Çok kriterli optimizasyon
Bu konu başlığı altında 52 tez
Akıllı şebekelerde yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma stratejilerinin karşılaştırmalı analizi
Son yıllarda küresel çapta elektrik kullanımındaki ve elektrik üretim-tüketim çeşitliliğindeki artış, daha modern bir elektrik şebekesi ihtiyacını doğurmuştur. Akıllı şebeke konsepti, geleneksel elektrik şebekesini iki yönlü haberleşme ağı ile birleştirerek bu ihtiyaca cevap vermeyi amaçlamaktadır. Böylece, şebeke gerçek zamanlı olarak izlenebilmekte, kesintilere ve arızalara daha hızlı cevap verilebilmekte, kaçak kullanım tespit edilebilmekte, şebeke dağıtık bir şekilde yönetilebilmekte ve talep katılımı gibi yeni servisler sağlanabilmektedir. İleri ölçüm altyapısı (İÖA) bu akıllı şebeke mimarisinin temel yapıtaşlarından biridir. İÖA, elektrik kullanımının periyodik ya da isteğe bağlı olarak ölçülmesine, toplanmasına ve analiz edilmesine olanak sağlamaktadır. Böylece, şebekenin daha etkin ve güvenilir olmasını sağlamaktadır. İÖA sistemlerinin merkezinde bulunan akıllı sayaçlar (AS) da elektrik kullanımını gerçek zamanlı olarak ölçebilmekte, ve servis sağlayıcıya (SS) ya da kullanıcıya sık ve hassas ölçüm verisi gönderebilmektedir. Ancak, veri bilimindeki gelişmeler sayesinde bu yüksek çözünürlüklü ölçüm verisi farklı amaçlar için de kullanılabilmektedir. Özellikle, Girişmsel Olmayan Cihaz Yükü İzleme (GOCYİ) teknikleri bu veriyi cihaz kullanımlarına ya da nihai kullanımlara ayırabilmektedir. Bu nedenle, AS verisinden bir çok mahrem bilgi (evin boş olup olmadığı, ev sakinlerinin demografik bilgileri, günlük alışkanlıkları, vs.) çıkarılabilmektedir. Bundan dolayı, AS verisinin kötü niyetli kullanımının önüne geçmek önem arz etmektedir. Literatürde kullanıcı mahremiyetinin sağlanması için bir çok farklı teknik öne sürülmüştür. Bunlardan bazıları kriptografik teknikler kullanarak veriyi saklarken, bazıları veriye gürültü ekleyerek veriyi bozmaktadır. Kullanıcı bilgisini anonimleştirmek ve ölçüm frekansını azaltmak da mahremiyeti sağlamak için öne sürülmektedir. Bu tekniklerin arasından, elektrik kullanımını çizelgeleyerek dışarıya mümkün olan en az bilginin çıkmasını sağlayan yük şekilleme metotları etkinlik ve kullanılabilirlik açısından öne çıkmaktadır. Bu tezde, yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma stratejileri ile ilgili bir dizi karşılaştırmalı analiz sunulmaktadır. Giriş bölümünde akıllı şebekeler, İÖA, AS, talep katılımı, GOCYİ gibi kavramlar açıklanmakta ve literatürdeki çeşitli mahremiyet yaklaşımları özetlenmektedir. Ardından gelen dört bölüm, yük şekilleme tabanlı mahremiyet ile ilgili dört bağımsız çalışmayı konu almaktadır. İlk bölümde, literatürdeki 8 farklı yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma stratejisi, ortak bir stokastik optimizasyon çerçevesi altında karşılaştırılmakta ve analiz edilmektedir. İkinci çalışmada, ilk çalışmaya ek olarak SS'nin de amaç fonksiyonları ele alınarak, talep katılımı çerçevesinde kullanıcının amaçlarını (mahremiyet dahil) optimize etmenin SS'nin amaç fonksiyonlarını nasıl etkilediği analiz edilmektedir. Üçüncü çalışma, akıllı elektrik sayaçlarının reaktif gücü de ölçmesine odaklanmakta ve mahremiyetin tesis edilmesi için hem gerçek gücün hem de reaktif gücün birlikte şekillenmesi gerektiğini göstermektedir. Dördüncü çalışma, yeni gelişmekte olan akıllı su ve doğalgaz ölçümünü de akıllı elektrik ölçümü ile birlikte ele almakta, ve kullanıcı mahremiyeti problemini tüm akıllı ölçümleri dahil eden bütüncül bir anlayışla çözmeye çalışmaktadır. Sonuç ve öneriler de son bölümde sunulmaktadır. Bu tezde sunulan karşılaştırmalı analizler, literatürdeki yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma metotlarının adil bir biçimde karşılaştırılabilmesini ve bunların SS'nin amaç fonksiyonları üzerindeki etkilerinin görülebilmesini sağlamaktadır. Ayrıca, literatürde henüz çalışılmamış olan bütüncül mahremiyet ile gerçek ve reaktif güç şekilleme tabanlı mahremiyet koruma konularına ışık tutmaktadır.
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.
Araçların interneti uygulamaları için V2X tabanlı sistemlerde gerçek zamanlı optimizasyon çözümleri
Bu tez çalışmasında, araçların interneti (IoV) uygulamaları için V2X tabanlı sistemlerde gerçek zamanlı optimizasyon çözümleri geliştirilmiştir ve otonom araçlarda (AV'ler) hız ve ivme tahmini ile karar alma süreçlerini optimize etmek için yenilikçi makine öğrenmesi yöntemleri birleştirilmiştir. Önerilen yöntemler arasında denetimli öğrenme temelli Chaotic AdaBoost (CAB) ve pekiştirmeli öğrenme temelli Lévy Flight-enhanced Proximal Policy Optimization (LFPPO) yer almıştır. Algoritmaların karşılaştırılmalarında k-Nearest Neighbors (kNN), Artificial Neural Networks (ANN), AdaBoost (AB), Gradient Boosting (GB), Random Forest (RF) ve Proximal Policy Optimization (PPO) algoritmaları kullanılmıştır. CARLA simülatörünün Town 10 ve Town 5 ortamlarında gerçekleştirilen deneylerde, CAB, ivme tahmini için 0.018 MSE, 0.020 MAE ve 0.993 R² ile %99.3 başarı elde etmiş; bu, kNN (23.215 MSE, 0.87 R²), ANN (3.297 MSE, 0.982 R²), RF (4.419 MSE, 0.975 R²), GB (1.701 MSE, 0.991 R²) ve AB'ye (0.15 MSE, 0.985 R²) kıyasla üstünlük göstermiştir. LFPPO, %99 başarı oranı, 42,135 ödül seviyesi ve %1 çarpışma oranı ile PPO'ya (%81 başarı, 33,895 ödül, %19 çarpışma) göre daha güvenli bir sürüş profili sunmuştur. Apache Kafka ve MongoDB altyapısı, veri işleme süreçlerini desteklemiş; Kafka, carla-data başlığı altında gerçek zamanlı veri akışını senkron ve asenkron modlarda sağlayarak düşük gecikmeli tahmin süreçlerini mümkün kılmış, MongoDB ise verilerin güvenilir depolanmasını ve hızlı erişimini sağlamıştır. Python script dosyaları aracılığıyla senkron ve asenkron tahmin süreçleri uygulanmıştır. CAB ve ANN, asenkron modda sensör belirsizliklerine karşı yüksek başarı (CAB: MSE=0.018, R²=0.993) sağlayarak karmaşık veri setlerinde üstün performans göstermiştir, kNN ve RF ise senkron modda hızlı tahminler sunmuştur. Bu çalışma, kaos teorisinin makine öğrenimine entegrasyonuna teorik bir katkı sunarken, kentsel ulaşım ve lojistik uygulamalarında AV'lerin güvenilirliğini artırmıştır.
