elemanlar ve zırh malzemeleri olarak kullanımı artarak devam etmektedir. Bu sanayide dayanım-ağırlık oranını artırmak, yani ürünlerdeki mukavemeti artırırken aynı zamanda ağırlıklarını azaltmak en önemli motivasyondur. Ülkemizde Ankara bölgesinde bulunan pek çok havacılık ve savunma sanayi firmasının kompozit malzeme kullanımının, dünyadaki bu gelişmelere paralel olarak sürekli arttığı izlenmektedir. Bu malzemelerin ilk işlemlerinden sonra, havacılık ve savunma sanayilerinin ihtiyacı olan hassas boyutsal isterlere göre net-şekle getirilmeleri kritik önem taşımakta olup, bu alanda talaşlı imalat ve aşındırıcılı su jeti rekabet eden iki ana teknoloji olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında savunma sanayisinde hafif balistik zırh malzemesi olarak sıklıkla kullanılan Aramid Fiber Takviyeli Polimer Matris (AFRP) ve Ultra Yüksek Modulus Polietilen (UHMWPE) üzerinde, trim, delik ve cep operasyonları gerçekleştirmek suretiyle, talaşlı imalat ve aşındırıcılı su jeti teknolojileri kullanımı sırasında, parametrelerin performans ölçütleri üzerindeki etkilerini anlamak için pek çok sayıda deney yapılmıştır. Bu deneyler, deney tasarımı yöntemi ile tasarlanmış ve sonuçları varyans analizi ve yanıt yüzey metotları ile incelenmiştir. Ayrıca örnek işlemlerden alınan numuneler, SEM mikroskopu ile incelenerek kesim yüzeylerinin morfolojileri araştırılmıştır. Deneyler sonucunda elde edilen regresyon bağlantıları kullanılarak, seçilen operasyonlar üzerinde Parçacık Sürü yöntemi (PSO) ve Bastırılmamış Sınıflandırmalı Genetik Algoritma (NSGA-III) ile çok-amaçlı eniyileme çalışmaları yapılmış. Bu çalışmalarda özellikle çelişen performans ölçütlerinin ödünleşmelerini gösteren 3-Boyutlu Pareto optimal çözüm setleri elde edilmiştir. Son aşamada, elde edilen tün sonuçlar, talaşlı imalat ve aşındırıcılı su jeti işlemlerinin avantaj ve dezavantajları karşılaştırabilmek için değerlendirilmiştir.
Bir francis türbin performansının, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve saha verimlilik ölçümleriyle incelenmesi
Hidroelektrik santrallerde elde edilen elektrik enerjisi, öncelikle akan suyun enerjisinin hidrolik türbin yardımıyla mekanik enerjiye çevrilmesi sonrasında jeneratör yardımıyla bu mekanik enerjisinin elektrik enerjisine döndürülmesiyle elde edilir. Hidrolik türbinler ile ilgili literatüre bakıldığında Francis tipi, Kaplan tipi ve Pelton tipi başta olmak üzere çeşitli hidrolik türbin tipleri bulunduğu görülür. Debi, düşü ve enerji üretim büyüklüğü gibi santral çalışma koşulları belirlendikten sonra bu değerlere uygun türbin tipi seçilir. Günümüzde en yaygın olarak kullanılan türbinler Francis tipi türbinlerdir. Karmaşık kanat geometrisi olan çark, Francis tipi türbinlerdeki en önemli parçadır. Suyu yönlendirebilmesi ve istenen performans değerini sağlaması açısından çark kanatları dönüşlü ve değişken üç boyutlu bir profile sahiptir. Karmaşık yapıdaki çark kanadı profili ve genelde bu profillerin şirketlerin gizli bilgisi olması, bu profillere erişimi kısıtlar. Teknik resim verilerinden ise çarkın tüm geometrisi elde edilemez. Dolayısıyla, hidroelektrik santrallerde yapılacak olan rehabilitasyon çalışmalarında mevcut çark, tarama yardımıyla tersine mühendislik yapılarak çark geometrisi elde edilmeye çalışılır. Bunun yanında, geometri elde edildikten sonra meridyonel görünüm, kanat açılarının dağılımı ve kanat kalınlık dağılımı gibi kanat tasarım değişkenlerinin de elde edilmesi gerekir. Bu parametreler elde edildikten sonra ortaya çıkan kanat yapısıyla Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile doğrulama analizlerinin de yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada, Altınkaya Hidroelektrik Santralinde, Romer Absolute Arm portatif lazer tarayıcı ile sahada türbin parçalarının taranması, 3 boyutlu nokta bulutunun elde edilmesi, bu nokta bulutundan katı modellerin elde edilmesi, çark ve diğer aksamların matematiksel modelinin oluşturulması, tüm türbine ait kararlı ve kararsız HAD analizlerinin yapılarak, verim tepe diyagramı ile diğer çalışma özelliklerinin belirlenmesi ilk aşaması olarak belirlenmiş ve bu işlemler sırasıyla gerçekleştirilmiştir. Daha sonra saha verim ölçümü yapılarak, yapılan bu ölçümler Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemiyle elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sayısal yöntemlerle elde edilen tepe diyagramı ile saha ölçümlerinin karşılaştırılmıştır.
Kompozit malzemelerde mod I ve mod II yükler altında hasar davranışının peridinamik teori kullanılarak incelenmesi
Kompozit malzemeler yüksek mukavemet ve direngenlik özelliklerinden dolayı havacılık, savunma sanayi, otomotiv gibi çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerde meydana gelen hasar, yapının dayanımını etkiler. Kompozit malzemelerde oluşan başlıca hasar davranışları liflerin kırılması, matriste mikro çatlakların oluşması ve delaminasyon olup bu hasar tiplerinin en yaygın olanı delaminasyon olup kompozit malzemelerin karmaşık yapısından dolayı hasarın doğru bir şekilde modellenebilmesi oldukça önemlidir. Literatürde yer alan çalışmaların büyük bir kısmında hasarın modellenmesi için Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniği formülasyonları kullanılmaktadır. Ancak kullanılan formülasyonlar, yerel kısmi türevlere dayalı olduğu için hasarın yönünün ve şiddetinin belirlenmesi için testlerin yapılması gerekir. Dolayısıyla Klasik Sürekli Ortamlar Mekaniğine dayalı çözümler malzemelerde meydana gelebilecek hasar oluşumu ve dallanmasını tahmin etmekte yetersiz kalabilmektedir. Peridinamik teori yerel olmayan ve integral temelli denklemlere dayalı bir teori olması sebebiyle hasar oluşumunun ve ilerlemesinin modellenmesi için oldukça uygun bir teori olup izotropik ve kompozit malzemelerde uygulanabilir. Tez kapsamında, Peridinamik teori ile kompozit malzemelerde meydana gelen hasarın tahmin edilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Çalışmada geliştirilen Peridinamik model ABAQUS sonlu elemanlar yazılımına uygun girdi dosyaları oluşturabilen MATLAB yazılımı içinde hazırlanan bir kod kullanılarak oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar yazılımında kiriş elemanlar Peridinamik bağları temsil eder. Hasar davranışının modellenebilmesi için Peridinamik teori ve Kohezif Bölge Metodu arasında bir ilişki kurularak Peridinamik formülasyon geliştirilmiştir. Geliştirilen Peridinamik formülasyon Mod I (Çift Ankastre Kiriş Testi), Mod II (Uç Çentik Eğilmesi Testi) ve bunlara ilaveten karma mod (Karışık Modlu Bükme Testi) yüklemeleri altında yapılan kompozit test numunelerinde uygulanmıştır. Tez kapsamında yapılan çalışmalarda Peridinamik teoriye ek olarak Kohezif Bölge Metodu kullanılarak numerik çalışmalar yapılmıştır. Böylelikle geliştirilen formülasyon analitik çözüm, Kohezif Bölge Metodu ile elde edilen numerik çözüm ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Peridinamik teori ile elde edilen sonuçların diğer yöntemlerle elde edilen sonuçlarla uyumlu olduğu gözlenmiştir. Böylece Peridinamik teorinin hasar davranışını modellemek için kullanılabileceği anlaşılmıştır.
