Finite element analysis
205 theses under this subject heading
Üç boyutlu yazıcılar kullanılarak kişiye özel sternokostal eklem implantı tasarımı ve üretimi
Sternokostal eklemler, toraks bölgesinde ilk yedi kaburga ile sternum arasında yer alan eklemlerdir. Göğüs duvarında meydana gelen tümörler, enfeksiyonlar ve travmaların tedavisi sternumun ve ona bağlı sternokostal eklemlerin cerrahi olarak çıkartılması ile sonuçlanabilmektedir. Hastanın yaşamsal fonksiyonlarının devam etmesini sağlamak için çıkarılan hasarlı bölgenin yerine geçebilecek kişinin dokusu ile uyumlu malzemeden üretilmiş sternokostal implantlar kullanılabilmektedir. Pazardaki standart implantların yanı sıra kişiye özel tasarlanan implantlar ameliyatların risklerini azaltmanın yanı sıra cerrahların işini de kolaylaştırmaktadır. Bilgisayar ortamında tasarlanan kişiye özel bu implantlar eklemeli/katmanlı üretim (Additive Manufacturing) olarak kabul edilen 3 boyutlu yazıcı teknolojileri sayesinde somut hale dönüştürülebilmektedir. Bu çalışmada 3 boyutlu üretim teknolojilerinden toz esaslı eklemeli imalat yöntemi olan SLS (Seçici Lazer Sinterleme) ile kişiye özel sternokostal eklem implantının tasarım ve üretim aşamaları incelenmiştir. METÜM (Medikal Tasarım ve Üretim Merkezi, Sağlık Bilimleri Üniversitesi Gülhane Yerleşkesi, Ankara) tarafından oluşturulan ve hastaya implantasyonu gerçekleştirilen Ti-6Al-4v malzemeden üretilmiş bir sternokostal implantın analiz programında sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Hastaya ait tomografi görüntüleri alınarak 3 boyutlu modelleme programında göğüs kafesi modeli oluşturulmuş ve dijital ortamda hazırlanan implant modeli ile birlikte analiz programında statik analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizde belirli sınırlı şartları oluşturulmuş ve tüm modellerde aynı sınır şartlarında implant üzerindeki stres, gerinim ve yer değiştirme (deformasyon) değerleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre göğüs kafesine entegre edilmiş implant modeline bir CPR kuvveti uygulandığında implantın bu kuvvete dayanabildiği, stres sonuçlarının titanyumun akma dayanımının altında kaldığı dolayısıyla implantta kalıcı şekil değişikliğine sebep olmadığı görülmüştür. Ülkemizde ve dünyada günümüze kadar tasarlanmış olan bazı sternokostal implantlar çalışma dahilinde incelenmiş, yapılan araştırmalar sonucunda analizi yapılan sternokostal implant üzerinde tasarımsal farklılıklar ve iyileştirmeler yapılmıştır. Bu tasarımsal farklılıklar dahilinde implant üç parçaya ayrılmış ve parçalar vidalarla birleştirilmiş, analiz programında aynı sınır şartları uygulanarak, sonuçlar değerlendirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre vida bulunan deliklerin etrafında stresin yoğunlaştığı görülmüş ve tasarımlardaki vida sayısı artırılarak analiz sonuçları karşılaştırılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Yapılan çalışmanın bundan sonra tasarlanacak olan sternokostal implant çalışmalarına yol göstermesi amaçlanmaktadır.
Katı atık sahalarında duraylılığın incelenmesi
Günümüzde çevre problemlerinin en önemlilerinden biri atıkların depolanmasıdır. Yanlış depolama yöntemi yüzünden yeraltı sularının kalitesinde büyük tehlikeler oluşmuştur. Vahşi depolama sahalarında halk sağlığı ve çevre kirliliğiyle ilgili problemler çoğunlukla daha yaygındır. Bu açık çöplükler birçok dezavantaja ve ciddi sağlık problemlerine de sebep olmaktadır. Bu sebeple daha önce depolama sahalarında oluşmuş yüzeysel kopmalara neden olan vakalar incelenmiştir. Bu depolama sahaları; Hekimbaşı depolama sahası (Türkiye), Dona Juana depolama sahası (Kolombiya), Gnojna Grora depolama sahası (Polonya), Hiriya depolama sahası (İsrail), Payatas depolama sahası (Filipinler) ve Xerolakka depolama sahası (Yunanistan). Bu çalışmada, kayma mukavemetini tahmin edebilmek için geri analiz yöntemi tercih edilmiştir. Analizler Plaxis 2D ve Plaxis 3D, Slide programlarında gerçekleştirilmiştir. Analiz verileri değerlendirilip düzenli depolama sahalarının nasıl olması gerektiği konusunda önerilerde bulunulmuştur. Depolama sahalarındaki şev göçmelerinin sebebi mühendislik kontrollerinin olmaması ve tasarım eksikliğidir. Özellikle günlük örtü serimi yapılmayan, sıkıştırmanın olmadığı, yanıcı ve zehirli gazların kontrol altında tutulmadığı sahalarda duraysızlıklar yaşanmıştır.