Sıcak haddeleme prosesinde kaba haddeleme aşamasının modellenerek optimizasyonunun yapılması
Bu tez çalışmasında sıcak haddelemede prosesinin optimizasyonunu güçleştiren en önemli unsur olan problemin ardışık yapısı ile baş etmek için bir çözüm geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla istenirlik fonksiyonu temelli bir ardışık çözüm arama stratejisi geliştirilmiştir. Ayrıca bu stratejiyi hadde pasosu tasarımında kullanabilmek için bir optimizasyon metodu önerilmiştir. Geliştirilen çözüm arama stratejisi optimizasyon sırasında ortaya çıkan prosesin yapısındaki ardışıklıktan dolayı ortaya çıkan kısıtlamalar ile birlikte geometrik ve teknolojik kısıtlamaları da dikkate almaktadır. Geliştirilen çözüm arama stratejisi ve önerilen optimizasyon metodunun uygulamasını göstermek ve etkinliğini sınamak için bir durum çalışması yapılmıştır. Bu kapsamda 5 pasodan oluşan bir kaba haddeleme prosesinin optimizasyonu geçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmasında proseste kullanılan toplam şekillendirme enerjisini en aza indirmek birincil hedef, merdanelere etki eden radyal kuvvetler ve döndürme momentlerini azaltmak ikincil hedef olarak belirlenmiştir. Optimizasyon çalışması iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada kaba haddelemede kullanılan kutu paso geometrisinin en ölçüleri ile yükseklik ölçüleri için optimum değerler tespit edilmiştir. İkinci aşamada ise birinci aşamada gerçekleştirilen optimum en ve yükseklik ölçüleri kullanılarak kutu paso geometrisinin ikincil geometrik parametreleri olan açı ve radyüslerin optimum değerleri bulunmuştur. Durum çalışmasından elde edilen sonuçlar referans olarak kullanılan üç değişik endüstriyel paso sırası tasarımı ile karşılaştırılmıştır. Optimizasyon sonucunda referans tasarımların ortalamasına göre şekillendirme enerjisinde %18,78, radyal kuvvetlerde %7,46 ve döndürme momentinde %10,25 iyileşme sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında geliştirilen çözüm arama stratejisi ve paso optimizasyon metodu endüstride faaliyet gösteren tüm haddeleme tesislerine uygulanabilir bir nitelik taşımaktadır
Kanal içerisinde rüzgar türbini tasarımı ve had analizi ile kanal profilinin türbin performansına etkilerinin incelenmesi
Literatürde, rüzgar türbini tasarımına ve rüzgar türbinlerinden elde edilebilecek enerjinin arttırılmasına yönelik birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmaları çoğunlukla tasarıma yönelik olup, kanat geometrilerinin rüzgardan daha fazla enerji çekebilmesini sağlamaya yöneliktir. Bununla birlikte yakın geçmişten günümüze kadar rüzgar türbinin performansını arttırılmasına yönelik daha yenilikçi çalışmalarda mevcuttur. Bu tez çalışmasında da bu amaca yönelik olarak çalışmalar yürütülmüştür. Bu bağlamda küçük rotor çapına sahip bir rüzgar türbini tasarlanması ve tasarlanan rüzgar türbini modelinin kanal içerisine yerleştirilmek yoluyla performansının arttırılması amacıyla incelemeler yürütülmüştür. Bu amaçla ilk olarak kanat geometrisi, belirlenen tasarım koşullarına uygun olarak optimal tasarım parametreleri için kanat elemanı teorisi ve momentum disk teorisinden yararlanılarak elde edilmiştir. Kanat tasarımının elde edilmesinde QBlade yazılımından yararlanılmış ve bu yazılım yardımıyla kaldırma hattı teorisi kullanılarak iki boyutlu analizler ile rüzgar türbini performansına yönelik ilk öngörüler elde edilmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen kanat geometrisinin CATIA programı yardımıyla üç boyutlu modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen rotor geometrisi için ANSYS 16.0 analiz programının ICEM modülü kullanılarak ağ yapısı modellenmiş ve ANSYS FLUENT modülü kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler serbest akış rejimi için sabit hacim ve rotor çevresinde dönel akışkan hacmi olarak modellenerek gerçekleştirilmiştir. Ayrıca analizlerin gerçekleştirileceği akış hacimleri periyodik analiz yapısına uygun olarak oluşturulmuş olup, üç kanatlı olarak tasarlanan rüzgar türbininin bir kanadını içerisine alacak şekilde düzenlenmiştir. Türbülans modeli olarak k-omega STT modülü seçilmiş ve sabit rotor çevresinde dönel akış hacmi oluşturulması metodu kullanılarak sonuçlar elde edilmiştir. Bununla beraber kanat geometrisinin etrafında daha doğru sonuçlar elde edilebilmesi adına ayrı bir dönel akış hacmi tanımlanmış ve bu hacim için O-örgü formunda yapısal ağ modellemesi kullanılmıştır. Rüzgar türbininin performans karakteristiğini gösteren rüzgar hızına bağlı değişen güç üretimi eğrisi ve kanat uç hızına bağlı değişen güç katsayısı verilerine ulaşılmıştır. Elde edilen sonuç verileri ile tasarım aşamasında ilk öngörülerin elde edildiği QBlade iki boyutlu analizlerinin birbirine benzer eğilimde olduğu görülmüştür. Rüzgar türbini performansını karakterize eden güç katsayısı eğrisinin literatürde ki çalışmalarda ulaşılan sonuçlara bakıldığında tutarlı olduğu görülmüştür. İlerleyen aşamada tezin de esas konusu olan ve ulaşılan rüzgar türbini performansının arttırılması yönelik kanal içerisinde rüzgar türbini tasarımının elde edilmesine geçilmiştir. Bu doğrultuda tasarım kanal profilinin belirlenmesinde 6 nokta kontrollü Bezier eğrileri teorisi kullanılmış ve bu teorinin düzenlendiği MATLAB kodu yardımıyla kapalı kanal profilleri oluşturulmuştur. Kanal profillerinin elde edildiği MATLAB kodunun içeresine gömülü olarak eklenen DFDC yazılımı ile oluşturulan rasgele kanal profillerinin 2 boyutlu HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. MATLAB programından optimizasyon modülü kullanılarak genetik algoritma çoklu hedef optimizasyonu analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada rüzgar türbini rotor tasarımının elde edilmesinde de belirlenen tasarım parametreleri ve kanat profillerinin aerodinamik özellikleri de analiz girdileri olarak uygulanmış ve optimizasyon hedef parametreleri olarak maksimum güç ile minimum itki getirileri belirlenerek, pareto çözüm setleri elde edilmiştir. Çözüm setlerine, GAO parametrelerinde farklı yaklaşım metotları için, sorunsuz şekilde analizlerin ilerleyebilmesi adına belirlenen kontrol noktalarının sınırları içerisinde profiller elde edilerek ulaşılmıştır. Kanal geometrisi ve kanal içerisinde rüzgar türbini tasarım parametrelerinin ayrıntılı olarak incelenebilmesi adına, çözüm seti içerisinden kanal profilleri seçilmiştir. Seçilen kanal profillerinin rüzgar türbini performansına etkileri belirlenen tasarım parametrelerine yönelik hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri gerçekleştirilerek elde edilmiştir. Bu doğrultuda kanal ile kanatlar arasındaki boşluk oranı, kanal içeresinde rotorun yerleştirildiği pozisyon, kanal giriş ve çıkış akış alanları arasındaki oran ve kısmi kanal modelinin kullanılması gibi farklı tasarımlar için analiz sonuçları elde edilmiş ve ulaşılan veriler karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İncelenen tasarımlardan pareto çözüm seti içerisinde farklı bölgelerden seçilen iki profil için ulaşılan HAD analizi sonuçlarıyla, pareto çözüm setinin elde edilmesinde kullanılan DFDC yazılından elde edilen iki boyutlu analiz sonuçlarının birbirine yakın olduğu söylenebilir. Bununla birlikte incelenen tasarım parametrelerinin sonuç verilere olduğu kadar kanal ve kanat çevresindeki akışa da etki ettikleri ve bu etkiye bağlı olarak rüzgar türbini performansının da değiştiği sonuçlardan görülmektedir.
Thermo-elastic analysis and multi objective optimal design of functionally graded flywheel for energy storage systems
In this study, thermo-elastic analysis and a multi objective optimal design of a functionally graded Flywheel rotor that can be used in a Flywheel Energy Storage System (FESS) has been investigated. Due to the rapid mechanization and technological innovations that have taken place since the industrial revolution, our energy need has been increasing at an unprecedented rate. On the other hand, limited availability of known energy resources makes it necessary to find solutions that enables more efficient use of energy. One of the solutions to enhance energy efficiency is to store excess production for future usage. In this context, Flywheel energy storage applications for storing electrical energy have gained a great interest in recent years. Flywheel energy storage systems are in favorable position among others due to their strengths in high energy capacity, fast response, long life, low maintenance and environmentally friendly characteristics. Recent advancements in lightweight high strength materials, power electronics and magnetic bearings have made high speed FESS applications possible today. Obviously, those high speed applications such as turbo machinery components, high speed compressors, brake disks, gears, pumps, generators are of practical interest in engineering. Therefore, development of FESS systems has become a popular research topic for scientists and engineers nowadays. Flywheel energy systems are based on a rotating mass principle. In a FESS, electrical energy is converted into the mechanical energy and stored in the Flywheel rotor as rotational kinetic energy. Energy conversion is achieved by means of an electric motor and a bi-directional power converter. Flywheel rotor is the key element to determine the overall performance and capacity of the system. Energy capacity of a Flywheel rotor can be increased by using materials that is capable of resisting loads at high rotational speeds. Functionally graded materials which is a special kind of composites can be used for this purpose. For this reason, the subjected Flywheel rotor in this study has been assumed to be made of a functional graded material. For the thermo elastic analysis, a complex nonlinear differential equilibrium equation has been established. The complexity came from several factors such as non uniform thickness Flywheel geometry, non homogenous material content and by taking into account of the thermal effects on material properties. The governing equation of motion solved numerically by using generalized differential quadrature method (GDQM). Results of numerical solution has been validate by comparison with an axisymmetric two dimensional finite element model. A perfect correlation of both approaches has been demonstrated. Flywheel shape optimization task has been carried by using non dominated sorting genetic algorithm (NSGA II). Optimal designs have been searched for 18 design spaces having different speed, thickness and radius limits. Depending on the bearing type, maximum speed of the flywheel can be two types such as low speed and high speed. In 9 of the design spaces it has been assumed that conventional mechanical bearings were used. Hence, these designs had a maximum rotational speed limit of 10000 rpm. The other 9 design spaces assumed to have magnetic bearings. Therefore, those designs had a maximum rotational speed limit of 100000 rpm. The optimization problem is defined to maximize the average kinetic energy that the flywheel can store between an ambient temperature range without failure and without exceeding rotational speeds allowed by the bearings while minimizing the mass. The genotype of individuals have been constructed by a mixed type encoding such that thickness (h) and volume fraction coeffficient (m) has been encoded by 15 bit Gray coding and materials are encoded by value encoding. For generating child populations a multi point crossover has been used. Additionally, bit invertion and value changing mutations has been applied to the chromosomes. Genetic algorithm code have generated 1000 populations each of them having 1000 individuals. Therefore 1 million potential candidates have been evaluated for each design space. For the material content, random combinations of two materials out of three possibles (Ti-6Al-4V, Inconel 718, AISI 4340) have been selected for each designs. Optimization results have been achieved by using the Numerical solver and the Genetic algorithm code simultaneously and iteratively for each solution. Optimization study has presented following results, - At constant speed, size of the outer radius is the most effective design parameter in terms of the energy capacity. For reaching a higher energy capacity a bigger Flywheel size is reqiured. However, as the size gets bigger the stresses induced due to the centrifugal force increases proportional to the square of the radius of the Flywheel. - At high speeds the stress concerns becomes more evident such that, maximum design speed can not be achieved due to the violation of the stress limit. In such cases, algorithm starts another loop to determine the maximum allowable speed before continuing the other steps. In other words at high speed designs maximum rotational speed becomes another design variable. Therefore, computational efforts highly increases for high speed design searches. Consequently the convergence speed substantially decreases. - For low speed designs, maximum design speed (10000rpm) is achievable without violating any optimization criteria. Whereas, for the high speed applications, maximum achievable speed can not be attained due to stress constrains. For high speed designs maximum achievable speed depends on the Flywheel material and geometry considered. - For the optimal shape, the algorithm tries to increase the mass near the outer edge to increase the energy capacity. Whereas, near the inner edge mass has been increased in order to reduce stresses. In middle sections, algorithm has kept as minimum thickness as possible to reduce the weight of the design. - For material composition, algorithm allocates the lighter materials near outer radius. Whereas, the heavier materials are placed as possible as at the inner radius region in order to reduce stresses caused by the centrifugal loads. Additionally, algorithm tends to allocate AISI4340 to increase the stored energy due to its high density and strength. Whereas, for low energy capacity designs Ti-6Al-4V has been used to minimize the mass. Inco 718 has been used together with these materials to fine tune the designs with its medium properties. Some of the designs seem to have only one material content instead of a mixed FGM structure. Therefore, it can be said for some optimal designs homogenous material structure is the best choice to provide the optimal energy storage. - Some of the designs seem unrealistic due to very thin web sections. For such solutions the study may be developed further to take into account of resonance vibration effects.