Helikopter motor yağ soğutucusu olarak kullanılan plaka ve kanatçık tipi bir ısı değiştirgeci için test düzeneği tasarımı ve kurulumu
Mühendislik uygulamaları enerji kaybını engellemek adına enerjinin en verimli şekilde transfer edilmesini amaçlamaktadır. Verimli bir şekilde enerji transferi doğal kaynakların kullanımının azalmasında önemli bir rol oynamaktadır. Günümüz hava araçlarında ısıtma, soğutma ve akışkanların sıcaklık seviyelerini kontrol etmek amacıyla Isı Değiştirgeçleri kullanılmaktadır. Hava araçlarında sıkça kullanılan Isı Değiştirgeçlerinden bir tanesi de Plaka-Kanatçık Tipi Isı Değiştirgeçleri'dir. Plaka-Kanatçık Tipi Isı Değiştirgeçleri kompakt olması ve muadillerine göre yüksek ısı atım kapasitesine sahip olması nedeni ile havacılık ve otomotiv endüstrisinde sıkça kullanılmaktadır. Bu çalışmada bir helikopter motorunda kullanılmak üzere geliştirilen bir Plaka-Kanatçık Tipi Isı Değiştirgeci'nin performans test standının tasarımı, kurulumu ve testleri üzerinde durulmuştur. Tasarım aşamasında parlama noktasına oldukça yakın ısıtılan yağın, yağ ısıtıcı tasar ımı ve hava kanalında sıcaklıkların eşit dağılması için HAD analizleri yapılmıştır. HAD analizlerine göre üretilen parçalarla deney düzeneği oluşturulmuştur. Bu kapsamda ANOVA Arge Teknolojileri Labaratuarı'nda deney düzeneği kurulmuş ve Plaka Kanatçık Tipi Isı Değiştirgeci deneyi yapılmıştır. Reynolds sayıları 1000 ile 2500000 arasında değişen değerlerde hava tarafı basınç kayıp deneyleri yapılmıştır. Plaka Kanatçık Tipi Isı Değiştirgecinin ısıl karakteristiğinin ortaya çıkarılması amacıyla sıvı ve hava hattında sıcaklık ölçümleri, hacimsel debi ölçümleri ve basınç kayıplarının ölçülmesi için basınç ölçümleri yapılmıştır. Literatürden elde edilmiş olan korelasyon ile deney düzeneğinde ölçülen değerler karşılaştırılmıştır.
Kanister saclarında, köşebentlerinde ve raylarında hafifletmeye yönelik şekil ve boyut eniyilemesi
Kanister; roket veya füzenin ateşlendiği, Tam Atım Füze (TAF) sisteminin füze haricindeki ana alt sisteminden birisidir. Füzeyi; depolanma, taşınma ve atış anlarında oluşan çevresel etkilere ve yüklere karşı koruyan silindirik veya prizmatik yapısal bütündür. TAF'ın yüklendiği üst sistemin ağırlık taşıma kısıtı olmasından dolayı, kanister yapısal bütününün hem belirtilen yüklere karşı dayanıklı olması hem de hafif olması gerekmektedir. Kanister yapısal bütünü; gereksinimlere, analitik yaklaşımlara, tasarımcının deneyimine ve sezgilerine bağlı olarak, sac metal, dikme, ray, köşebent, yardımcı dikmeler gibi profiller, birçok alt parça ve bağlayıcı elemanlar kullanılarak tasarlanmaktadır. Bu tez kapsamında; kanister içerisindeki ağırlıkça oranları yüksek olan sac metal, köşebent ve ray parçaları için hafifletme maksadıyla şekil ve boyut eniyileme çalışmaları yürütülmüştür. Kanister üzerinde; düz sac metal yerine badem formu eklenmiş daha ince sac metal kullanılarak, füzenin ateşlenmesi anında oluşan basınç yüküne karşı dayanım ve benzer yerdeğiştirme sağlanabilmektedir. Optimum badem formu belirlenmiş ve eklenmiş sac plakaların, düz sac plakanınkiyle benzer yer değiştirmeye sahip ve dayanıklı (malzemenin akma dayanımının altında) fakat daha hafif olması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, basınç yükü altında, düz sac ve badem eklenmiş sac plakaların ANSYS sonlu elemanlar yazılımıyla analizleri yapılmış, gerilme ve yer değiştirmeleri hesaplanmıştır. Tasarımsal kısıtlar ve sınır koşulları dikkate alınarak saclardaki badem yarıçapı, yuvarlatması ve yüksekliği için eniyi değerler, deney tasarımı ve yanıt yüzey yöntemleri (vekil model) kullanılarak elde edilmiştir. Eniyileme çalışmasının sac özelindeki bulgularına göre; 3 mm bademli sac metalin, 4 mm düz sac metal plakaya göre benzer yerdeğiştirme seviyesinde %19,9 hafifletme sağladığı gözlenmiştir. Köşebent ve rayların; kanister ağırlığı ve füzenin ağırlığı altında yer değişiminin az olması ve yapıya dayanım kazandırılması maksadıyla kalınlaştırılmıştır. Bu yüzden kanister ağırlıkları istenen ölçütlerin dışına çıkmış ve bu durum eniyileme çalışmasının yapılmasını gerektirmiştir. Kanister yapısal bütününün ana dayanım unsurunu oluşturan köşebent ve ray parçaları kanister yapısal bütünü seviyesinde ele alınarak ANSYS sonlu elemanlar yazılımıyla analizleri yapılmış, gerilme ve yer değiştirmeleri hesaplanmıştır. Kanisterin bekleme durumlarında izin verilen yerdeğiştirme miktarlarının altında kalmasının yanında, yapının köşebent ve ray parçaları özelinde ağırlıklarının eniyilenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla köşebent ve ray özelinde tasarımsal kısıtlar ve sınır koşulları dikkate alınarak; deney tasarımı ve yanıt yüzey yöntemleri kullanılarak eniyileme çalışmaları tamamlanmıştır. Eniyileme çalışmasının köşebent ve ray özelindeki bulgularına göre; ilk tasarımın köşebentinden %51,1, ilk tasarımın rayından %10,3 mertebesinde daha hafif tasarımlar elde edildiği gözlenmiştir. Kanisterin sac, köşebent ve ray parçaları özelinde yürütülen tüm bu eniyileme çalışmalarının sonucunda; statik koşullar altında ilk tasarıma göre kısıt fonksiyonlarına bağlı kalınarak kanister seviyesinde %12,0 hafifletme sağlanmıştır.
Biyo-esinlenmiş çırpan kanat modellerinin aeroelastik analizleri
Son yıllarda, mikro teknolojideki gelişmelerle beraber Mikro Hava Araçları (MHA'lar) üzerindeki çalışmalar hız kazanmıştır. Özellikle düşük hızlarda yüksek aerodinamik verimliliğe ve yüksek manevra kabiliyetine sahip çırpan kanatlı MHA'lar, oldukça ilgi çeken bir araştırma alanı olmuştur. Çırpan kanatlı MHA'ların geliştirilmesi için doğadaki kuş ve böceklerin uçuş özelliklerinden esinlenilmiştir. Düşük Reynolds sayılarında (<104) uçan böceklerin aerodinamikleri ve kanatlarındaki farklı yapılar, biyo-esinlenmiş çırpan kanatlı MHA uygulamalarında geniş çapta ele alınmıştır. Bu tez çalışmasında ise yaban arısı ve atmaca güvesi kanatlarından esinlenilmiş üç boyutlu (3B) kanatların aerodinamik ve aeroelastik karakteristikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Solidworks ile modellenen düz kanatlara ANSYS/SpaceClaim ile damar yapıları eklenmiş ve ANSYS/Meshing ile ağ yapıları oluşturulmuştur. Akışkan analizinde ANSYS/Fluent kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi ile 3B, sıkıştırılamaz, laminer, zamandan bağımsız ve zamana bağlı Navier-Stokes denklemleri çözülmüştür. Yapısal analizde ANSYS/Mechanical APDL kullanılarak sonlu elemanlar (SE) yöntemiyle yer değiştirme hesaplamaları yapılmıştır. Akışkan-yapı etkileşimi (AYE) analizi için ANSYS/System Coupling ile HAD ve SE analizleri eş-zamanlı gerçekleştirilmiştir. Literatürdeki çalışmalara bakıldığında, ileri uçuşta zamandan bağımsız aerodinamik kuvvetlere böcek kanadının statik tepkisi ve havada asılı kalma durumunda zamana bağlı aerodinamik kuvvetlere böcek kanadının dinamik tepkisi ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Bu tezin amacı, öncelikle zamandan bağımsız HAD analizinden elde edilen aerodinamik kuvvetleri basınç yükü şeklinde SE çözücüsüne aktararak kanatların tek-yönlü AYE simülasyonlarını gerçekleştirmektir. Cuticle, alüminyum alaşım Al-6061 ve titanyum alaşımı Ti-6Al-4V gibi farklı malzemelerdeki kanatların çeşitli hücum açılarında (α=0°–90°) basınç yüklerine karşı verdikleri statik aeroelastik tepkiler karşılaştırılmıştır. Zamandan bağımsız HAD analizinde atmaca güvesi kanadının daha verimli olduğu ve α=5°'de kanatların maksimum aerodinamik verimliliğe ulaştığı bulunmuştur. Tek-yönlü AYE analizinde maksimum uç sehiminin α=90°'deki kanatlarda daha fazla olduğu görülmüştür. Mevcut çalışmanın diğer bir amacı, havada asılı kalma durumu için atmaca güvesi kanadından esinlenilmiş 3B, esnek olmayan kanat modelinin zamana bağlı aerodinamik karakteristiklerini gözlemlemektir. Bu kapsamda kanat çırpma frekansı, vuruş genliği, vuruş düzlemi açısı gibi çeşitli kinematik parametrelerin havada asılı uçuş boyunca aerodinamik kuvvetlere etkileri incelenmiştir. Saf-dalma hareketi ile kanada çırpma hareketi sağlamak amacıyla kullanıcı-tanımlı fonksiyon (UDF) kullanılarak sinüzoidal hareket tanımlanmıştır. Zamana bağlı HAD analizinde ortalama dikey aerodinamik kuvvetin yüksek frekans, yüksek vuruş genliği ve düşük vuruş düzlemi açısı için maksimum olduğu bulunmuştur. Sayısal analizlerden elde edilen sonuçlar hem ağ yapısı ve zaman adımı iyileştirme çalışmalarındaki sonuçların yakınsanabilirliği ile hem de literatürdeki mevcut verilerin bulunan sonuçlarla karşılaştırılması ile doğrulanmıştır. Bu tezin asıl amacı, yapılan analizlerden uygun kanat malzemelerini ve kinematik parametreleri seçerek, havada asılı durumdaki atmaca güvesi kanadından esinlenilmiş farklı kanat yapılarının (düz-ön kanat, damarlı-ön kanat, rijit kanat, esnek kanat) dinamik aeroelastik tepkilerini detaylı bir şekilde karşılaştırmaktır. İki-yönlü AYE simülasyonlarında özellikle cuticle malzemeli damarlı kanadın dikey aerodinamik kuvveti oldukça artırdığı görülmüştür.