Yapay femur kemiğinin mekanik analizi ve malzemesinin çoklu kriter karar analizi ile seçilmesi
Femur kemiği, vücuttaki en büyük ve en güçlü kemiktir. Kalça ve diz eklemleri arasında yer alan femur kemiği, vücudun ağırlığını taşır ve hareket etmeyi sağlar. Femur kemiği, çeşitli hastalıklar veya yaralanmalar nedeniyle hasar görebilir. Bu durumda, femur kemiğinin yerine yapay bir femur kemiği, yani femoral implant yerleştirilebilir. Femoral implant, metal, seramik veya plastik gibi malzemelerden yapılabilir. Femoral implant malzemesinin seçimi, hastanın ihtiyaçlarına, implantın dayanıklılığına ve cerrahi sonrası komplikasyon riskine göre yapılmalıdır. Bu tezin amacı, femur kemiği için uygun malzemenin belirlenmesi amacıyla çok kriterli karar analizi ve sonlu elemanlar analizi yöntemlerinin entegrasyonunu ele almaktır. Çok kriterli karar analizi, farklı malzemelerin performansını değerlendirmek için bir dizi kriter kullanır. Sonlu elemanlar analizi, femur kemiği ve implantın mekanik davranışını simüle etmek için bir bilgisayar modeli kullanır. Bu iki yöntem birlikte kullanılarak, femur kemiği için en uygun malzemenin seçilmesine yardımcı olabilir. Çalışma, Ti-6Al-7Nb ve Ti-6Al-4V titanyum alaşımlarının femoral implant malzemesi olarak kullanılmasının potansiyel avantajlarına ışık tutmuştur. Bu alaşımlar, yüksek mukavemet, korozyon direnci, biyouyumluluk ve kemik ile iyi uyum sağlama gibi özelliklere sahiptir. Çalışmanın sonuçları, yapay femur malzemelerinin geliştirilmesinde ve ortopedik implantların dayanıklılığına yönelik faktörlerin belirlenmesinde önemli bir kaynak olabilir. Çalışmanın sınırlamaları arasında belirli malzemelerin özel olarak kullanılması ve femur kemiği malzemesine kıyasla önerilen malzemelerin ağırlığı yer almaktadır. Gelecekteki araştırmalar, farklı femur modellerini araştırarak ve implant tasarımını optimize etmek için potansiyel olarak çeşitli malzemeleri birleştirerek bu ağırlık faktörünü kapsamlı bir şekilde ele almalıdır. Ayrıca, çeşitli cerrahi senaryoların incelikli bir şekilde incelenmesi, femoral implant malzemesi seçimine ilişkin anlayışımızı geliştirerek gerçek dünya uygulamaları için daha kesin bilgiler sunabilir.
Design and application of an intermediate strain rate materials testing device
Intermediate strain rates are an interesting topic for many industrial sectors such as the automotive sector. Intermediate strain rates are important in the change of the material behavior and the material deformation process from low to high strain rates. However, due to experimental challenges, material characteristics at intermediate strain rates are rarely defined, creating a gap in the experimental data between low and high strain rates. One major challenge for experimental data in the intermediate strain rate region is the limitation of commercial load cells. Intermediate strain rate frequencies coincide with the natural frequency of these devices, which result in high noise. Therefore, new testing methods and experimental test data with intermediate strain rate loadings are required. In this study, an intermediate strain rate testing device is designed, produced and tested for three different materials: AA6061-T6, OFHC Copper and Polycarbonate. 3D Finite element simulations are conducted with LS – Dyna software for each material tests. Experimental and numerical results are given and compared to numerical simulations and literature data. Comparison of numerical and experimental results showed a good match between simulations and experiments. Furthermore, experimental data compared to literature showed less than 10% error in all tests.