Binalarda ısı kaybı ve maliyet optimizasyonu ile uygun malzeme seçimi
Günümüzde enerji verimliliğini arttırmak, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler için stratejik öneme sahiptir. Enerji talebindeki artışın ekonomik ve çevresel etkileri, enerji verimliliği bilincinin artmasına neden olmaktadır. Dünyada üretilen enerjinin %35-40 seviyesinde binalarda tüketilmesi, binalarda enerji verimliliğinin ülkeler tarafından kurallar ve standartlar yardımıyla yasalaştırılmasına neden olmuştur. Sürdürülebilir ekonominin en temel girdisi olarak sayılan enerjinin ülkemizdeki ithalat bağımlılık oranının %70-75 seviyelerinde olduğu belirtilmektedir. Enerji arz güvenliğinin sağlanabilmesi için enerjinin verimli kullanılması şarttır. Ülkeler, binalarındaki enerji verimliliğini arttırabilmek için kurallar ve standartlar belirlemektedir. Binalarda tüketilen enerjinin büyük bir kısmı ısıtma enerjisi ihtiyacını karşılamaktadır. Tez çalışmasında bina dış kabuğunu oluşturan yapı bileşenlerinin ısı kaybına etkileri üzerinde durulmuştur. Ülkemizde ısı kaybı hesaplamalarında "TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları" kullanılmaktadır. Tez çalışmasında bina dış kabuğunu oluşturan yapı bileşenlerini oluşturan katmanların ısıl iletkenlik hesap değerleri ve ısı kaybı miktarları TS 825 standardına göre hesaplanmıştır. Tez çalışmasında, binaların enerji verimliliğini arttırmak için bina dış kabuğundan iletim, taşınım ve havalandırma yoluyla kaybedilen ısının minimuma indirilmesi ve bu aşamada bina dış kabuğunu oluşturan yapı bileşenlerinin maliyet analizleri yapılarak örnek bir binanın yalıtım sistemi optimize edilmeye çalışılmıştır. Isı kaybı hesaplamalarında "TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları" kullanılmıştır. Tez çalışmasında kullanılan örnek bina Trabzon'da bulunmaktadır. TS 825'de belirlenmiş derece gün bölgelerinden 2. gruba dahil olan Trabzon ili için aylık ortalama dış sıcaklık değerleri ve aylık ortalama iç kazançlar ile güneş enerjisi kazançlarında kullanılacak katsayılar ve formüller TS 825'den alınmıştır. Yapı bileşenlerini oluşturan katmanlar için kullanılacak malzemelerin ve işçiliklerin maliyet bilgileri piyasa araştırmalarından elde edilmiştir. Ülkemizde 2008 yılında yayınlanmış olan Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliğine göre enerji kaynaklarının etkin kullanılabilmesi ve binalarda enerji verimliliğinin arttırılması için usul ve esaslar belirlenmiştir. Zaman ilerledikçe binalarda enerji verimliliği konusu önemini arttıracaktır. Bu bağlamda binalarda oluşması muhtemel ısı kayıpları hesapları yapılarak, ısı kayıplarının minimuma indirildiği bina dış kabuk tasarımlarının aynı anda maliyetlerininde göz önünde bulundurularak belirlenmesi çözülmesi gereken optimizasyon problemleri halini alacaktır. Tez çalışmasında üç katlı müstakil aile evi örnek bina olarak kullanılmıştır. Optimizasyon probleminde ısıtma sistemi amaç fonksiyonunda yer almamıştır fakat ısı kaybı-maliyet analizlerinin ardından bina dış kabuğunu oluşturan yapı bileşenlerinin katmanları belirlenirken bugünkü değer analizi yapılmış, gelecekte oluşması beklenen ısıtma ve bakım giderleri de dikkate alınmıştır. TS 825 bina dış kabuğunda ısı kaybı oluşacak yapı bileşenlerini duvar, taban, tavan, pencere ve kapı olarak belirtmiştir. Tez çalışmasında bu yapı bileşenleri oluşturan her katman için farklı ısıl iletkenlik hesap değerine sahip malzemeler ve bu malzemelerin farklı kalınlıklardaki durumlarının maliyetleri belirlenmiş ve genetik algoritma yardımıyla optmizasyon problemi çözülmeye çalışılmıştır. Buna göre ilk olarak yüzbinlerce çözüm kümesi arasından elli adet ısı yalıtım sistemi belirlenmiş ve bunların içerisinden altı tanesi irdelenmiştir. Isı kaybının minimum ve maksimum olduğu durumlardaki yalıtım sistemleri ve ısı kaybı-maliyet dengesinin optimum sonuca yakın olduğu dört adet ısı yalıtım sistemi karşılaştırılmıştır. Isı kaybının önlenmesinde uygulanabilir malzeme ve kalınlık seçenekleri belirlenmeye çalışılmış, yapı bileşenlerini oluşturan katmanların her birinin ısı kaybındaki rolü değerlendirilmiştir. Bina dış kabuğunu oluşturan yapı bileşenlerinin tüm katmanlarının binalarda oluşan ısı kayıplarında etkili olduğu görülmüştür. Binalarıın yapı bileşenlerinin alanlarının miktarına göre ısı kaybında oynadıkları rol artmaktadır. Örnek binada ısı kaybında en etkili olan yapı bileşeninin duvar olduğu tespit edilmiştir. Duvar yapı bileşeninin duvar malzemesinin 25cm kalınlığında gazbeton ve duvar üzerine uygulanacak yalıtım malzemesinin 10cm kalınlığıında cam yünü seçildiği durum ısı kaybı-maliyet analizlerine göre en uygulanabilir ısı yalıtım sistemi olarak gözükmektedir. Bunun yanında taban ve tavan yapı bileşenlerinde de yalıtım malzemesi tercihleri ısı kaybı hesaplarında dikkate alınmalıdır. Pencere sistemleri belirlenirken mutlaka çift camlı olanlar tercih edilmelidir. Örnek çalışmada ısı kaybının minimum ve minimuma yakın olduğu durumlarda camlar arası boşluk 16mm olarak belirlenmiştir. Pencerelerin tek camlı olduğu çözüm kümelerinin TS 825'in belirlemiş olduğu ısıtma enerjisi sınır değerlerini sağlayamadığı tespit edilmiştir. Bina konumunun, pencere alanlarının ısı kaybı hesaplarında belirleyici rol oynadıkları görülmüştür. Güneş ışınımlarından elde edilen ısı kazançlarını pencere doğrultuları belirlemektedir. Isı kaybını azalatmak için tüm katmanlarda maliyetlerininde göz önünde bulundurularak ısıl iletkenlik değeri düşük olan malzemelerin seçilmesi binalarda enerji verimliliğini arttırmak ve ısı kayıplarını azaltmak için gereklidir. Binaların ısıtma enerjisi ihtiyaçlarını azaltabilmek ise işletim giderlerine doğrudan etkimektedir ve sürdürülebilir enerji politikalarının ana başlıklarından biri sayılmalıdır.
Yüksek seviyede sentezlemede eniyileme yöntemleri
Continuous decrease in the transistor technology sizes has enabled much denser packaging of electronic components on chips, which has resulted in integrated circuits with more functionalities and lower costs. However, it has also given rise to new issues and challenges in the integrated circuit design process, including higher vulnerability to soft errors. Modular hardware redundancy is a popular method for improving the reliability of a system against errors at the cost of increasing area and energy consumption. Voltage scaling methods can be employed to tackle high energy costs; however, these approaches also negatively affect a circuit's reliability and performance. Therefore, designing circuits with all these conflicting parameters is a very challenging task. In this study, we employ two optimization approaches: mathematical programming and metaheuristic algorithms for designing integrated circuits with several conflicting parameters. Mathematical programming approaches guarantee the generation of the optimal solutions; however, they are usually highly impractical for complex real-life problems due to their high computational complexity and unrealistically long running times. Nevertheless, the optimal solutions obtained for relatively small problem sizes are useful for testing the performance of other (meta)heuristic methods that solve the same problem in much faster execution times, although without any guarantees about solution optimality. In this thesis, we propose integer linear programming (ILP)-based and simulated annealing (SA)-based high-level synthesis (HLS) methods to optimize both reliability and energy of the final circuit designs under the area and latency constraints. Our models employ full and partial resource duplication (modular redundancy) to improve the system reliability as long as the area constraint permits. They also utilize voltage islands as the energy reduction method of choice. This problem is even more interesting and complex because our resource library is characterized under multiple supply voltages. We use different versions of the same resources with different area, latency, reliability, and energy values. Although this affects the execution time of the proposed methods, it also gives us more design options. We compared and showed the effectiveness of our methods against a genetic algorithm (GA)-based method on several HLS benchmarks. The ILP-based methods return the optimum results for smaller problem sizes and most of the time for larger problem sizes under the given time limits. In contrast, the SA-based methods outperform the GA-based methods and generate optimal or acceptably near-optimal results for all benchmarks in much faster running times.
Topology optimization of slider-crank mechanism under dynamic loading
Parts in the mechanical system can be optimized individually regarding the static or modal analysis. However, during the motion of an assembly, parts move together and applied forces and configuration of assembly changes along with the motion. While the mechanism is in motion, situations different from those analysed and optimized in static conditions may be encountered. In addition, while the individual and statically optimized parts are in motion within the mechanism, the boundary conditions of each part in space change depending on time. Angle changes relative to the motion of the mechanism require modal analysis for each angle and static analysis again. In this case, mechanism type of structures and/or machine systems are simulated in dynamic environments and optimization processes include this type of dynamic analysis. The main purpose of this study is to test mechanism type of structures and machines in dynamic environments and to find the most suitable dimensional values according to stress and natural frequency constraints. Developing a parametric approach using Abaqus and SolidWorks in the Isight environment is the main goal of this study. The systems to be examined in this research are the simple and realistic crank-slider mechanism systems.