Taşınabilir hava savunma sistemi kompozit fırlatma tüpünün yapısal eniyilemesi
Savunma sanayi alanında üretilen parçalarda ağırlık kriteri her zaman büyük bir önem taşımıştır. Kompozit malzemeler ağırlık ve mekanik dayanım özellikleri açısından avantaj sağlaması sebebiyle savunma sanayisinde sıklıkla tercih edilen malzemeler arasında yer almaktadır. Bu tezde, geliştirilmekte olan ve taşınabilir hava savunma sisteminde kullanılan kompozit yapıdaki fırlatma tüpü için sonlu elemanlar modeli oluşturularak ağırlık eniyileme çalışması gerçekleştirilmiştir. Ağırlık kriterine ek kriterler de eklenerek gerçekçi bir çözüm elde edilmesi amaçlanmıştır. Tüm kriterler göz önünde bulundurularak maliyet formülasyonu oluşturulmuş ve optimum tasarıma ulaşılmıştır. Ağırlık eniyileme çalışmasında sarım kalınlıkları ve sarım açısı tasarım değişkenleri olarak belirlenmiştir. Kısıt fonksiyonu olarak Tsai-Wu hasar kriteri kullanılarak elde edilmiş olan emniyet katsayısı kullanılmıştır. Fırlatma tüpü sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmiş, ısıl ve yapısal yükler fırlatma tüpü üzerine uygulanmıştır. Çözüm ağı yakınsama çalışması gerçekleştirilerek sonlu elemanlar yöntemi için uygun olan eleman boyutu belirlenmiştir. Sonraki aşamada, latin hiperküp örnekleme ve merkezi kompozit tasarım yöntemleri kullanılarak deney tasarımları oluşturulmuştur. Belirtilen deney tasarımları kullanılarak farklı vekil modeller ve farklı eniyileme yöntemleri ele alınmış ve ağırlık için eniyileme çalışması gerçekleştirilmiştir. İlgili çalışma, cam elyaf takviyeli epoksi matrisli malzeme (cam/epoksi), karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli malzeme (karbon/epoksi) ve aramid elyaf takviyeli epoksi matrisli malzeme (aramid/epoksi) için gerçekleştirilmiş olup, kullanılan malzemeler ve yöntemler arasında karşılaştırma yapılmıştır. Üç malzeme için de latin hiperküp örnekleme yöntemi ile oluşturulan deney tasarımları kullanıldığında merkezi kompozit tasarıma göre daha hafif yapılar elde edildiği görülmüştür. Vekil model yöntemleri kıyaslandığında cam/epoksi ve karbon/epoksi malzeme için karesel polinom yanıt yüzey yöntemi, aramid/epoksi malzeme için ise Kriging yöntemi ile daha iyi sonuçlar elde edildiği gözlemlenmiştir. Eniyileme yöntemleri kıyaslandığında ise cam/epoksi malzeme için seçkisiz arama yönteminin, karbon/epoksi ve aramid/epoksi malzeme için ise genetik algoritma yönteminin daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ağırlık eniyileme çalışması gerçekleştirildikten sonra ağrlık kriterine ek olarak bulunabilirlik, fiyat ve üretilebilirlik kriterleri de ele alınmıştır. Bu dört kriter önem sırasına göre yüzdesel olarak değerlendirilerek kullanılan kompozit malzemeler için maliyet formülasyonu oluşturulmuştur. Sonuç olarak, karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli malzemenin fırlatma tüpü için maliyet etkin optimum tasarımı sağladığı gözlemlenmiştir.
Subaksiyel servikal omurga kırıklarının posterior sabitlenmesinde titanyum ve peek çubuklu sistemlerin biyomekanik performanslarının karşılaştırılması
Omurga kırıklarının posterior sabitlenmesinde pedikül vida - çubuk sistemleri yaygın olarak kullanılan bir tedavi yöntemidir. Geleneksel titanyum çubuklara alternatif olarak geliştirilen yarı rijit PEEK çubuklar, lomber ve torakal bölgelerde 2007 yılından beri kullanılmaktadır. Literatürde, servikal bölgede PEEK çubuk kullanımına yönelik biyomekanik ve klinik çalışma bulunmamaktadır. Bu tez çalışmasında, subaksiyel servikal bölgede titanyum ve PEEK çubuklu sistemlerin biyomekanik performansı laboratuvar ortamında karşılaştırılmıştır. Ø3.0 mm🞨40 mm ebatındaki titanyum ve PEEK çubuklar ASTM F2193-20 standardına göre statik dört nokta eğme testine tabi tutulmuştur. Beşer numuneyle gerçekleştirilen testlerde; akma yükü, akma yükündeki yer değiştirme, rijitlik, azami yük ve azami yükteki yer değiştirme hesaplanmıştır. Subaksiyel servikal omurları temsil eden test blokları ASTM F1717-18 standardına göre üretilmiştir. Her test bloğuna Ø3.5 mm🞨14 mm ebatında iki adet pedikül vida gönderilmiştir. İki test bloğu birbirine Ø3.0 mm🞨40 mm ebatındaki titanyum veya PEEK çubuklarla bağlanarak vertebrektomi modelleri elde edilmiştir. Elde edilen titanyum ve PEEK çubuklu sistemler, ASTM F1717-18 standardına göre statik basma eğme, statik çekme eğme ve yorulma testlerine tabi tutulmuşlardır. Her test için altı numune kullanılmıştır. Statik dört nokta eğme testi sonucunda titanyum ve PEEK çubukların akma dayanımları sırasıyla 572.77 N ± 9.71 N ve 56.12 N ± 0.85 N olarak, rijitlikleri sırasıyla 858.05 N/mm ± 12.35 N/mm ve 35.66 N/mm ± 0.25 N/mm olarak hesaplanmıştır. Vertebrektomi modelinin statik basma eğme testi sonucunda titanyum ve PEEK çubuklu sistemlerin rijitlikleri sırasıyla 10.45 N/mm ± 0.06 N/mm ve 0.34 N/mm ± 0.01 N/mm olarak hesaplanmıştır. Statik çekme eğme testi sonucunda titanyum ve PEEK çubuklu sistemlerin rijitlikleri sırasıyla 0.12 N/mm ± 0.30 N/mm ve 0.80 N/mm ± 0.01 N/mm olarak hesaplanmıştır. Yorulma testi sonucunda titanyum ve PEEK çubuklu sistemlerin dayanım sınırı sırasıyla 23 N ve 6 N olarak belirlenmiştir. Titanyum çubuklu sistemlerin dayanımının, fleksiyon ve ekstansiyon yönlerinde, hem statik hem de dinamik yükleme koşullarında PEEK çubuklu sistemlerden daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte, PEEK çubuklu sistemlerin titanyum çubuklu sistemlere iyi bir alternatif olabileceği öngörülmektedir. PEEK çubuklu sistemlerin deforme olmadan daha fazla esneklik göstermesinin, füzyon öncesinde hastaya hareket imkanı sağlaması beklenmektedir. Ayrıca, PEEK çubuklu sistemlerin rijitliğinin kemiğin rijitliğine daha yakın olması nedeniyle, gerilme kalkanına titanyum çubuklu sistemler kadar sebebiyet vermemesi ve komşu segment rahatsızlığı riskini azaltması beklenmektedir. Bu tez çalışması, servikal omurga instabilitelerinin sabitlenmesinde yeni PEEK çubuklu pedikül vida fiksasyonun, geleneksel titanyum çubuklu sistemlere iyi bir alternatif olduğunu biyomekanik performanslarını karşılaştırarak ortaya koymuştur. Ancak servikal bölgede PEEK çubuklu sistemlerle pedikül vida fiksasyonu hakkında yeterli çalışma bulunmaması nedeniyle, bu sistemlerin klinik kullanımından önce kadavra çalışmaları gerçekleştirilmelidir.