Karbon nanotüp (CNT) takviyeli delikli lamine kompozit panellerin burkulma analizi
This research offers a thorough examination employing both analytical and computational approaches to ascertain the buckling load of composite plates reinforced with carbon nanotubes (CNTs). The primary goal of this research is to understand and anticipate the buckling effects of composite plates reinforced by carbon nanotubes (CNTs). To achieve this goal, the researchers first analyze the effect of carbon nanotubes (CNTs) on the material's mechanical properties and their influence on elastic properties. Subsequently, the buckling load is analytically computed employing the Classical Laminated Plate Theory (CLPT). Subsequently, numerical methodologies, particularly the finite element method, are utilized to compute the buckling load. The developed computational model is then rigorously validated through comparison with analytical results. Once the model's validation is established, a series of parametric analyses are conducted, encompassing both unperforated and perforated plates. Furthermore, the outcomes of this research are used to provide secondary validation for perforated plates by comparing the findings to those available in the literature. The parametric analyses unveil the diverse effects of variables such as the CNT reinforcement ratio, matrix material properties, stacking lay-up, and hole diameter on the buckling load.
Sürtünmeli temas koşulları altında yanal dereceli malzemelerde yüzey altı gerilme dağılımı
Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler (FDM), mekanik özellikleri bir noktadan diğer bir noktaya sürekli değişen, homojen olmayan özel bir malzeme tipidir. Belirli bir hacimsel oranda karıştırılan iki malzeme ile oluşturulan FDM yapılar, kompozit malzemelerin teknolojide cevap veremediği durumlara çözüm kaynağı olmuştur. Mühendislik uygulamalarında parçaların, malzemelerin çoğu zaman kaçınılmaz temasından dolayı ortaya çıkan sürtünme en önemli problemlerden biridir. Aşınma çoğunlukla sürtünmeli yüzeylere uygulanan yüksek gerilmelerden kaynaklanmaktadır. Yüzey altı gerilmelerin hesaplanması bileşenlerin mekanik tasarımı açısından çok önemlidir çünkü hasarların çoğu yüzey altı gerilmelerin daha yüksek seviyelere ulaştığı bölgelerdeki yorulma ve kırılmadan kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada yanal dereceli malzemeler yüzeyde uzaysal değişim gösteren sürtünme katsayısı içerecek şekilde modellenmiştir, sürtünmeli temas kaynaklı yüzey altı temas gerilme dağılımı sonlu elemanlar programında analizler koşturularak çözülmüştür. Bu çalışmanın temel özgünlüğü yanal derecelendirilmiş malzemelerde yüzey altı gerilme dağılımı sonuçlarının temas bölgesinde uzaysal değişim gösteren sürtünme katsayısı düşünülerek elde edilmesidir. Elde edilmiş sonuçları doğrulamak için daha önce literatürde yer alan benzer çalışmalardan ve analitik sonuçlardan faydalanılmıştır. Sürtünmeli temasa maruz yanal dereceli malzemeler genel amaçlı bir sonlu elemanlar analizi programı olan ANSYS Mechanical APDL (ANSYS Parametric Design Language) kullanılarak modellenmiştir. Yanal yönde derecelendirilmiş malzeme modeli ve yüzeyde uzaysal değişen sürtünme katsayılı temas için parametrik bilgisayar kodları geliştirilmiş olup bu kodlar ANSYS Mechanical APDL içerisinde çalıştırılarak parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlarda yanal dereceli malzemelerde farklı temas şartları altında (örneğin farklı malzeme heterojenliği, sürtünme katsayısı, sürtünme katsayısının uzaysal değişimi) yüzey altında oluşan gerilim dağılımı incelenmiştir.