Multi-criteria optimization of high speed naval vessels: A pareto approach
In a ship design process, determining the main dimensions is one of the most fundamental work packages which seems quite underestimated when considered its continuous effects on the whole design. It could be a time-sink to turn the design cycle more than usual and specify these dimensions again and again because of encountered problems which might be predictable at first. In this study, a preliminary design process of a high speed naval combatant will be discussed to overcome mentioned situations by using Pareto Analysis. Pareto fronts can be obtained from at least two conflicting parameters which are relatively more important than the other parameters for the ship's purpose/mission and these parameters are completely depend on the designer's call. Once the Pareto front is obtained for this ship type, oncoming similar ship designs could take less time and be more accurate.
Decision support model for subcontractor selection in defense industry projects with analytic hierarchy process and integer linear programming
This study aims to model the problem of subcontractor selection in defense industry by using Analytic Hierarchy Process (AHP) and Integer Linear Programming (ILP) with respect to criteria relative to defense industry. The problem of subcontractor selection is a complex decision-making problem that requires a number of criteria to be analyzed. Criteria to be taken into consideration in Multiple Criteria Decision Making (MCDM) analysis vary depending on the sector and project. In the decision support model developed in this study, a set of 27 criteria has been formed in the light of literature review and expert opinions. Defense industry projects can be evaluated as multiple subprojects due to their size. The sub fractions of these parts can also be extended to lower levels in accordance with the project structure. Subcontractor selections should be defined separately for multiple parts, taking into account the characteristics of each part. A wide set of criteria has been defined to provide input for AHP by choosing considerable criteria for each project subpart according to characteristics of the project subparts for subcontractor selection in defense industry projects. A project carried out at a defense industry company in Turkey has been used as a case study project. The project has been divided into six project subparts under three main parts, and four alternative subcontractor companies are determined as candidate subcontractors. AHP has been applied to the relevant criteria and alternative subcontractors for each subpart of the project to find the priority weights of candidate subcontractors. In this way, instead of assigning certain parts of a project to a single subcontractor, a weighting is obtained to find the most suitable subcontractors for each subpart considering its characteristics. Afterwards, ILP has been used to include the constraints regarding the project specifications in the evaluation process of subcontractor selection problem. An optimization model is built with the aim to evaluate AHP weights together with the set of constraints. The combination of AHP and ILP is intended to be turned into a model that simplifies the complex process of subcontractor selection and presents the optimal solution for decision makers. The lessons learned and results about the use of these methods in subcontractor selection have been explained together with the discussions about the results of the case study in the conclusion part.
Hadoop için heterojen yük dengeleme algoritması geliştirilmesi
Bu tezde, dinamik heterojen dağıtık sistemlerde kullanılmak üzere Hadoop saklama çözümü kullanılarak uyarlanır bir yük dengeleme algoritması gerçekleştirilmiştir. Söz konusu algoritma, sosyal örümcek algoritması kullanarak çözüm arar ve boş olmayan her birimde en az atıl kaynak olması ilkesine dayalıdır. Böylece taleplerin kısmî tatminine izin vermektedir.
Mekanik otopark tesislerinin yer seçimi ve boyutlandırılması için genetik algoritma tabanlı bir yaklaşım
Dünyanın pek çok kentinde hızlı nüfus artışıyla doğru orantılı olarak artan taşıt sayısı ulaşım problemlerinin de artmasına yol açmıştır. Otopark sorunu günümüzde metropollerin en önemli ulaşım sorunlarından biridir. Taşıt sayısındaki hızlı artışa karşın otopark alanlarının yetersiz kalması ve bunun kent ölçeğinde meydana getirdiği tüm olumsuz etkiler "otopark sorunu" kapsamında ele alınır. Ortalama bir hususi taşıt günde 23 saat, başka bir deyişle ömrünün yüzde 95'i boyunca otoparkta park halindedir. Bu süre, taşıtın hareket halinde olduğu süreden çok daha fazladır. Taşıtların hareketini sağlamak için yollar gerektiği gibi, durması için de yeterli park alanlarına ihtiyaç vardır. Uluslararası literatüre göre dünyada park politikasına 3 farklı yaklaşım bulunmaktadır. Bunlar, geleneksel yaklaşım, park yönetimi yaklaşımı ve piyasa tabanlı yaklaşım olarak kategorize edilebilir. Dünya kentlerinin çoğunda geleneksel park politikası uygulanmaktadır. Bu yaklaşımda otopark sorunu bir altyapı sorunu olarak görülür ve park politikasının temel hedefi otopark talebini karşılamaktır. Yönetmeliklerde belirtilen minimum otopark gereksinimleri geleneksel yaklaşımın birincil düzenleme aracıdır. Geleneksel park politikasına göre her binanın öngörülen azami otopark talebini karşılayabilecek sayıda otopark alanına sahip olması gerekir. Geleneksel yaklaşımda otopark sorunu "otopark miktarının yetersizliği" şeklinde tanımlandığı için, çözüm olarak her binanın kendi otopark talebini kendi arazisi içinde karşılaması önerilir. Çözüm kapsamında her bir arazi kullanım çeşidine göre önerilen minimum otopark gereksinimleri belirlenir ve otopark yönetmelikleri hazırlanır. Uluslararası literatüre göre minimum otopark gereksinimlerine dayalı geleneksel yaklaşım problematik ve yoğun kent dokusuyla uyumsuz bir yaklaşımdır. Park yönetimi, park politikaları arasında en yaygın ikinci yaklaşımdır. Bu yaklaşım, geleneksel park politikasının yoğun ve sıkışık bölgeler için uygulanabilir olmayışından dolayı ortaya çıkmıştır. Park yönetimi yaklaşımı genellikle otopark sorununun olduğu, fakat fazladan otopark arzının mümkün olmadığı veya arzu edilmediği yerlerde uygulanmaktadır. Park yönetimi, otoparkların daha verimli kullanılmasını hedefleyen politikalar ve programlardan oluşmaktadır. Piyasa tabanlı park politikasında, otopark arz ve talep dengesinin piyasa tabanlı fiyatlandırma vasıtasıyla sağlanması öngörülmektedir. Piyasa tabanlı yaklaşımda taşma sorunu (spillover) olumsuz bir durum olarak değil, yerel otopark piyasasının canlı kalmasını sağlayan bir durum olarak görülür ve fiyatlandırma ile önüne geçilebileceği savunulur. İstanbul'daki otopark sorununun çözülebilmesi için otopark arz ve talebinin dengelenmesine yönelik adımlar gerekmektedir. Mevcut durumda otopark talebinin otopark arzından çok daha fazla olduğu bilinmekte ve bunun sonuçları açıkça görülmektedir. Talep ve arzın dengelenmesinde uygulanacak yöntemler talebin azaltılması ve/veya arzın artırılmasıdır. Sadece arzın artırılması sürdürülebilir bir çözüm değildir. Sadece arzın artırılması halinde, sunulan her otopark alanı kendi ihtiyacını yaratacak ve otomobille ulaşım teşvik edilmiş olacaktır. Olması gereken çözümde mevcut otopark talebi karşılanmalı ve gelecekte öngörülen otopark talebini minimize etmeye yönelik adımlar atılmalıdır. Bu tez kapsamında arzın artırılmasına yönelik girişimler üzerinde durulmuştur. Arzın artırılması yeni otopark alanlarının sağlanması ile mümkündür. Bu doğrultuda İstanbul'un mevcut durumu (yüksek nüfus yoğunluğu, plansız yapılaşma, vb.) dikkate alınarak yeni otopark tesisleri planlanmalı ve inşa edilmelidir. Yeni inşa edilecek otopark tesislerinin planlama sürecini, tesis tipi seçimi, tesis yeri seçimi ve tesis boyutlandırılması olarak üç aşamaya ayırmak mümkündür. Tez kapsamında, otopark tesislerinin yer seçimi ve boyutlandırılması aşamalarında karar vericiye/tasarımcıya destek olacak GA tabanlı yeni bir hesaplamalı model tanıtılmaktadır. Ardından bu model bir vaka çalışması kapsamında gerçek verilerle test edilmiştir. Vaka çalışması için İstanbul'un otopark yönünden en sorunlu ilçelerinden biri olan Şişli İlçesi seçilmiştir. Tesis tipi seçimi yapılırken otopark çeşitleri ve otopark tesis tipolojileri ele alınmıştır. Otoparklar yol üstü veya yol dışı olmak üzere iki çeşittir. Yol dışı otoparkları hemzemin veya katlı olmak üzere iki grupta incelemek mümkündür. Katlı otoparklar araçların park edilişlerine göre statik veya otomatik olmak üzere ikiye ayrılır. Statik otoparklarda araçlar sürücüler tarafından park edilirken otomatik otoparklarda bu işlem yatayda ve dikeyde hareket edebilen asansörler vasıtasıyla araçların park hücrelerine istiflenmesi şeklinde gerçekleştirilir. İstanbul gibi nüfus yoğunluğunun yüksek olduğu ve plansız gelişen kentlerde yeni otopark alanlarının inşa edilmesi için arazi bulmak her zaman mümkün olmamaktadır. Bulunan arsalar ise büyük yapıların inşa edilmesine olanak vermeyecek kadar küçük veya alternatif yatırım maliyetleri göz önüne alındığında çok pahalıdır. Tezde İstanbul için en uygun otopark sistemlerinin en az alanda en çok aracın istiflenmesine olanak sağlayan otomatik otopark sistemleri olduğu sonucuna varılmıştır. Tesis yeri seçiminde en az bir kıstasın (maliyet, kâr, seyahat mesafesi, hizmet, bekleme süresi, kapsama alanı, pazar payı gibi) eniyilenmesi hedeflenir. Tezin tesis yeri seçimiyle ilgili bölümünde yer seçimi bilimi üzerine yapılan literatür taraması sunulmuş, yer seçimi problemleri sınıflandırılmış ve otopark yeri seçimi problemlerinde kullanılan çözüm prosedürleri ele alınmıştır. Tezin tesislerin