Kalın plakalarda eğilme ve mod II yüklemeleri altında meydana gelen hasarın peridinamik teori ile incelenmesi
Peridinamik teori, çeşitli yüklemelere maruz kalan yapıların deformasyon ve hasar davranışının tahmin edilmesi için ortaya çıkmış yerel olmayan bir Sürekli Ortamlar Mekaniği teorisidir. Bu doktora tezi kapsamında bağ bazlı Peridinamik teori kullanılarak iki farklı problem üzerinde araştırma yapılmıştır. İlk olarak, kalın ortotropik plakalarda eğilme yükünün etkisiyle oluşan sehim ve rotasyon dağılımını çözmeye yönelik bir Peridinamik plaka modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen Peridinamik plaka modeli, yüzey normallerinin deformasyonunu dikkate alan bir yaklaşıma sahip olması nedeniyle literatürde yer alan ince plaka modellerinden ayrışmaktadır. Bu plaka modeli ile ilk olarak izotropik bir plakanın eğilme problemi çözülmüştür. İzotropik plaka için elde edilen sonuçlar, literatürde yer alan sonuçlar ve Sonlu Elemanlar Analizi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonrasında çeşitli ortotropik plakalar için eğilme problemleri elastik olarak çözülerek Sonlu Elemanlar Analizi sonuçları ile doğrulanmıştır. Son olarak, merkezi çatlak içeren ortotropik plakalar için eğilme yüklemesi altında çatlak ilerlemesi analizleri öne sürülen Peridinamik plaka modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında, öne sürülen Peridinamik Mindlin plakası modelinin eğilme yükü etkisindeki kalın ortotropik plakalarda oluşan deformasyon ve hasarın incelenmesi için uygun olduğu görülmüştür. Tez kapsamında ikinci problem olarak yapıştırılarak birleştirilmiş kalın plakalara uygulanan dinamik mod II yüklemesinin etkisiyle, yapışma arayüzünde meydana gelen dinamik çatlak ilerlemesi Peridinamik teori ile incelenmiştir. İncelenen numune, Rosakis vd. (1999) tarafından deneylerde kullanılan, yapıştırılarak birleştirilmiş iki adet Homalit plakadan oluşmaktadır. Çarpma etkisi, plakanın yan yüzeyine zamana bağlı bir hız sınır koşulu şeklinde uygulanmıştır. Yapılan çalışmada, çarpma hızının ve arayüz tokluğunun çatlak ilerlemesi hızına etkisi incelenmiştir. Her iki parametrik çalışma sonucu, Rayleigh altı bölgede ve intersonik bölgede çatlak ucu hızları elde edilmiştir. İntersonik kırılmalar için elde edilen parçacık hızı dağılımlarında, şok dalgaları gözlemlenmiştir. Kararlı halde ilerleyen intersonik kırılmalar için en düşük çatlak ucu hızı, kesme dalgası hızının 1.57 katı olarak elde edilmiştir. Belirli çarpma hızı ve kırılma tokluğu kombinasyonları için çatlak ucu hızının Rayleigh altı bölgeden intersonik bölgeye geçiş yaptığı gözlemlenmiştir. Mod II çatlaklarının dinamik olarak ilerlemesi ile ilgili elde edilen PD sonuçlar literatürde yer alan deneysel ve nümerik çalışmalar ile uyumludur.
Düzlem yüklemesi altında delikli kompozit plakaların peridinamik teori ile incelenmesi
Bu çalışmada tek eksenli çekme kuvveti altında delikli kompozit plakaların hasar davranışı incelenmiştir. İzotropik malzemelere göre daha karmaşık bir yapıya sahip olan kompozit malzemeler ortotropik bir yapıya sahiptir ve delik hasarı gibi bir süreksizlik de eklenince daha karmaşık bir probleme dönüşmektedir. Bu karmaşık problemlerin çözümü tez kapsamında yerel olmayan Peridinamik(PD) teori ile yapılmıştır. PD teori, hasarlı yapıları modelleme konusunda yerel ve diğer yerel olmayan teorilerin yetersiz kalması sebebi ile 2000 yılında tanıtılan bir teoridir. Bu teoriyi diğer teorilerden ayıran özellikleri; bir, iki ve üç boyutlu ortamlarda, doğrusal olmayan malzemeler ve hasarlı yapıları çözebilme becerisidir. PD teorisinin en büyük avantajı, çatlağın ne zaman dallanması, durması ve rastgele yönlenmesi gerektiğini belirleyen tamamlayıcı bir ilişki gerektirmemesidir. Elde edilen PD teori sonuçları Sonlu Elemanlar (SE) yöntemi ve literatürde var olan deneysel çalışmalar ile doğrulanmıştır. İlk olarak merkez delikli izotropik plaka tek eksenli çift yönlü çekme yükü altında incelenmiştir. Hasarsız olarak PD teori ile incelenen problemin doğrulama çalışması analitik ve SEA yöntemi ile yapılmıştır. Yer değiştirme sınır koşulu altında numunenin yükleme yönündeki gerilme ve gerinim, yükleme yönüne dik yönde yer değiştirme değerleri incelenmiştir. Sonuçlar delikli izotropik numune için tüm yöntemler ile oldukça uyumlu elde edilmiştir. Kompozit tek yönlü fiber açısına sahip, literatürde deneysel olarak incelenen, malzemesi T300/QY8911, fiber açısı 90° ve katman sayısı 12 olan merkez delikli numune PD teori ile modellenmiştir. Literatürde var olan deneysel çalışma referans alınarak numunenin boyutları, malzeme özellikleri, hasara uğradığı kuvvet ve yer değiştirme belirlenmiştir. Problem hasarsız ve hasarlı olarak ele alınmıştır. Hasarsız problem kuvvet sınır koşulu altında incelenmiştir ve yükleme yönünde normal gerilme ve gerinim, yer değiştirme sonuçları değerlendirilmiştir. Hasarlı problem yer değiştirme sınır koşulu altında incelenmiştir ve plakanın hasar uğradığı kuvvet ve numunenin kırılma görüntüsü elde edilmiştir. Doğrulama çalışmaları hasarsız problem için analitik ve SEA sonuçları ile yapılmıştır ve oldukça uyumlu bulunmuştur. Hasarın incelendiği durumda PD teori sonuçları deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır ve benzer elde edilmiştir. Böylelikle delik hasarlı tek yönlü fiber açısına sahip kompozit yapıların modellenmesinde ve hasar tahmininde PD teorinin iyi sonuç verdiği ve bu alanda uygulanabilir olduğu gösterilmiştir.
Farklı tasarım opsiyonlarının diyaframlı darbe sönümleyici yapıların enerji soğurma performansına etkilerinin incelenmesi ve eniyilenmesi
Darbe sönümleyiciler, taşıt kazalarında sırasında ortaya çıkan enerjiyi plastik deformasyona uğrayarak sönümleyen ve yolcu güvenliğini sağlayan yapılardır. Bu yapılar tren ve otomobillerin ön ve arka uçlarında konumlandırılırlar. Bu çalışma kapsamında, içerisinde diyaframlar bulunan bir darbe sönümleyicinin performansı çeşitli tasarım değişiklikleriyle iyileştirilmiştir. Bu değişiklikler, sırasıyla darbe sönümleyicinin dış duvar ve diyafram kalınlıklarının değiştirilmesi, diyafram yerleşiminin değiştirilmesi ve darbe sönümleyiciye bir konik açı verilmesi olarak yapılmıştır. Başlangıçtaki pik ezilme kuvveti (IPCF) minimize etme ve özgül enerji sönümlemesini (SEA) maksimize etme, bu eniyileme problemlerinde amaç fonksiyonları olarak seçilmiştir. Çarpma analizleri, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Sonlu eleman modeli, literatürdeki bir başka çalışma temel alınarak oluşturulmuş ve doğrulanmıştır. Sonlu eleman analizleri LS-DYNA sonlu eleman yazılım paketi kullanılarak yapılmıştır. Eniyileme problemleri, vekil model tabanlı eniyileme yaklaşımıyla çözülmüştür. Her eniyileme probleminde doğrulanmış sonlu eleman modeli üzerinden deney noktaları oluşturulmuş, oluşturulan deney noktaları üzerinden tüm yöntemler kullanılarak vekil modeller yaratılmıştır. Bu vekil modellerin doğrulukları, yine doğrulanmış sonlu eleman modeli kullanılarak her eniyileme modeli için ayrı ayrı oluşturulmuş test noktalarıyla ölçülmüştür. Tüm vekil modeller için ayrı ayrı optimum tasarım değişkenleri bulunmuş ve bulunan tasarım değişkenleri sonlu eleman modellerine işlenerek analiz edilmiştir. Optimum tasarım değişkenlerinin işlendiği sonlu eleman analizi sonuçları arasından en iyi olan sonuç, ilgili eniyileme çalışmasının optimum sonucu olarak belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, özgül enerji sönümlemesi (SEA) %69,4 yükseltilmiş, başlangıçtaki pik ezilme kuvveti (IPCF) %24,7 azaltılmıştır. SEA sonuçları için dış duvar ve diyafram kalınlıklarının eniyilemesi %59,2 SEA artışı sağlarken, diyafram yerleşiminin eniyilemesi bunun üzerine %7,7'lik SEA artışıyla sonuçlanmıştır. Konik açının eniyilemesi %2,5 daha fazla SEA artışı sağlamıştır. Dış duvar ve diyafram kalınlıklarının eniyilemesi, IPCF'de %23,4 düşüş sağlarken, diyafram yerleşiminin eniyilemesi bunun üzerine %1,3 düşüş sağlamıştır. Konik açının eniyilemesi IPCF'de daha fazla düşüşe neden olmamıştır.