Şeffaf plak tekniğinde kullanılan farklı kompozit ataşmanların ve üçüncü molar varlığının maksiller molar distalizasyonuna etkisinin sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Amaç: Çalışmamızın amacı şeffaf plak tekniğiyle uygulanan ikinci molar distalizasyonu esnasında üçüncü molar varlığının etkisini FEM (Sonlu Elemanlar Metodu- Finite Element Method) ile incelemek ve şeffaf plakla distalizasyon ve distalizasyonla eş zamanlı ekspansiyon uygulamasında farklı ataşman konfigürasyonlarının etkilerini FEM ile inceleyerek karşılaştırmaktır. Materyal Metod: Çalışmamız için kabul edilme şartlarını sağlayan hastanın DICOM (Dijital Görüntüleme ve Tıpta İletişim) formatındaki KIBT (Konik Işınlı Bilgisayarlı Tomografi) görüntüleri ve STL (Standard Triangle Language) formatındaki ağız içi tarama görüntüleri kullanılarak maksiller dişler, dişlerin periodontal ligamentleri ve maksiller alveoler kemiğini içeren maksilla dijital modeli oluşturuldu. Maksilla, şeffaf plak ve ataşman dijital modelleri aynı koordinat ekseninde birbirinden bağımsız şekilde birleştirildi ve sonlu elemanlar modelini oluşturmak üzere Ansys® 19,2'ye (Ansys, Inc., Canonsburg, PA) aktarıldı. İki farklı sonlu elemanlar modeli üretilmiştir. Model I'de sağ üçüncü molar diş dışında tüm maksiller dişler mevcuttur ve sol üçüncü molar diş dışında sağ ve sol taraf birbirinin simetriğidir. Sağ ve sol ikinci molar dişlerin bukkal yüzüne birer dikey dikdörtgen ataşman (birinci ataşman konfigürasyonu) yerleştirilmiştir. Model II'de üçüncü molar dişler dışında tüm maksiller dişler mevcuttur ve sağ ve sol taraf birbirinin simetriğidir. Sağ ikinci molar dişin bukkal yüzünde, düz yüzeyleri birbirine zıt yönde olan oklüzal düzlemle dik açıda yerleşen iki yarım eliptik konveks ataşman (ikinci ataşman konfigürasyonu) vardır. Sol ikinci molar dişin bukkal ve palatinal yüzünde ise düz yüzeyleri birbirine zıt yönde olan oklüzal düzlemle 45° ve 135° açı yapan birer yarım eliptik konveks ataşman (üçüncü ataşman konfigürasyonu) mevcuttur. Üç farklı senaryo için sonlu elamanlar analizi yapıldı. Senaryo I'de model I kullanılarak birinci ataşman konfigürasyonuna sahip ikinci molar dişlerin şeffaf plakla çift taraflı 0,25 mm distalizasyonu simüle edildi. Senaryo II'de model II kullanılarak ikinci molar dişlerin şeffaf plakla çift taraflı 0,25 mm distalizasyonu simüle edildi. Senaryo III'te model II kullanılarak ikinci molar dişlerin şeffaf plakla çift taraflı 0,25 mm distalizasyonu ve eş zamanlı ikinci molar dişler bölgesinde sağ ve sol taraf için 0,5'şer mm dental ekspansiyon simüle edildi. Birinci senaryoda üçüncü molar dişin distalizasyona etkisi incelendi, ikinci senaryoda üç ataşman konfigürasyonu birbirleriyle karşılaştırıldı, üçüncü senaryoda ise ikinci ve üçüncü ataşman konfigürasyonları birbirleriyle karşılaştırıldı. Bulgular: Birinci senaryonun bulguları, üçüncü molar dişin mevcut olduğu durumda, maksimum toplam yer değiştirmenin %17, kronun farklı noktalarında distale yer değiştirmenin ise %10-22 oranında azaldığını göstermiştir. Üçüncü molar varlığı distale tippingi azaltırken distopalatinal rotasyonu arttırmıştır. Birinci ve ikinci senaryodaki üç ataşman konfigürasyonunun etkinlikleri karşılaştırıldığında birinci ve ikinci ataşman konfigürasyonlarının maksimum toplam yer değiştirme, distale yer değiştirme ve distale tippingi benzer ve üçüncü ataşman konfigürasyonundan büyük çıkmıştır. Üç ataşman konfigürasyonu arasında en az distale tipping ve ihmal edilebilecek kadar küçük bukkale tipping ve distopalatinal rotasyonla en paralel diş hareketini üçüncü ataşman konfigürasyonu sağlamıştır. Üçüncü senaryoda iki ataşman konfigürasyonunun etkinlikleri karşılaştırıldığında üçüncü ataşman konfigürasyonunun maksimum toplam, distale ve bukkale yer değiştirmesi ikinci ataşman konfigürasyonunun yaklaşık iki katıdır. Aynı şeklide üçüncü ataşman konfigürasyonunun gösterdiği bukkale, distale tipping ve aksiyel rotasyon miktarı ikinci ataşman konfigürasyonundan büyüktür. Her iki ataşmanda da aksiyel rotasyonlar distobukkal yönde olmuştur. İkinci ataşman konfigürasyonu daha az yer değiştirmeyle beraber daha paralel diş hareketi sağlamıştır. Sonuçlar: Maksiller üçüncü molar diş varlığı şeffaf plaklarla maksiller ikinci molar dişin distalizasyonunu en az 1/10 oranında azaltmıştır. Dolayısıyla şeffaf plaklarla maksiller molar distalizasyonundan önce üçüncü molar dişlerin ortodontik çekimi, tedavinin etkinliği ve hızı açısından rasyonel bir karardır. Şeffaf plaklarla molar distalizasyonu esnasında en az yer değiştirmeye karşılık en paralel hareketi üçüncü ataşman konfigürasyonu, molar distalizasyonuyla beraber ekspansiyonu esnasında ise ikinci ataşman konfigürasyonu sergilemiştir. Bu iki diş hareketi için ataşman seçimi yaparken dişin rotasyonu ve aksiyel eğimleri, dişi destekleyen kemik miktarı ve köklerin sağlığı gibi unsurlar dikkate alınmalıdır.