boyutlandırılmasıyla ilgili olan kısmında otopark tesis boyutunu belirleyen unsurlar ve otopark ihtiyacının belirlenmesine dair yöntemler ele alınmıştır. Otopark tesis planlamasında inşa edilecek yeni tesisin kapasitesini belirleyebilmek için yerel otopark talebi ve var olan otopark arzının bilinmesi gerekmektedir. Bu veriler otopark etütleri ile elde edilir. Otopark etütleri sürücülerle anket, sahada sayım, uydu veya uçak vasıtasıyla elde edilen fotoğraflar ile sayım, CBS üzerinden sayım gibi yöntemlerle yapılmaktadır. Tez kapsamında sunulan vaka çalışmasında Şişli ilçesine ait detaylı otopark etütleri bulunmadığından otopark ihtiyacı belirlenirken İstanbul Otopark Yönetmeliği'ndeki kullanım türü ve alan büyüklüğe göre minimum otopark ihtiyacının hesaplanmasına yönelik kılavuzda belirtilen rakamlar esas alınmıştır. Tesis boyutunu belirlerken dikkat edilmesi gereken bir diğer unsur çevredeki mimari dokudur. Otopark tesisinin boyut ve ölçeği etrafındaki binalarla uyumlu olmalıdır. Tezdeki vaka çalışmasında, çalışma alanındaki yapı adaları içinde bulunan en yüksek binalar referans alınarak maksimum otopark yükseklikleri belirlenmiş, bu şekilde üretilen otoparkların kentsel dokuya uygun olmasına dikkat edilmiştir. Tez kapsamında tanıtılan model oluşturulurken genetik algoritmalar, doğrusal programlama, ağırlıklı toplam yöntemi ve ceza fonksiyonları kullanılmıştır. Genetik Algoritma (GA) Darwin'in evrim teorisinden esinlenerek oluşturulmuş, optimizasyon problemlerinde sıkça karşılaşılan bir çözüm yöntemidir. Doğrusal programlama (DP) sınırlı kaynakların tahsisini eniyilemek amacıyla kullanılan bir yöntemdir. Tipik bir DP problemi üç bileşenden oluşmaktadır: Amaç fonksiyonu, kısıt fonksiyonları ve negatif olmama şartı. Ağırlıklı toplam yöntemi çok amaçlı bir optimizasyon problemini tek amaçlı bir optimizasyon problemine dönüştürmede kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde her bir amaç fonksiyonu karar verici tarafından skaler ağırlıklar verilerek toplanır. Böylece problem tek bir fonksiyon ile ifade edilebilir ve herhangi bir tek amaçlı optimizasyon yöntemiyle çözülebilecek hale gelir. GA doğası gereği sadece kısıtsız optimizasyon problemlerinde kullanılabilir. Ceza fonksiyonu kullanılarak kısıtlı optimizasyon problemleri kısıtsız optimizasyon problemlerine dönüştürülebilir. Böylece GA'nın kısıtlı optimizasyon problemlerinde de kullanılması mümkün olur. Modelde tesis yeri seçimi ve tesis boyutlandırılması gibi her biri başlı başına NP-zor karmaşıklık derecesinde olan çok kriterli iki farklı probleme eşzamanlı olarak çözüm aranmaktadır. Modelin oluşturulmasında bir 3-boyutlu modelleme yazılımı olan Rhinoceros'tan ve bu yazılım üzerinde çalışan Grasshopper eklentisinden faydalanılmıştır. Grasshopper bir görsel programlama ortamıdır. Grasshopper'da üretilen algoritma Rhinoceros içindeki araziye ait çizgesel verilerle ilişkilendirilmiştir. Ayrıca Grasshopper eklentisi içindeki Galapagos bileşeni sayesinde GA ile çalışmak mümkün olmuştur. Modelde birbiriyle etkileşen çok sayıda kriter bulunmaktadır. Bu kriterler; maliyet kriterleri, erişilebilirlik kriteri, sosyal kriter ve teknik kriterler olmak üzere dört ana başlık altında toplanabilir. Vaka çalışması için İstanbul'da otopark sorununun en fazla yaşandığı ilçelerden biri olan Şişli İlçesi seçilmiştir. Çalışma alanı Şişli İlçesi, Mahmut Şevket Paşa Mahallesi'nde yer alan 18.870 m2 büyüklüğünde bir alandır. Seçilen alan çoğunluğu konutlardan oluşan 81 bina içermektedir. Alandaki işyerleri hakkında yeterli veri bulunmadığı için çalışmada sadece konutlara ait otopark ihtiyacı ele alınmıştır. Üretilecek otoparklar var olan konutlara ait otopark talebini karşılamak üzere planlanmıştır. Vaka çalışması kapsamında farklı GA parametreleri kullanılarak iki farklı senaryo üretilmiştir. Her iki senaryoda da başarılı birer çözüme ulaşılmıştır. Bu vaka çalışmasıyla genetik algoritmaların tesis yeri seçimi ve tesis boyutlandırılması problemlerindeki başarısı bir kez daha kanıtlanmıştır.
No-frost soğutucu hava kanalının yanıt yüzeyi optimizasyonu ile tasarlanması ve etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Son yıllarda buzdolapları üzerinde gerçekleştirilen Ar-Ge çalışmalarının temel amacı enerji verimliliğini iyileştirmek olmuştur. Bu amacı gerçekleştirmek için yürütülen çalışmalarda; hava akışı kontrolü ve buna bağlı olarak sıcaklık dağılımının homojen hale getirilmesi üzerinde durulmaktadır. Buzdolaplarındaki hava akışının ve sıcaklık dağılımının enerji tüketimine ve bunun yanı sıra gıdaların tazelik sürelerine doğrudan etki ettiği kanıtlanmıştır. Bu yüzden, bu alanda yapılacak olan hava akış optimizasyonu çalışmaları; buzdolabı sıcaklık dağılımına, enerji tüketimine ve gıdaların ömürlerine doğrudan tesir edeceği için, günümüzde olduğu gibi önümüzdeki yıllarda da buzdolabı Ar-Ge çalışmalarının temelini oluşturacaktır. Yakın geçmişe kadar bu alanda yürütülen çalışmalar tamamen deneysel yöntemlerle gerçekleşmekteyken, günümüzde deneysel çalışmalar CFD analizleriyle de sayısal olarak desteklenmektedir. CFD yöntemlerinin deneysel yöntemlere göre daha ekonomik ve daha hızlı olması sebebiyle; gelecekte bu yönteme verilecek ağırlığın daha da artması beklenmektedir. Hali hazırda buzdolapları üzerinde gerçekleştirilen tasarım çalışmaları, CFD çalışmaları ile desteklenmekte ve doğrulanmaktadır. Ancak yapılan bu çalışmalar yıllar içinde elde edilmiş olan tasarım tecrübesiyle, temel olarak deneme-yanılma yöntemine dayanmakta ve uzun uğraşlar gerektirmektedir. Ayrıca beyaz eşya sanayisindeki yoğun rekabet nedeniyle, yeni ürün ortaya koymak için sahip olunan süreler oldukça kısalmıştır. Tüm bunlar göz önünde bulundurulduğunda, buzdolabı tasarımlarında sıcaklık dağılımını ve enerji verimliliğini iyileştirecek büyük farklılıklar gerçekleştirmek kolay olmamaktadır. Bu çalışma kapsamında; buzdolaplarındaki hava akışını düzenleyen en önemli unsur olan hava kanallarının, CFD yöntemine bağlı olarak parametrik şekilde tasarlanması ve soğutucu kabini içinde sıcaklık dağılımına olan etkilerinin incelenmesi üzerinde durulmuştur. Bu parametrik tasarım çalışmaları; ticari bir bilgisayar destekli mühendislik yazılımı içinde bulunan CFD yazılımı ve bu yazılıma ait yanıt yüzeyi optimizasyonu eklentisi ile gerçekleştirilmiştir. İstatistiksel yöntemler kullanan yanıt yüzeyi optimizasyonu; tasarım parametrelerinin girdi olarak tanımlandığı, her bir parametreye alt ve üst tasarım sınır değerleri verildiği, verilen sınır değerler içinde deneylerin tasarımı adı verilen sanal deney noktalarının oluşturulup çözüldüğü, çözülen deney noktalarından faydalanarak yanıt yüzeylerinin oluşturulduğu, istenilen çıkış parametrelerine ait kısıtların ve amaç fonksiyonlarının girildiği ve bunları sağlayan parametre değerlerinin elde edildiği aşamaları içermektedir. Bu sayede deneme-yanılma yöntemi ile karşılaştırıldığında, istenilen çıkış parametrelerini verecek optimum tasarımları elde etmek daha kolay ve daha kesin hale gelmektedir. Çalışmada, soğutucu kabinini yatay olarak ikiye ayıran bir levha olan, ayırma levhasına sahip ve ayırma levhasız iki farklı No-Frost soğutucu modeline ait; 5, 10 ve 12 çıkışlı olmak üzere üç farklı hava kanalı modeli ve iki farklı kabin modeli üzerinde çalışılmıştır. Öncelikle, üzerilerinde sayısal çözümlerin yapılacağı hava kanallarına ait akış geometrileri elde edilmiştir. Daha sonra, en karmaşık geometriye sahip hava kanalı için üç farklı kalitede çözüm ağı oluşturulmuş ve her bir çözüm ağı farklı türbülans modelleriyle çözdürülerek, deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Deney sonuçlarına en çok yaklaşan çözüm ağı parametreleri ve türbülans modeli belirlenerek, çalışmanın geri kalanında kullanılmıştır. Daha sonra, mevcut ayırma levhasız ve ayırma levhalı hava kanallarındaki debi dağılımlarını veren hava akış analizleri ve bu hava kanallarına sahip soğutucu kabinlerindeki sıcaklık dağılımı analizleri gerçekleştirilmiş ve deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Böylece, hem oluşturulan modellerin doğruluğu kontrol edilmiş hem de mevcut soğutucu modellerindeki eksiklikler ve geliştirilmesi gereken noktalar tespit edilmiştir. Ardından, geliştirilmesi gereken noktalar için her üç hava kanalı geometrisi üzerinde yanıt yüzeyi optimizasyonu yöntemi ile parametrik tasarım çalışmaları gerçekleştirilerek, yeni hava kanalı geometrileri oluşturulmuştur. Yapılan bu parametrik tasarım çalışmaları sonucunda 5 çıkışlı hava kanalının çıkış boyutları, her bir çıkışta istenilen debi miktarını verecek şekilde değiştirilmiş; 10 çıkışlı hava kanalının ayırma levhası geometrisi üzerinde değişiklikler yapılmış; yine 10 çıkışlı hava kanalı ayırma levhası parametrik hale getirilerek, her bir çıkışta istenilen debiyi verecek şekilde kendi kendini oluşturması sağlanmış; 12 çıkışlı hava kanalı ayırma levhasında bulunan ve akışı düzenleyen profilin konumu ise parametrik olarak değiştirilerek, düşük debide hava üfleyen çıkışlardaki debilerin arttırılması sağlanmıştır. Çalışmanın son bölümünde ise, elde edilen yeni hava kanalı tasarımlarına ait debi miktarları ve bu yeni hava kanallarına sahip soğutucu kabinleri içindeki sıcaklık dağılımları mevcut durumdakilerle karşılaştırılarak yorumlanmıştır. Sonuç olarak, yanıt yüzeyi yöntemi ile yapılacak optimizasyon çalışmaları sayesinde tasarım süreçlerinin kolaylaşacağı ve bunun yanında, optimum sonuca daha çok yaklaşılacağı görülmüştür. Hava kanalından başka, buzdolabı kabini içinde bulunan cam raflar ve kapı rafları gibi diğer unsurlar da bu yöntem ile parametrik olarak sıfırdan tasarlanabilir. Bu şekilde her bir unsuru parametrik olarak tasarlanacak olan soğutucu kabini, sıcaklık dağılımı ve soğutma performansı bakımından optimum halini alabilecektir.