Kapalı-çevrim glikoz seviyesi kontrolü için piezoelektrik pompa geliştirilmesi
Bu tezin amacı, T1DM (Tip 1 Diyabet) hastalarının glikoz seviyesini istenen aralıkta tutan; kapalı-çevrim, eniyilenmiş, enerji-verimli ve valfsiz piezoelektrik tahrikli mikro insülin pompasını, benzetim modeli ve kontrolcüsü ile geliştirmektir. Yeni ve sıra dışı bir yaklaşımla tasarlanan pompa, literatürdeki şırınga tipi pompalardan/yapay pankreas çalışmalarından farklı ve birden fazla kontrolcü ve gömülü insülin-glikoz modelleri dahil olarak kurgulanmıştır. Piezoelektrik tahrikli pompanın üç boyutlu (3B) piezoelektrik-yapısal-akışkan akuple sonlu eleman analizleri (FEA) COMSOL Multiphysics ile gerçekleştirilmiştir. Analiz modellinden indirgenmiş piezoelektrik tahrikli pompa modeli (ROM), Ackerman, Bergman ve Sorensen'in insülin-glikoz modelleri, tasarlanan oransal integral türev (PID), optimum ve model öngörülü kontrol (MPC) algoritmaları ile MATLAB/Simulink ortamında tümleşik bir benzetim ortamı oluşturulmuştur. Tasarımı eniyilerken, enerji gereksinimlerine ve geometrik kısıtlamalara göre en verimli pompaya ulaşmak için birçok analiz yapılmıştır. Nozül/difüzör ıraksama açısı, nozül/difüzör çapları, uzunluklar, hazne yüksekliği, tahrik gerilimi ve frekansı, en yüksek net akış oranı ve en az güç tüketimi için eniyilenmiştir. Analiz sonuçlarına göre belirlenen parametreler analitik sonuçla da doğrulandıktan sonra, piezoelektrik pompa deney düzeneği üretilmiştir. Farklı gerilim ve frekans tahriki ile test edilen pompa, 100Vp-p ve 100Hz sinüs sinyali ile sürüldüğünde, 0.4mA akım çekmiş ve 300μL/ dak akış hızı elde edilmiştir. İnsülin infüzyonunun gereklilikleri bu akış hızından karşılanırken, farklı hasta parametrelerine sahip üç farklı insülin-glikoz modeli çalıştırılmış ve PID, optimum ve MPC kontrolörler tasarlanmıştır. PID parametreleri Ackerman, Bergman ve Sorensen için bulunmuş, optimum ve MPC kontrolör Ackerman'ın modeli kullanılarak tasarlanmış ve tüm insülin-glikoz modellerine uygulanmıştır. Önerilen enerji-verimli piezoelektrik tahrikli pompa geliştirilirken, enerji ihtiyacının bir kısmını veya tamamını karşılayabilecek bir enerji hasadı sistemi araştırılmıştır. İnsan vücudundan enerji hasadı yöntemleri incelenmiş, hasat yöntemlerinden piezoelektrik enerji hasadı tasarımı, 3B piezoelektrik-yapısal akuple FEA çalışmaları ve deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayak tabanına yerleştirilmiş bir piezoelektrik enerji toplayıcı ile yürüme ve koşma sırasında elde edilecek enerjinin sistemin enerji ihtiyacının bir kısmını karşıladığı gösterilmiştir. Örnek olarak seçilen bu enerji hasadı yönteminin, ileriki aşamalarda vücudun farklı noktalarından elde edilecek enerjilerin toplamı ile sistemin tamamının ihtiyacını karşılayabileceği gösterilmiştir.
Haptik destekli karma gerçeklik simülasyon ortamı geliştirilmesi
Görsel-dokunsal karma gerçeklik (VHKG), sanal nesneleri gerçek bir sahneye ekler ve kullanıcıların, bir haptik cihaz aracılığı ile sanal nesnelere dokunmasını sağlar. Genel amaçlı haptik cihazlarında sürekli olarak takılı olan kalem benzeri ucun kullanıcı tarafından tutulması gerekmektedir. Bu gereksinim, cihaza gerek duyulmadığında bile, kullanıcıları cihazın mekanik sınırlarıyla sınırlamakta ve simülasyon gerçekçiliğini azaltmaktadır. Bu çalışmada, çözünürlüğü yüksek bir hexapod konumlayıcı ve altı eksenli bir kuvvet / tork dönüştürücüsünden oluşan, Karşılaşılan Tip Haptik Cihazı (KTHC) konseptinde yeni bir VHKG sistemi geliştirilmiştir. Ana katkı, kullanıcıların gerçek aletleriyle çalışarak sanal nesnelerle etkileşime girebileceği bir simülasyon ortamı oluşturulmasıdır. KTHC'nın haptik ucu sürekli olarak sanal nesne yüzeyinin tam altında kalarak, kullanıcının tuttuğu aleti yalnızca etkileşim sırasında devreye girmek için takip etmektedir. Haptik ucu ile kullanıcı aleti, sadece sanal nesne ile etkileşim sırasında birleşerek, görsel ve dokunsal geri besleme oluşturmaktadır. Çalışma kapsamında, prototip geliştirilmesi tamamlanmış olup; sistem senkronizasyonu ölçümü, haptik, görsel ve alet takip sistemlerinin doğrulama deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler ile alet ucunun 1 mm'den az hata ile takibinin yapıldığı, haptik kuvvet doğruluğunun ve tekrarlanabilirliğinin 0,2 N'den az olduğu ve sistemin uçtan uca senkronizasyon hatasının ise 0,2 mm'den az olduğu doğrulanmıştır. Objektif olan kullanıcı deneylerinin yanında, sübjektif değerlendirmeler de yapılmıştır. Bu doğrultuda, kullanıcılar anket puanlamaları ile simülasyon gerçekçiliğine dair değerlendirmeler yapmıştır. Elde edilen sübjektif verilerin analizinde, kullanıcıların sistemi gerçekçi bulduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Kafes yapılı malzemelerde gerinim tabanlı yorulma ömrü hesabı
Günümüzde, eklemeli imalat yöntemleri ile üretilen parçaların yüksek hafiflik kazandırması özelliğinden faydalanmak amacıyla kafes yapıların kullanımına odaklanılmış ve kafes yapıların statik dayanımlarının ortaya konulmasına ilişkin birçok çalışma yürütülmüştür. Fakat, aslında statik dayanım kadar büyük öneme sahip olmasına rağmen, eklemeli imalat yöntemleri ile üretilmiş kafes yapılı malzemelerin dinamik yük altındaki yorulma davranışlarını ortaya koyacak yöntemler henüz olgunlaşmamıştır. Literatürde bu alandaki yapılan araştırmalara bakıldığında, genel olarak deneysel çalışmaların ağırlıkta yürütüldüğü ve nümerik çalışmaların ise gerilme tabanlı ömür tespit yöntemleri ile gerçekleştirildiği görülmüştür. Deneysel çalışmaların yüksek maliyetli olması ve gerilme tabanlı nümerik hesaplamaların ise düşük çevrimli yorulma ömrü (DÇY) bölgesinde verimli bir hesaplama yöntemi olmadığı görülmüştür. Bu sebep ile, bu çalışmada, eklemeli imalat yöntemi ile Ti6Al4V malzemeden üretilmiş kafes yapıların gerinim tabanlı yorulma ömrü tespit metodu kullanılarak ömür analizlerinin gerçekleştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Bu çalışmada kullanılan metodolojide, ilk olarak yorulma ömrü tespit edilecek kafes yapının birim hücre geometrisi modellenmiştir. Bu geometrinin gerilme-gerinim eğrisini elde etmek amacıyla statik basma yükü altında sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Bu analizden elde edilen gerilme-gerinim verisinden hesaplanan akma dayanımından başlayıp kademeli olarak azaltılarak elde edilen gerilme değerleri, yorulma ömrü analizi için maksimum gerilme değerleri olarak tanımlanmıştır. Her bir gerilme değeri için kafes yapıya uygulanacak tekrarlı bir yükleme profili oluşturulmuştur. Bu oluşturulan her bir yükleme profili için, gerinim tabanlı Brown-Miller yöntemi kullanılarak yorulma ömür analizi gerçekleştirilmiştir. Böylece, her bir gerilme değeri için yorulma ömrü hesaplanmış ve kafes yapının yorulma ömür eğrisi elde edilmiştir. Aynı kafes yapı için literatürde sunulan deneysel yorulma ömür eğrisi sonuçları ile karşılaştırıldığında, bu çalışmadaki nümerik ömür analizi ile elde edilen ömür değerlerinin daha yüksek çıktığı gözlemlenmiştir. Ortaya çıkan farkın sebebinin, kafes yapının yüzey kısımlarında eklemeli imalat sürecinden kaynaklı meydana gelen kusurlar olduğu öngörülmüştür. Bu kusurlardan dolayı meydana gelecek gerilme konsantrasyon katsayısı, yine sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak tespit edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, Ti6Al4V alaşımı ve seçmeli lazer ergitme (SLE) ile üretilen tüm kafes yapılı malzemelerin, katı kütle ömür verileri kullanılarak doğrudan yorulma ömrünü tahmin etmeye yönelik gerilme konsantrasyon katsayısı hesaplamak için analitik bir eşitlik ortaya konulmuştur. Bu eşitlik ile elde edilen, gerilme konsantrasyon değerine göre ömür analizleri farklı kafes yapıları için tekrarlanarak literatürdeki deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalara göre, önerilen gerilme konsantrasyonu katsayısı hesaplama yöntemi ve birim hücre ile gerinim-tabanlı ömür tespit metodu kullanılarak yapılan kafes yapıların ömür analizlerinin, hem gerilme tabanlı metotlara göre daha doğru sonuç verdiği, hem de farklı kafes yapıları için deney sonuçları ile uyumlu gerçekleştirilebildiği gösterilmiştir.