Deprem etkisindeki betonarme yapılarda meydana gelen hasarlara dolgu duvar etkisinin incelenmesi 30 Ekim 2020 İzmir depremi örneği
30 Ekim 2020 tarihinde Ege Denizi Sisam Adası açıklarında gerçekleşen depremde İzmir ilinin Bayraklı ilçesinde betonarme binalarda göçmeler, Karşıyaka ve Bornova ilçelerindeki betonarme binalarda ise yapısal hasarlar oluştuğu gözlenmiştir. Deprem sonrası Bayraklı ilçesinde bulunan binaların hasar düzeyleri gözlemsel olarak değerlendirilmiştir. Deprem hasarı alan binalar arasında 12 adet bina tamamen veya kısmen göçmüştür. Geçmiş depremlerde yıkılan binalara dikkat edildiğinde, hasar alan binaların çok yüksek katlı olmayan, genellikle alt katlarında otopark, ticari işletme olan ve zemin katlarında dolgu duvar bulunmayan binalar olduğu görülmektedir. Bu durum 30 Ekim 2020 İzmir depreminde yıkılan binalarda da karşımıza çıkan bir durum olmuştur. Bu çalışmada, deprem etkisi altındaki betonarme binalarda dolgu duvar etkileri incelenmiştir. Bu amaçla çalışmada 2020 İzmir depreminde hasar alan bir bina ele alınmıştır. Çalışmada ele alınan bina SAP2000 V22 sonlu elemanlar programında dolgu duvarlı ve dolgu duvarsız olmak üzere iki farklı şekilde, binaya ait gerçek parametreler kullanılarak modellenmiştir. Dolgu duvarlar eşdeğer yay modeli kullanılarak taşıyıcı sisteme yansıtılmıştır. Modelin zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizleri 2020 İzmir depremi ivme kayıtları kullanılarak yapılmıştır. Analiz sonuçlarından sistemin maksimum yer değiştirmeleri, kat kesme, kat moment, kolon taşıma kapasite, perde kesme kuvveti ve perde birim şekil değiştirme değerleri elde edilmiştir. Çalışma sonucunda analiz sonuçları karşılaştırılarak incelenmiş dolgu duvarların binanın periyot, zemin kat kesme kuvveti, kolon taşıma kapasitesi, zemin katlarda oluşan göreli kat ötelemesi ve perde kesme kuvvetleri gibi özelliklerini olumlu ölçüde etkilediği, taban kesme kuvvetini arttırdığı görülmüştür.