Tracking control methodologies for a quadrotor UAV
This thesis deals with the problem of designing linear and nonlinear controllers for unmanned quadrotor system stabilization and path tracking. Highly nonlinear and strongly coupling structure of quadrotor makes "Inverse Optimal Control (IOC)" a suitable method for the quadrotor nonlinear position and attitude control. This method is applied to the quadrator using a discrete-time nonlinear affine system model. PID controllers and linear quadratic regulator (LQR) are also applied the system as wellknown linear control strategies. All control methods used in the thesis are compared with each other on a highly nonlinear quadrotor model. Firstly, a highly nonlinear system model with both rigid body dynamics and aerodynamics is introduced. This nonlinear model of quadrotor is linearized around an equilibrium point which is hovering. This linearized model of the quadrotor is represented in state space in order to design LQR for altitude and attitude tracking of the quadrator. In this thesis, IOC also known as Inverse Reinforcement Learning (ILR) formulation is used to solve the reference tracking problem relying on the use of control lyapunov function (CLF) in the establishment of the control law for discrete-time nonlinear quadrotor system. Inverse optimal control approach is beneficial when compared to traditional nonlinear optimal control approach because IOC approach does not bring heavy computational burden as there is no need to solve Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation. At first, a stabilizing feedback control law is constructed such that Control Lyapunov Function (CLF) is known a priori. After this stability examination and determination of a meaningful cost functional, this respective cost functional is optimized. Then, a matrix which will minimize a tracking error function is searched by using PSO algorithm. Apart from trajectory error consideration, the control effort limitations based on not exceeding the actuation force limits were also taken into account. While using linear controllers in a nonlinear system, the influence of saturation limits of the actuator are obvious in the output. The inability of the quadrotor especially in following attitude commands is one of the drawbacks of using a linear controllers. The limitations of control effort that are considered during closed loop operation are brought by means of a penalty factor in the cost function only if control inputs go beyond the allowable minimum or maximum values. Subsequently, in the light of all comparative results of different controllers (proportional integral derivative, linear quadratic regulator, nonlinear method), it seems there is a variety of design specifications which require specific execution strategies. The strongest advantage of nonlinear controller design is that it gives the best possible results by enhancing performance based on parameter optimization using evolutionary algorithm. Finally, three different control approaches have been compared in this thesis. The feasibility and effectiveness of designed controllers has been verified based upon dynamic performance of the system as demonstrated in simulation results.
Mathematical modeling of NOx and soot emissions for diesel engines
The diesel engine is a type of internal combustion engines in which the fuel that is injected into combustion chamber is ignited by high temperature due to greatly compression of air. Only the air is compressed for diesel engines work. This causes the air to reach high temperatures inside the cylinder and atomized diesel fuel which is injected into the combustion chamber is ignited. Since 19th century, researchers have focused on diesel engines and they came into use with ships and submarines in early years of the 20th century. Then, diesel engines were seen for trucks, locomotives and heavy equipment. After a first quarter of the 20th century, they slowly began to be used in a few automobiles and the diesel engines play an important role in today's automotive world. Diesel engines have many advantages and plenty of drawbacks. When diesel engines and gasoline engines are compared, diesel engines burn less fuel than gasoline engines due to the engine's higher temperature of combustion and greater expansion ratio. Diesel engines have higher thermal efficiency than gasoline engines due to property of compression ignition. Due to this fact, diesel engines can convert over 45% of the chemical energy into mechanical energy while gasoline engines are typically 30% efficient. However, the most important disadvantage of diesel engines is that they emit more hazardous compounds for environment and human health than gasoline engines. Since the fuel in diesel engine is ignited by the heat of compressed air, the fuel had no time to be fully mixed with the air and it produces unburned HC, NOx and soot during the combustion process. Due to NOx and soot emissions, legislation concerning the pollutant gas emissions of diesel cars is becoming increasingly restrictive. Then, it requires many tests to reach the desired limits of the pollutant emissions. Testing with an engine results in long, expensive and inaccurate works. Therefore, it has needed to find a solution for reducing cost and time, also increasing test efficiency. Computer-aided engineering programs have been widely used with the developing computer technology and many engineering problems have been solved by using the computer-aided engineering programs. Some of these programs are developed by engineers to simulate the engine in the system order. Thus, computer aided engineering programs, which are referred as one-dimensional simulation programs in literature provide solution in the system order of an engine. Today, engineers are able to get through to detailed investigations of production engines from early studies of model engine by using one dimensional engine simulation programs. They provide very quick solutions when compared to three dimensional computational fluid dynamics programs. Also, they shorten test duration of engine dynamometer and provide further investigations for multi-parameter effects of engine performance parameters. One dimensional engine simulation programs are widely used by many automotive manufacturers due to the significant advantages described above. In one dimensional engine simulation programs, it is accepted that the axial velocity of the fluid is higher than the fluid velocity in other directions. Due to this reason, three dimensional conservation equations are reduced to one dimension. Continuity, momentum and energy equations are solved simultaneously by the model. All equations are solved in one dimension and all quantities are averaged across flow direction. The system is discretized into smaller volumes and volumes are connected by boundaries. Also, the scalar variables are calculated at the center of the volume and vector variables are calculated for each boundary. This type of discretization is referred as staggered grid. In literature, combustion of diesel engines are modeled with high accuracy by using one dimensional engine simulation. On the other hand, the emission modeling of diesel engines have been very challenging for researchers due to irregular chemistry of the exhaust gases. Apart from physical modeling, mathematical modeling is also commonly used. Mathematical modeling is very beneficial especially for the problems which cannot be explained by physical modeling. Therefore, mathematical modeling which is constructed according to measured data, could be very helpful to analyzed unknown systems. In accordance with this purpose, mathematical model can be used for prediction of exhaust gases. In this thesis study, mathematical model of NOx and soot emissions based on Gaussian Regression method is used for fast and accurate predictions. It is proved that NOx and soot emissions can be modeled mathematically with high accuracy for diesel engine. Experimental design is generated to collect training data for mathematical models. Instead of using conventional DoE methods, spacing filling DoE method is utilized. The results show that it's good enough to describe complex behaviors of the engine. Results are subdivided according to steady state and transient conditions. Firstly, steady state modeling is handled. Models using combustion input parameters are created to predict soot and NOx emissions. These parameters is directly or indirectly controlled by ECU. Optimization of the input parameters are performed to obtain highest results, and the model comprising of eight parameters are sufficient to predict soot and NOx emissions. Suggested model includes the parameters: engine speed, fuel rail pressure, total fuel quantity, start of main injection, start of pilot injection, mass air flow, intake manifold temperature and intake manifold pressure. Due to dependency of EGR rate to other model parameters, it is not required to add EGR rate parameter into the models. Controlling of pilot injection quantity have high errors, and thus its effect on modeling quality could not be observed. The models include combustion input and output parameters. However, some parameters cannot be measured directly on a dynamometer, and therefore 1D model of the engine is created. The values of these parameters are obtained by using 1D engine model. Effects of some combustion output parameters are also investigated in this thesis. Modeling improvement is aimed by using these parameters. Studies show that adding turbine inlet temperature into the models increases modeling quality of soot emissions. Also, it is obtained that using maximum cylinder pressure in the models increases the accuracy of validation data for steady state conditions, but it requires to use other combustion parameters such as turbine inlet pressure, burn duration 0-50%, burn duration 0-90% and burn duration 10-90%. In this thesis, it is also aimed to model emissions mathematically by using only outputs of the 1D engine model and to show its feasibility. Thus, optimum design of an engine can be obtained by using a coupled model of 1D engine model with a mathematical emission model. However, the results show that NOx emissions can be assessed during design optimization process but the same thing cannot be stated for soot emissions. The models including combustion input and output parameters are run in MATLAB to evaluate the model quality for transient conditions. World harmonized transient cycle (WHTC) is used for comparison of model and test data. The results show that mathematical emission models are capable of predicting transient results of emissions. The same model suggested for steady state conditions can be also used for transient conditions. However, there are some problems observed during analysis of transient results of the models. These problems are overestimation of soot emissions and time delay between model and test results. One of transient cycle points is out of range for training data of the models, and it results in overshooting of soot emissions. Setpoints of combustion variables are specified at the beginning of combustion by ECU, however, soot and NOx emissions are measured at engine outlet. This situation causes a delay between test and model results.
Çok amaçlı ders çizelgeleme probleminin çözümü için metasezgisel yaklaşım önerisi
Zaman Çizelgeleme problemleri, eğitim kurumlarından havayolu şirketlerine, hızlı yemek sektöründen kongre organizasyon faaliyetlerine kadar gerçek hayatta yaygın şekilde karşılaşılan problemlerdir. Bu problem, değişen kısıt ve amaç fonksiyonu yapıları ve çözümlerinin zorluğu nedeniyle hem uygulayıcıların hem de akademisyenlerin yoğun ilgisini çekmektedir. Polinom zamanda çözülemeyen NP-Zor problemler sınıfına giren çizelgeleme problemlerinde çözüm sürecinde karşılaşılan zaman kayıplarını ortadan kaldırmak, ortaya çıkan fazla sayıda kısıt, değişken ve veri ile başedebilmek için sezgisel algoritmalara başvurulmaktadır. Bu çalışmada, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümü Lisans normal öğretim ders programı hazırlama problemi için bir matematiksel model önerilmiş ve sezgisel yaklaşımlardan olan Yasaklı Arama (YA) Algoritması'ndan yararlanılmıştır. Problem birden fazla amaca sahip olduğu için çok amaçlı optimizasyon problemi olarak ele alınmıştır. Oluşturulan iki amaç fonksiyonundan birincisinde öğrencilerin toplam ders çakışması en küçüklenirken, diğerinde Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) ile belirlenen öğretim elemanı tercihleri toplamı en büyüklenmeye çalışılmıştır. Amaç fonksiyonlarını birleştirmek için Konik Skalerleştirme Yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen veriler kullanılarak YA Yöntemi ile probleme uygun bir algoritma tasarlanmış, Excel Visual Basic programlama dili kullanılarak bir yazılım geliştirilmiştir. Yapılan deney sonuçları, Minitab Programı kullanılarak Varyans Analizi ile değerlendirilmiş, sonuçlar karşılaştırılmış ve en tatmin edici çözüm bulunmaya çalışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Analitik Hiyerarşi Prosesi, Deney Tasarımı, Konik Skalerleştirme, Optimizasyon, Yasaklı Arama, Zaman Çizelgeleme.