Zırhlı amfibik araçlarda süspansiyon sistemi alt kontrol kolu için ağırlık ve şekil optimizasyonu
Kontrol kolları tekerlekli araçların süspansiyon sistemlerinde bulunan en önemli ana alt parçalarındandır. Tekerlekli zırhlı araçlarda da yaygın olarak kullanılan çift salıncaklı süspansiyon sistemine ait ana parçalardan birisi olan alt kontrol kolu, bu çalışma kapsamında ele alınmıştır. Özellikle amfibik (hem karada hem suda hareket kabiliyetine sahip olan) özellikte olan araçlarda dikkat edilmesi gereken en önemli unsur araç ağırlığının minimumda tutulmasıdır. Bundan ötürü de kontrol kolu gibi büyük hacim ve kütleye sahip parçalar için, boyut, şekil ve ağırlık optimizasyon çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında da; süspansiyon alt kontrol kolu için oluşturulan sonlu elemanlar modelinin araç üstü testler ile doğrulanması ardından, vekil modeller yardımı ile ağırlık eniyilemesi yapılmıştır. Birkaç aşamada gerçekleştirilen eniyileme çalışması için, öncelikli olarak sonlu elemanlar modeli hazırlanmıştır. Hazırlanan modelin doğruluğunu test etme amaçlı, 8x8 tekerlekli araç alt kontrol kolu üzerinden gerinim ölçer yardımı ile gerinim verileri alınmış olup, benzer sınır koşulları ANSYS Workbench üzerinde ilgili parça üzerine uygulanmıştır. ANSYS yazılımından elde edilen sonuçlar ve deneysel veriler karşılaştırılarak kurulan model kabul edilebilir sapmalarla doğrulanmıştır. Devamında ise, belirlenen 4 adet tasarım değişkeni ile eniyileme probleminin çözümüne geçilmiştir. Bunun için de çok sayıda değişkeni birlikte inceleyebilen, hesapsal maliyeti düşük ve güvenirliliği yüksek olan vekil modeller kullanılmıştır. Vekil model oluşturmak için gerekli veri noktaları belirlenirken iki farklı yöntem seçilmiştir. Bunlar, merkezi kompozit tasarım (CCD) ve Latin hiperküp deney örnekleme (LHS) tasarımıdır. İki model için de hata oranları kontrolü yapılması ardından, vekil model bütünü yöntemiyle ayrı ayrı yanıt yüzeyler oluşturulmuş ve eniyileme işlemleri gerçekleştirilerek her iki model için de sonuçlar elde edilmiştir. Karşılaştırılan sonuçlar neticesinde, merkezi kompozit tasarım kullanılarak oluşturulan vekil model ile, parça ağırlığının diğer yönteme göre daha fazla azaltılabileceği gözlemlenmiştir. Seçilen aday nokta parçaya uygulandığında, alt kontrol kolunun başlangıç ağırlığı olan 25,2 kg'ın, %13,3 oranında hafifleyerek 21,8 kg'a düşümü gerçekleşmiştir. Bu da 8x8 tekerlekli bir araç için toplamda yaklaşık 27 kg hafifleme anlamına gelmektedir. Gelinen son aşamada, araç hareketi esnasında süspansiyonun maruz kalabileceği, taşıt üreticileri tarafından da tercih edilen sanki statik yük senaryolarından iki tanesi seçilmiştir. Bunlar boyuna darbe (çukura düşme) ve yanal darbe (kaldırıma çarpma) senaryolarıdır. Ek olarak, kriko ile teker değişim senaryosu üçüncü bir doğrulama adımı olarak eklenmiştir. Optimize edilen parça, ilgili yükler altında ANSYS Workbench yardımı ile analiz edilmiştir. Elde edilen gerilme sonuçlarının parça malzemesinin akma mukavemeti altında kaldığı ve çukura düşme senaryosunda 1,46, kaldırıma çarpma senaryosunda 1,08 ve kriko yüklemesi senaryosunda ise 3,17 güvenlik katsayısı ile doğrulama adımlarının tamamladığı gözlemlenmiştir.
Negatif Poisson oranına sahip kafes yapılarda geometrik parametrelerin titreşim yalıtımına etkisinin numerik ve deneysel incelenmesi
Kafes yapılar, çubuk, plaka veya matematiksel yüzey elemanların farklı kombinasyonlarda dizilimleri ile farklı mekanik davranışlara sahip olan yapılardır. Düşük ağırlıkta yüksek mukavemet sağlaması ve bunun yanında oldukça iyi enerji emme ve ısı yalıtım özelliklerine sahip olması, bu yapıların literatürde önemli ölçüde dikkat çekmesini sağlamıştır. Günümüzde bu yapılar havacılık, denizcilik, otomotiv ve inşaat endüstrilerinde geniş ölçüde kullanılmaktadır. Kafes yapıların, elemanların farklı dizilimleri ile, farklı şekillerde tasarlanabilir olması, bu yapıların farklı amaçlarda kullanılmasına zemin hazırlamıştır. Bunlardan birisi, bu yapıların titreşim yalıtma işlemlerinde kullanılmasıdır. Örneğin, zemine doğrudan bağlanan bir makinenin, ağırlığı ve dengesizliği sebebiyle zemine uyguladığı harmonik kuvveti azaltmak için esnek bir malzeme olarak kullanılabilir. Bu konu ile ilgili çeşitli çalışmalar yapılmış olmasına rağmen bu çalışmalarda kullanılan kafes yapılar pozitif Poisson oranına sahiptir. Farklı olarak, negatif Poisson oranına sahip olan kafes yapılar da tasarlanabilmektedir. Bu yapılar, geleneksel yapıların aksine eksenel çekme kuvvetleri altında hacmi büyüyen ve eksenel basma kuvvetleri altında hacmi azalan yapılardır. Negatif Poisson oranına sahip yapıların, geleneksel yapılara göre sahip olduğu yüksek kesme direnci, girinti direnci, burkulma direnci, kırılma dayanımı enerji ve ses emme kabiliyeti gibi avantajları, bu yapılar için tıp ve tekstil gibi alanlarda farklı potansiyel kullanım alanları oluşturmuştur. Ayrıca günümüzde, negatif Poisson oranına sahip yapıların basma ve bükülme özelliklerine yönelik çalışmalar olmasına rağmen, titreşim yalıtımına etkisini inceleyen çalışmalar henüz yapılmamıştır. Bu tez çalışmasında, bahsedilen boşluğu gidermek amacıyla, negatif Poisson oranına sahip kafes yapıların titreşim yalıtma performansı incelenmiştir. İlk olarak performansının karşılaştırılacağı pozitif Poisson oranına sahip kafes yapılar literatürden seçilmiş, ardından negatif Poisson oranına sahip yapıların bir türü olan girintili petek (öksetik) yapı kullanılarak literatürden seçilen kafes yapılar ile eş hacme sahip kafes yapılar oluşturulmuştur. Bu aşamada, kafes yapıyı oluşturmada kullanılacak geometrik parametreler de belirlenmiştir. Karşılaştırmanın ardından, belirlenen geometrik parametrelerin, yapının titreşim yalıtım performansına olan etkisini görmek amacıyla farklı parametre kombinasyonlarına sahip kafes yapılar oluşturulmuş ve sonlu elemanlar analizi ile doğal frekans, rijitlik ve maksimum gerilme değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra, eklemeli imalat yöntemlerinden biri olan malzeme ektrüzyonu yöntemi ile üretilen numunelere darbe çekici yardımıyla titreşim testleri yapılarak analizlerden elde edilen sonuçlar doğrulanmıştır. Son olarak, titreşim yalıtımı için kullanılabilecek farklı geometrik parametrelere sahip kafes yapılar için bir tasarım uzayı oluşturulmuştur. Bu çalışmada, tasarım ve analiz adımlarında ticari sonlu elemanlar analiz programı ABAQUS kullanılmış ve tasarlanan bu yapılar ARTIBOYUT A0 3D YAZICI' da üretilmiştir. Titreşim testlerinde, yapının titreştirilmesi ve bu titreşim altındaki ivmelenmesinn ölçülmesi için sırasıyla PCB darbe çekici ve ivmeölçer; elde edilen sinyallerin verilere dönüştürülmesi için LabVIEW yazılımı kullanılmıştır. Bu raporda, tasarım, analiz, üretim ve deney aşamaları hakkında bilgiler detaylı olarak sunulmuştur.
Erimiş filament fabrikasyonu süreç parametrelerinin, üretilen latis yapıların etkin elastik malzeme özelliklerine etkisinin deneysel incelenmesi
Eklemeli İmalat Teknolojisi, ilk ortaya çıktığı zaman hızlı prototipleme için kullanılmış olsa da günümüzde özellikle havacılık-uzay ve savunma sanayinde, otomotivde, medikalde ve enerji sektöründe sıklıkla başvurulan bir yönteme dönüşmüştür. Özellikle latis yapılar gibi boşluklu yapıları sayesinde hafiflik sağlayan karmaşık yapıların katman katman üretilebilmesi, latis yapıların bu üretim teknikleri ile üretilebilirliği ve endüstride kullanılabilirliği üzerine yapılan araştırmaları artırmıştır. Birçok farklı eklemeli imalat tekniği bulunmakla birlikte, erimiş filament fabrikasyonu (EFF) tekniği düşük maliyetli olmasından dolayı yaygın olarak tercih edilmektedir. Fakat, EFF proses parametrelerinin üretilen parçaların mekanik özelliklerine etkisinin yüksek olduğu bilinmektedir. Literatürde EFF proses parametrelerinin mekanik özelliklere etkisi üzerine yapılan araştırmaların büyük çoğunluğu tam dolu numuneler üzerinedir. O yüzden, bu çalışmanın amacı, erimiş filament fabrikasyonu (EFF) ile üretilen latis yapıların etkin malzeme özelliklerine ÖZET v proses parametrelerinin etkisinin incelenmesidir. Bu teknik ile üretilecek numunelerin malzemesi için Polilaktik Asit (PLA) kullanılmıştır. Bu çalışmada üç farklı temel latis yapı türü olan Basit Kübik (BK), Hacim Merkezli Kübik (HMK) ve Yüzey Merkezli Kübik (YMK) seçilmiştir. Elde edilecek numunelerin etkin elastik malzeme özelliklerine en çok etkisi olan ve literatürde yer alan araştırmalarla desteklenen parametreler seçilmiştir. Bu amaçla, EFF için süreç parametreleri olan katman kalınlığı, nozül sıcaklığı ve baskı hızı başlıklarının her biri için üçer seviye belirlenmiştir. Deney tasarımı oluşturulurken Taguchi Metoduna başvurulmuştur. Taguchi metodu ile belirlenen farklı süreç parametre değer grupları için üretilen latis numunelerin basma testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testlerden basma modülü ve basma dayanımı sonuçları elde edilmiştir. EFF süreç parametrelerinin bu özelliklere etkilerini kıyaslayabilmek adına, MATLAB programı yardımıyla varyans analizi (analysis of variance - ANOVA) yöntemi kullanılmıştır. Bu kafes yapıların üretiminde en yüksek elastik özelliklere sahip olmaları için gerekli parametre değerleri belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, latis yapılarla ilgili çalışmalara ışık tutması ve mühendislik uygulamalarında kullanılan tam dolu yapıların yerini latis yapıların almaya başlaması adına yararlı bir kaynak olacaktır.
Jet uçağı ile taşınan bir faydalı yükün yapısal cevap kestirimi
Jet uçağı ile taşınan bir faydalı yükün cevap kestirimi için geleneksel olarak askeri şartnameler kullanılmakta, frekans ve genlikler hesaplanmaktadır. Bu tez çalışmasında jet uçağı ile taşınan bir faydalı yükün içerisinde bulunan ekipmanların yapısal cevabının yapay sinir ağları (YSA) kullanılarak incelenmesi ve tahmin edilmesi amaçlanmıştır. YSA modellerinin oluşturulması için, üzerinde güdüm kiti bulunan, kütlesel ve geometrik özellikleri Mark-83 harp başlığı ile aynı olan temsili bir yapıdan gerçek uçuş koşullarında veri toplanmıştır. Uçak hızı ve uçuş irtifası değiştirilmesi ile elde edilen yetmiş beş farklı uçuş koşulunda toplanan veriler ile YSA eğitilmiş, bunlardan bağımsız olarak seçilen sekiz uçuş durumunda ise performansı test edilmiştir. Yapısal cevaplar faydalı yük içerisine yerleştirilen ivmeölçerden veri toplama sistemi aracılığı toplanmış, ivme güç spektrumu yoğunlukları (İGSY) olarak frekans tabanına dönüştürülmüştür. Ölçümlerden maksimum yapısal cevap tahmini elde etmek için tolerans limitleri kullanılmıştır. Maksimum cevap elde etmek için tanınmış tolerans limitlerinden ayrı olarak, üçüncü derece normal ve logaritmik polinom dönüşümü de literatürde ilk kez bu çalışmada yapısal cevap kestirimi için kullanılmış ve bunların performansı diğer tolerans limitleri ile karşılaştırılmıştır. Tolerans limitleri kullanılarak elde edilmiş yapısal cevap tahminleri frekans alanında askeri şartname ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Bu yüklerin yapısal parça tasarımı üzerindeki etkisini göstermek için bir vaka örneği çalışması yapılmıştır. Yapısal tasarımda kullanılacak yükler üç-sigma kuralı ile 20-300 Hz frekans bandı aralığında hesaplanmıştır. Bir destek parçası üç farklı yük durumu için VRAND GENESIS yapısal eniyileme paket programı kullanılarak tasarlanmıştır. YSA tahmini ve test sonucu yapısal cevap verilerinden türetilmiş yükler kullanılarak yapılan eniyileme sonucu elde edilen destek parçası tasarımının, askeri şartname kullanılarak elde edilen tasarıma göre daha hafif olduğu ve aynı zamanda istenilen emniyet faktörü isterini de sağladığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak, faydalı yük içerisinde bulunan ekipmanların yapısal cevaplarının tez kapsamında geliştirilen yaklaşım ile yüksek doğruluk seviyesinde tahmin edildiği görülmüştür. Askeri şartnamenin önerdiği cevap spektrumunun korunumlu olduğu ortaya çıkmıştır. Tolerans limiti tahminlerinin, askeri şartnameye göre daha doğru olduğu gözlenmiştir. Normal ve dağılımdan bağımsız tolerans limiti kullanılarak yapılan tahminlerin özellikle düşük frekans performansının diğer tolerans limitlerine göre daha iyi olduğu anlaşılmıştır. Üçüncü derece normal ve logaritmik polinom dönüşümü kullanılarak yapılan tahminler normal kestirim limiti ve zarf limitine göre daha iyi sonuç vermiştir. Bu tez ile önerilen yaklaşımın jet uçağı dış istasyonu ile taşınan faydalı yük içerisindeki ekipmanın yapısal cevap tahmininde iyi çalıştığı görülmüştür.