Çamaşır makineleri için yeni nesil senkron relüktans motor tasarımı
Beyaz eşya sektöründe artan enerji maliyetleri nedeniyle kullanılan elektrik motorlarının verimi önemli bir faktör haline gelmiştir. Fırça ve kollektör düzeneğinin beraberinde getirdiği bakım ve onarım masrafının fazlalığı ve düşük verimi nedeniyle çamaşır makinelerinde universal motorlardan fırçasız senkron motorlara geçiş giderek hız kazanmıştır. Ancak bu geçişin getirmiş olduğu sürücü ihtiyacı ile birlikte maliyet dezavantajı ortaya çıkmaktadır. Ayrıca kullanılan mıknatıslı motorlardaki mıknatıs fiyatı ve hammaddenin büyük bir kısmının uzak doğu devletlerinde olmasından ötürü ortaya çıkan mıknatıs fiyatındaki dalgalanmalar seri üretim şartları için büyük bir risk oluşturmaktadır. Bu çalışmada, belirtilen bu risk ve maliyetler göz önünde bulundurularak mıknatıs ihtiyacı olmadan yeni nesil çamaşır makinelerine uygun senkron relüktans motorunun tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu hedef doğrultusunda Senkron Relüktans Motorun (SynRM) matematiksel denklemleri elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılıp elde edilen ön sonuçlar doğrultusunda bir sonraki adım olan Maxwell programına geçiş yapılmıştır. Özellikle denklemlerle ile tam olarak tanımlanamayan rotor bariyerlerinin, moment, moment dalgalanması ve verim etkisi göz önünde bulundurularak Maxwell programı ile tasarımı yapılmıştır. 12 oyuk, 4 kutuplu, dağıtılmış sargılı, 3-faz, 3480-8584 d/d hız aralığına sahip 4 farklı rotor yapısına sahip olan SynRM analiz edilip hava aralığı, köprü kalınlığı ve uç köprü kalınlıkları için eniyileme yapılmış olup bunların arasındaki en iyi sonuç ortaya çıkartılıp çamaşır makinesi motoru için önerilmiştir.
Fuzzy logic based multi-objective optimization of active suspension system of 4x4 in-wheel motor driven electrical vehicle
In this thesis, fuzzy logic based multi-objective optimization of a nonlinear active suspension system of 4x4 in-wheel motor-driven electrical vehicle is studied by considering real working conditions such as roll angle and load transfer of the suspension systems. In this regard, a nonlinear full electrical vehicle model with quadratic tire stiffness and cubic suspension stiffness with eleven degrees of freedom and a seat-driver model with five degrees of freedom implemented and optimized by the guidelines introduced in ISO 2731-1 to assess ride and health criteria. Selected objective functions are comprised of weighted root mean square head acceleration, root mean square seat acceleration, crest factor, vibration dose value, the amplitude of head root mean square acceleration to seat root mean square acceleration, the amplitude of upper torso root mean square acceleration to seat root mean square acceleration, and root mean square upper torso acceleration. In addition to these, rarely considered rollover effect was investigated. Root mean square suspension displacement, root mean square tire displacement, root mean square in-wheel motor displacement, and roll angle were selected as constraints. Optimization was carried out with NSGA-II algorithm. Design variables for the passive system are; stiffnesses and dampers of suspension, in-wheel motor, and seat. Then, a fuzzy logic controller coupled with a proportional derivative controller optimized for best ride comfort and health criterion. Presented optimization results demonstrated a significant improvement over the passive system with fuzzy logic controller, and the load transfer index showed no adverse change between models concerning the rollover condition.
Çok amaçlı aktarmalı taşıma probleminin bulanık melez evrimsel algoritma ile optimizasyonu
Talep parametreleri birbirinden farklı olabilen n adet mağaza veya depo konumuna sahip bir sistemi ele almaktayız. Mağazalar taleplerini karşılamak için periyodik olarak ürün sipariş etmek zorundadırlar. Mağazalar envanterlerini periyodik olarak gözden geçirip ürün tedarik ederler. Eğer mağazada stok azalırsa veya fazla stok bulunursa dengelemek için aktarmalı taşıma gerçekleştirilir. Depo konumları arasındaki aktarmalı taşımalar toplam maliyeti minimize etmek ve hizmet düzeyini maksimize etmek için kullanılır. Problemimizde karşılanması gereken amaçlarımız toplam maliyetin, tedarik gecikmelerinin ve kalite kaybının minimizasyonu, doluluk oranının ise maksimizasyonudur. Problemi karmaşıklaştıran ve çözülmesini zorlaştıran en önemli etken birbiriyle çelişen birden fazla amaca sahip olması ve karar değişkenlerinin gürültülü olmasıdır. Evrimsel algoritmalar her iki durum için de etkin çözüm üretebilme yeteneğine sahip olduğundan bu problemin çözümü için uygun bir yöntemdir. Problemin çözümü için güç Pareto evrimsel algoritması 2 (GPEA2)'ye dayanan bulanık melez bir evrimsel algoritma önermekteyiz. Önerilen algoritma, seçim operatörüne bulanık bir çıkarım sistemi ilave ederek algoritmanın performansını arttırmayı amaçlamaktadır. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar, çok amaçlı aktarmalı taşıma problemi için önerilen bulanık melez evrimsel algoritma metodunun uygun çözümler sağladığını ve çok amaçlı problemlerin çözümünde etkin bir şekilde kullanılabileceğini ortaya koymaktadır. Bu yaklaşım en iyi çözümler kümesi arasından seçim yapmayı sağlayan Pareto optimal çözümler sunmaktadır. Ayrıca bu metot, Pareto optimal çözümler elde etmek için benzer çok amaçlı problemlere de uygulanabilir.
Su altı patlaması altında gemi panelinin davranışının sayısal yöntemler ile incelenmesi ve optimizasyonu
Askeri amaçlı gemi inşaa sanayindeki hızlı gelişmelere paralel olarak, su altı patlama kaynaklı şok analizlerine olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Özellikle askeri amaçlı geliştirilen projeler gizlilik esasına dayandıkları için, yapı ile ilgili olan analiz ihtiyaçlarının milli imkanlar ile karşılanması son derece önem arz etmektedir. Bu doktora tezinde en temel gemi yapısal elemanları olan plak yapılarının su altı patlama kaynaklı şok yüklerine karşılık mukavemet analizleri gerçekleştirilmiştir. Patlama kaynaklı şok profili için yeni bir basınç fonksiyonu önerilerek, literatürde mevcut olan Cole basınç fonksiyonu ile kıyaslanmıştır. Anlık basınç yükü etkisi altındaki katmanlı kompozit bir plağın lineer olmayan dinamik denklemleri virtüel iş ilkesi kullanılarak elde edilmiştir. Geometrik nonlineerlik etkileri ince plaklar için von Kármán büyük yer değiştirmeler teorisi kullanılarak hesaba katılmıştır. Yer uzayı için yaklaşık bir çözüm kabul edilmiştir. Zaman uzayında lineer olmayan diferansiyel denklemleri elde etmek için Galerkin yöntemi kullanılmıştır. Bağlı ve lineer olmayan diferansiyel denklemlerin çözümü için MATHEMATICA yazılımı kullanılmıştır. Katman sayısı 3 olan kompozit plağın düzgün yayılı statik basınç yükü altındaki mukavemet ve hasar analizleri Tsai-Wu ve Tsai-Hill yaklaşımları ile Galerkin yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca; bir sonlu elemanlar çözücüsü olan NASTRAN yazılımı ile kompozit plağın sonlu eleman modeli oluşturularak statik analizler gerçekleştirilmiştir. Galerkin ve sonlu elemanlar yöntemiyle elde edilen plak orta noktası deformasyonları ve Tsai-Wu ile Tsai-Hill hasar indeksleri mukayese edilerek doğrulama gerçekleştirilmiştir. Sönümlü ve sönümsüz halde dikdörtgen kesitli kenarlarından ankastre mesnetli anlık basınç yüküne maruz 3 katmanlı kompozit plağın geometrik doğrusal olmayan dinamik analizleri benzer şekilde Galerkin ve Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Su altı patlaması sonucu oluşan anlık basınç yükü için Cole yaklaşımına göre şok basıncının plak üzerine ilk geldiği pik değeri ve basıncın eksponansiyel azaldığı ikinci kısmı daha iyi bir şekilde ifade eden basınç fonksiyonu önerilmiştir. Önerilen basınç fonksiyonu MATHEMATICA ve ANSYS yazılımları kullanılarak kompozit plağa dinamik bir şekilde tatbik edilmiştir. Suyun sönüm etkisinin incelenebilmesi ve önerilen basınç fonksiyonun doğruluğunun test edilebilmesi için MATHEMATICA yazılımı kullanılarak geliştirilen algoritma ile bir dinamik sonlu elemanlar çözücüsü olan LS-DYNA yazılımı sonuçları karşılaştırılmıştır. Sönümlü durumda basınç fonksiyonu plak boyutları olan x ve y ile plağın hızı olan w' bağlıdır. Bu durumda toplamda 3 değişken mevcuttur ve ANSYS yazılımı aynı anda 3 değişkenin tarif edilmesine izin vermemektedir. Bu nedenle sönümlü analizler için ankastre mesnetli çelik plak LS-Dyna yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. 40 gr TNT tipi patlayıcının suyun 0,15 m altında patlaması senaryosu analiz edilerek çelik plak üzerine etkiyen basıncın zamana bağlı değişimleri mukayese edilmişlerdir. Çelik plak tercih edilmesinin bir diğer sebebi ise literatürde çelik plağa ait deney sonuçlarının mevcut olmasıdır. Ramajeyathilagam K. vd çelik malzemeye sahip plaklar için patlama testlerini gerçekleştirmişlerdir, çelik plakların patlama analizleri LS-Dyna yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiş ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Son bölümde su altı patlama yüklerine maruz katmanlı kompozit plakların çok amaçlı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda; çok amaçlı genetik algoritma yaklaşımlarından olan Bastırılamayan Sıralamalı Genetik Algoritma yöntemi kullanılmıştır. Katmanlı kompozitlerin su altı patlama yüklerine karşılık dinamik çözümlerini yapan Galerkin programına optimizasyon algoritması eklenerek optimum kütle ve hasar indeksine (Tsai-Wu teorisine göre) sahip plak yapıları ve bunların dizilim açıları belirlenmiştir. 0,15 metre suyun altında 20 gr TNT patlamasına maruz 3, 5, 7 ve 9 katmanlı kompozit plakların su altı patlama kaynaklı şok yüklerine karşılık çok amaçlı (NSGA-II) optimizasyonları gerçekleştirilmiş ve elde edilen optimum çözümler için kütle değerleri ile hasar indeksleri hesaplanmıştır.