Eklemeli imalat için eş zamanlı proses parametre ve topoloji optimizasyonu
Eklemeli imalat (Eİ) teknolojisinin gelişmesi ile topoloji optimizasyonu (TO) kullanılarak tasarlanan karmaşık geometriler üretilebilmektedir. Havacılık endüstrisi gibi ağırlığın kritik olduğu sektörlerde, tasarımların mekanik isterleri sağlaması ve ağırlığının optimize edilmesi oldukça önemlidir. Bu çalışma kapsamında, Seçici Lazer Ergitme (SLE) yöntemi kullanılarak 9 farklı proses parametre seti ile AlSi10Mg malzemesine sahip numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelerin mikroyapı görselleri taramalı elektron mikroskobu (TEM) yardımı ile elde edilmiştir. Mikroyapı görüntüleri kullanılarak, eriyik havuz boyutları, ötektik Si hücre boyutları ve Si çökelti boyutları ölçülmüştür. Ölçülen sonuçlar kullanılarak proses parametreleri ile hücre boyutları ve Si çökelti boyutları arasında parametrik ilişkiler kurulmuştur. Oluşturulan parametrik denklemler, Hall-Petch ve Orowan mukavemetlendirme mekanizmalarına entegre edilerek AlSi10Mg malzemesinin akma dayanımı ile proses parametreleri arasında bir ilişki kurulmuştur. Oluşturulan denklemler ile hesaplanan akma dayanımı sonuçları, nano-indentasyon testleri ile elde edilen akma dayanımı sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar ile doğrulanan parametrik akma dayanımı modeli, tasarım problemlerine entegre edilmiştir. Tasarım uygulama problemleri olarak ankastre kiriş, MBB kirişi ve L braket tasarımı problemleri çözülmüştür. Her bir tasarım problemi, geleneksel topoloji optimizasyonu (GTO), yapısal topoloji optimizasyonu (YTO), ardışık proses parametre ve topoloji optimizasyonu (APPTO) ve son olarak eş zamanlı proses parametre ve topoloji optimizasyonu (EPPTO) olmak üzere 4 farklı yöntem ile çözülmüştür. Geliştirilen EPPTO yöntemi ile lazer gücü, tarama hızı ve topoloji aynı anda minimum maliyet amaçlanarak optimize edilmiştir. Ankastre kiriş ve MBB kiriş tasarım problemlerinin çözülmesi ile orta ölçekli tasarım problemlerine başarılı bir şekilde uygulanabilirliği kanıtlanan EPPTO yöntemi, son olarak havacılık endüstrisinde sıklıkla kullanılan L braket tasarımına uygulanmıştır. EPPTO yöntemi ile elde edilen sonuçlar, GTO sonuçları ile kıyaslandığında, ankastre kiriş, MBB kirişi ve L braket tasarımları için sırasıyla %18, %20 ve % 17 oranında toplam maliyetin azaltıldığı belirlenmiştir. Tüm tasarım problemlerinin sonuçları incelendiğinde, EPPTO yöntemi ile ağırlık, yapısal ve enerji yoğunluğu isterlerini sağlayan optimum üretim parametreleri ve topoloji elde edilerek, diğer TO yöntemlerine göre en düşük maliyet değerleri elde edilmiştir.
Eklemeli imalat ile üretilen latis yapılardaki belirsizliklerin rassal alan yöntemi kullanılarak modellenmesi
Latis yapılar, birbirine bağlı çubuk veya yüzey eleman ağından oluşan yapılar olarak tanımlanır. Söz konusu yapıların mikro seviyelerde tasarımı, hafif, dayanımı yüksek, güçlü mühendislik uygulamaları özelinde sağladığı avantajlar nedeniyle dünya literatüründe öncelikli alanlarda yer almıştır. Farklı uygulamalarda sağladığı avantajların yanı sıra, mikro seviyelerde tasarlanan karmaşık eleman ağı nedeniyle, bu yapıların üretilebilmesi, geleneksel imalat teknolojileriyle çok zor olmakta veya mümkün olamamakta; ancak son zamanlarda geliştirilen eklemeli imalat (Eİ) yöntemlerinin kullanılmasıyla mümkün olabilmektedir. Öte yandan, bu yöntemlerin katman katman üretim stratejisine dayanması nedeniyle, tasarlanan latis yapılar üretildiğinde çubuk elemanların geometri ve malzeme özellikleri üzerinde mikro ve milimetre seviyesinde değişkenlikler ve belirsizlikler oluşmaktadır. Literatürde latis yapılardaki belirsizliklerin karakterize edilmesi konusunda birçok çalışma bulunmaktadır; fakat bu belirsizlikler sadece rassal değişkenlerle modellendiğinden elemanlar üzerindeki konuma bağlı değişimler göz ardı edilmektedir. Dolayısıyla, bilgisayar ortamında modellenen latis yapılar, Eİ ile üretildiğinde, modellenen yapının performansı ile üretilen yapının performansı arasında bir farklılık oluşmaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, bu soruna çözüm sağlamak için, latis yapılardaki çubuk elemanların bir Eİ tekniği olan ergimiş filament fabrikasyonu (EFF) yöntemi kullanılarak üretimi sürecinde meydana gelen geometri ve malzeme özelliklerindeki belirsizliklerin, rassal alan yöntemi kullanarak konuma bağlı modellenmesidir. Bu amaç doğrultusunda, kafes yapıların çubuk elemanları, farklı açı ve çap değerlerinde, EFF yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Numuneler, dijital kameralı ışık mikroskopu altında görüntülenmiş ve görüntüler üzerinden üretilen her bir katmanda geometrik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümler, rassal alan yöntemi kullanılarak konuma bağlı değişimlerin karakterize edilmesinde kullanılmıştır. Rassal alan yöntemiyle modellenen değişimler, voksel çözüm ağı elemanları kullanılarak çubuk eleman modellerine dahil edilmiş, belirsizlikler içeren sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuştur. Konuma bağlı değişimleri içeren modeller, çekme testi sınır koşulları altında analiz edilerek, çubuk elemanlar için etkin geometri ve malzeme özellikleri elde edilmiştir. EFF yöntemi ile üretilen latis yapıların üretim sürecinde meydana gelen belirsizliklerin karakterize edilmesi için önerilen bu yöntem, farklı Eİ yöntemleri için genişletilebilir.
İzotropi koşullu latis malzemeler kullanarak topoloji optimizasyonu
Latis malzemeler, hafiflik, direngenlik, titreşim sönümleme ve ısı yalıtımı gibi birçok avantaja sahiptir. Eklemeli imalat teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte latis malzemelerle yapılan tasarımlar üretilebildiğinden, günümüzde birçok farklı alanda kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Latis malzemeler ile tasarım yapılırken, homojenizasyon tabanlı topoloji optimizasyonu ile yoğunluk eşleştirme gerçekleştirilerek parça içerisindeki latis hücrelerin uygun yoğunlukları belirlenmektedir. Fakat, çoğu latis malzemenin mekanik davranışları kompozit malzemelerde olduğu gibi yöne bağlı olarak değişmekte olup izotropik değildir. Topoloji optimizasyonunda yoğunluk eşleştirme için ticari yazılımlarda da basitliğinden dolayı yaygın olarak kullanılan cezalandırma ile katı izotropik malzeme (Solid Isotropic Material with Penalization - SIMP) yöntemi kullanıldığında, izotropik olmayan homojenize özellikler farklı doğrultularda farklı gerilme ve yer değiştirme oluşturacağından latis malzemelerin kullanımında sorun oluşmaktadır. Bu tez kapsamında, bu sorunun çözümü için, izotropi koşullu yoğunluk eşleştirme (İKYE) modeli önerilmiştir. Önerilen bu model sayesinde, tüm yoğunluk değerlerinde homojenize elastik özelliklerinin izotropi koşulunu sağladığı çubuk elemanlarla modellenmiş latis hücreler belirlenmiştir. Bu latis hücreler izotropi koşulunu sağladığı için, SIMP yöntemi ile topoloji optimizasyonunda kullanılabilmektedir. Topoloji optimizasyonunda kullanılacak yoğunluk aralığı eklemeli imalat ile üretilebilecek şekilde belirlenmiştir. Önerilen yöntemin etkinliğini göstermek amacıyla literatürde eklemeli imalat ile üretim için tasarlanan farklı üç boyutlu nümerik örnekler üzerinde uygulamalar yapılmıştır. Bu çalışmada, sonlu elemanlar modelinin oluşturulması, homojenize malzeme özelliklerinin elde edilmesi ve topoloji optimizasyonu aşamalarında ABAQUS yazılımı kullanılmış; latis tasarımlarının yüzey ve katı modelleri oluşturulurken ise MATLAB programından faydalanılmıştır. İKYE modeli ile oluşturulan optimize tasarım sonuçları, literatürde dikkate alınan sonuçlarla karşılaştırılıp üstünlüğü gösterilmiş ve doğrulanmıştır. Önerilen bu yöntem sayesinde, izotropi şartını sağlayan latis konfigürasyonları belirlenirken, aynı zamanda ticari yazılımlarda mevcut olan SIMP ile topoloji optimizasyonu kullanılarak latis hücrelerin makroskopik dağılımlarının elde edilebildiği gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Latis malzeme, Homojenizasyon, İzotropi, Topoloji optimizasyonu, Eklemeli imalat.