Konveks olmayan çok kriterli optimizasyon ve portföy seçimi problemi
Bu çalışmada, konveks olmayan çok kriterli optimizaston teorisi, temel tanım ve teoremleri ile irdelenmiştir. Çok kriterli optimizasyon teorisinin esas amaçlarından biri optimal çözümlerin varlığı hakkında koşullar bulmaktır. Gasımov (1992) çalışmasında konveks kümelerin seviye kümeleri yardımı ile lineer olmayan ayırma teoremi geliştirerek asıl minimal noktalar için gerek koşul bulmuştur. Çalışmamızda, Gasımov'un çalışması geliştirilerek verilen gerek koşulun yeter koşul olması için uzayda sıralama sağlayan koni ile ayırma fonksiyonunun recessive fonksiyonu arasında ilişki bulunmuş ve bu ilişkinin sağlanması halinde verilen noktanın asıl minimal nokta olduğu ispat edilmiştir.Çok kriterli optimizasyon problemini çözmek için skalerleştirme yöntemleri incelenmiş ve konveks olmayan çok kriterli problemin tüm etkin noktalarını elde edebilen konik skalerleştirme tekniğinin üstünlükleri tartışılmıştır. Elde edilen konveks olmayan ve diferansiyellenemeyen yapıdaki konik skaler problemin çözümü için genişletilmiş sivri Lagrangian dualite yaklaşımının ve F-MSG algoritmasının teorisi ve üstünlükleri gösterilmiştir.Çalışmanın son bölümünde ise konveks olmayan çok kriterli optimizasyon teorisinin uygulama alanlarından biri olan finans teorisinde portföy seçimi problemi incelenmiştir. Ortalama-varyans yaklaşımına ilaveten yüksek mertebeli merkezi momentleri ve varlık sayısı kısıtlamalarını göz önüne alan problemin oldukça zor ve karmaşık bir yapıya sahip olduğu gösterilmiş ve bu problemin çözümü ile ilgili gelecekte yapılacak olan çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir.Anahtar Kelimeler: Çok kriterli optimizasyon, asıl minimal nokta, konveks olmayan ve diferansiyellenemeyen optimizasyon, konik skalerleştirme, genişletilmiş sivri Lagrangian dualite, F-MSG yöntemi, portföy seçimi problemi.
Fotovoltaik hücrelerin ağsız radyal baz fonksiyonu kollokasyonu yöntemi ile sayısal modellemesi
Yarıiletken malzemelerin iletkenlik seviyelerini artırabilmek için katkılama işlemleri yapılmaktadır. Bu işlem sonucunda P ve N yarıiletken olmak üzere iki farklı bölge elde edilir. P bölgesi elektron ihtiyacından dolayı pozitif yüklenirken N bölgesi elektron fazlalığından dolayı negatif yüklenmektedir. Bu iki bölge tükenim bölgesi (TB) ve yarı nötral bölge (YNB) olmak üzere ikiye ayrılır. P tipi yarıiletkenlerde deliklerden daha az sayıda elektron bulunurken N tipi yarıiletkenlerde ise elektronlardan daha az sayıda delik bulunur. Az sayıda bulunan bu elektron ve deliklere azınlık taşıyıcıları adı verilir. Bu tez çalışmasında PV hücrelerinin YNB'deki azınlık taşıyıcılarına ait transport denklemleri radyal baz fonksiyonu (RBF) kollokasyonu yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Çalışma kapsamında bir boyutlu ve iki boyutlu modelleme çalışmaları ele alınmıştır. Bir boyutlu modelleme çalışmasında S=0 ve S→∞ olmak üzere iki farklı yüzey rekombinasyon hızının, L_n=L_p=10 μm ve L_n=L_p→∞ olmak üzere iki farklı difüzyon uzunluğunun ve α=1/3 μm ve α=1 μm olmak üzere iki farklı absorbsiyon katsayısının modelleme üzerindeki etkileri analitik ve sayısal olarak hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. Ayrıca, RBF yöntemine de interpolasyon nokta sayısı ve şekil parametresi olmak üzere iki farklı etki eden parametre mevcuttur. N=100 sabit interpolasyon nokta sayısı ve 0.05≤c^2≤5 aralığında 100 farklı şekil parametresi kullanılarak karekök ortalama (rms) ve maksimum hata değerleri hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. c^2 değerinin artmasıyla hata değerlerinin belirli bir c^2 değerine kadar sürekli olarak azaldığı daha sonrasında salınımlar meydana geldiği görülmüştür. Benzer şekilde c^2=1 sabit şekil parametresi ve 20≤N≤500 aralığındaki 97 farklı interpolasyon nokta sayıları kullanılarak rms ve maksimum hata değerleri hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. c^2 durumunda olduğu gibi N'nin artmasıyla hata değerlerinin belirli bir N'ye kadar sürekli azaldığı ve sonrasında salınımlar meydana geldiği gözlemlenmiştir. Ayrıca RBF'ler arasında bir karşılaştırma yapıldığı zaman multikuadrik (MQ), ters multikuadrik (IMQ) ve genelleştirilmiş multikuadrik (GMQ) fonksiyonlarının β üs değerinin artmasıyla hata değerlerinin azaldığı sonucuna varılmıştır. Gauss (GA) ise 0.05≤c^2≤5 ve 20≤N≤500 aralığına göre küçük c^2 ve N değerlerinde analitik sonuçlara iyi bir şekilde yakınsamadığı görülürken büyük c^2 ve N değerlerinde bazı durumlarda en iyi yakınsayan fonksiyondur. 0.05≤c^2≤5 aralığında küçük c^2 değerleri için en iyi yakınsama en büyük β=2.5 üs değeri ile GMQ fonksiyonu kullanılarak elde edilirken, en kötü yakınsama en küçük β=-2.5 üs değeri ile GMQ fonksiyonu kullanılarak elde edilmiştir. Büyük c^2 değerleri için ise en iyi yakınsayan fonksiyon, kullanılan c^2 değerine ve RBF seçimine göre değişiklik göstermektedir. İki boyutlu modelleme çalışmasında ise RBF kollokasyon yöntemi ile elde edilen sonuçların karşılaştırılabilmesi için referans çözüm olarak ağ yapıları ile çözümler elde edilebilen yöntemlerden birisi olan sonlu elemanlar yöntemi (SEY) kullanılarak sonuçlar elde edilmiştir. Bu yöntemde maksimum ağ uzunluğu 〖10 〗^(-6) olan üçgen yapılar kullanılmıştır. RBF kollokasyon yöntemi ile kenar başına on beş adım kullanılarak 0.02≤c^2≤0.08 aralığında on üç farklı şekil parametresi ve yedi farklı fonksiyon kullanılarak rms ve maksimum hata değeri elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Benzer şekilde dört farklı şekil parametresi ve 10≤N_a≤30 aralığında beş farklı kenar başı adım sayısı ve yedi farklı fonksiyon kullanılarak rms ve maksimum hata değerleri de elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. 0.02≤c^2≤0.08 ve 10≤N_a≤30 aralığında referans çözüme en iyi yakınsayan fonksiyonun GA fonksiyonu olduğu görülürken en kötü yakınsayanfonksiyon β=-2.5 en küçük üs değerine sahip GMQ fonksiyonu olduğu sonucuna varılmıştır. Kenar başı adım sayısının artması ile çözüm süresinin üstel bir şekilde arttığı da görülmektedir. Elde edilen rms hata ve çözüm süreleri ile 0.02≤c^2≤0.08 aralığında dört farklı şekil parametresi, yedi farklı fonksiyon ve dokuz farklı ağırlık seçimi için optimum nokta sayıları elde edilmiştir. Sayısal çözümün doğruluğuna verilen ağırlık w_1 ve β değerlerinin artmasıyla optimum değerler artarken c^2 değerinin optimum değerleri ihmal edilebilecek bir seviyede değiştirdiği gözlemlenmiştir. Kısacası bir boyutlu modellemede hem P hem de N bölgelerine ait YNB'deki azınlık taşıyıcı yoğunlukları, çeşitli parametreler kullanılarak hesaplanıp karşılaştırılmışken, iki boyutlu modellemede tek bir bölgeye ait azınlık taşıyıcı yoğunlukları sabit parametreler kullanılarak hesaplanmış ve çok amaçlı optimizasyona dayalı ütopya noktalar yöntemi kullanılarak optimum değerler elde edilmiştir. Her iki modellemenin çözümünde de MQ, IMQ, GA ve 4 farklı β üs değerine sahip GMQ fonksiyonları olmak üzere 7 farklı RBF kullanılmıştır.
A soft computing based approach to integrated process planning and scheduling with setup and machine capacity considerations
Rapidly developing technology turned the manufacturing environments into a more and more flexible, computerized world of ?complex products and requirements?. In such an environment, using the traditional practice of sequential process planning and scheduling remains insufficient and generates problems. In order to overcome this situation, integrated process planning & scheduling has posed a great challenge to researchers.The study presents a literature survey on integrated process planning and scheduling (IPPS) and investigates a new approach which makes use of Baykasoglu?s grammatical representation of generic process plans and Clonal Selection Algorithm (CLONALG) in order to integrate process planning and job shop scheduling. In the proposed integration approach, Giffler & Thompson Algorithm (used to generate active schedules) and VIKOR Method (used to handle multiple objectives) are employed considering setup times and machine capacity constraints.A computer program in C# programming language is developed for finding optimal or near-optimal schedules for IPPS problems. Proposed approach is also applied to case studies in order to analyze its performance.