Development of a composite crash cushion using computer simulations
The objective of this research is to develop a composite crash cushion that can absorb a vehicle's kinetic energy and bring the vehicle to a controlled stop. Crash cushions are installed in front of rigid structures with the intent to reducing occupants risk of injury during vehicle impact by gradually decelerating the vehicle at acceptable rates until eventually, it stops before impacting the rigid structure. The structural design and development of this crash cushion used in this research involved different innovative design concepts. These concepts made use of the presence of multiple overlapping cylinders filled with air placed within each cushion in the system. The air-filled cylinders contribute massively to the kinetic energy absorption of the vehicle by damping effect and thus reduce the velocity of the vehicle at safe rates. This crash cushion system consists of mainly six parts. They include the head container, middle containers, energy-absorbing tubes, cables, steel plates and rigid support. Only steel plates, cables and rigid support are made of structural steel S235 JR while the containers and energy absorbing tubes are made from Linear Low Density Polyehtylene (LLDPE).In occurrence of impact, the crash cushion components can be reusable, easy to repair and available at low cost. The energy absorbing technique presented is by far a better cost-effective alternative to other present energy absorbing techniques. Thus, making this a valid and efficient design. The performance of this crash cushion is evaluated by following the standard EN1317-3. EN1317-3 (Road restraint systems - Part 3: Performance classes, impact test acceptance criteria and test methods for crash cushions) is a European standard that was approved by the CEN and the TSE. This standard acts as a guideline to crash cushion tests. Over the years, full-scale crash tests have been used to test and evaluate the performance for the crash cushion but it is time-consuming and costly, thus testing and analysis of the performance of the design is done via finite elements analysis by using LS-DYNA software. The finite element method mainly comprises of development of finite element meshes of the entire crash cushion system and vehicle that divides the subjects into different parts and applies material properties, boundary conditions and other details. Next step is that the program derives the equations from the model and provides a valid solution in terms of simulations in which this solution will determine the dynamic response behavior of the crash cushion model. Three simulation tests were conducted. These tests include two head-on impact tests involving a 900 kg vehicle traveling at a speed of 50 kph and 100kph respectively. These tests evaluate the capability of the crash cushion to absorb kinetic energy of a vehicle. While the other test was a side impact test 15 degrees from the frontal centre. This involved a 1300 kg vehicle traveling at a velocity of 50 kph impacting the crash cushion at a third of the total length (L/3) from the front. This test evaluates the ability of the crash cushion to contain and redirect a vehicle. Results obtained from the tests were compared to the results from two full-scale crash tests for 50 kph. Their similarity means analysis is valid by using finite element analysis and this gives a green light to conduct more test simulations in reference to the EN1317-3. The test results show that even at high speeds such as 100kph the crash cushion can absorb kinetic energy at acceptable rates and reduce occupant's risk to injury.
Investigation of mechanical behavior of graphene reinforced aluminum nanocomposites
Graphene is 2D material, which consists of C-atom configured hexagonal lattice in one atom thickness. The specific arrangement of atoms causes to emerge versatile extraordinary properties, i.e. low density, high electrical and heat conductivity, flexibility, transparency and high strength. That is why graphene is the prospective material according to the scientific community. Significant numbers of studies have been conducted to predict mechanical properties of graphene. Physical experiments, molecular dynamic simulations (MDS) and multi-scale Analyses are the principal methods of the related studies. Due to nanoscale size of graphene, physical tests become troublesome and costly. In this point, computational simulations are of great importance. Advancement of computational technologies makes possible modeling physical problem almost each time and dimension scale and solving it. In this thesis, mechanical behavior of graphene reinforced Al nanocomposites are investigated utilizing MDS and multi-scale analyses. In each methodology, analyses are conducted in two-level, i.e. only single layer graphene sheet (SLGS) and representative volume element (RVE) are considered, respectively. In multi-scale analyses, linkage between atomistic and continuum is established using finite element method (FEM). In first level FEM analyses, SLGS is modeled using equivalent Euler-Bernoulli beam elements, which represents covalent bond, and applied uniaxial tensile loading. Young's modulus and Poisson's ratios of SLGS are obtained in armchair and zigzag directions. Moreover, variation of mechanical properties of SLGS with its size is investigated too. In second level FEM analyses, uniaxial tensile behavior of RVE (represents graphene reinforced Al nanocomposite) with volume fraction 0.068 is explored. Al matrix is modeled as continuum using hexahedral solid elements, SLGS modeled with beam element and finally heterogeneous interface modeling method is adopted to transfer load between atomistic and continuum environment. Distance-dependent stiffness properties are assigned utilized beam elements on the interface region. In a similar manner to the first level analyses, uniaxial tensile loading is applied to RVE and obtained Young's modulus. Additionally, for RVEs with different volume fractions and its matrix arbitrary chosen Al alloy, stress-strain curves are acquired utilizing non-linear FE code. Finally, mechanical behaviors of NC subjected to different mechanical loading and vibrational behaviors are investigated using multi-scale FE analyses. Molecular dynamic simulations are conducted using open source code called as LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator). Same process sequence is adopted with multi-scale analyses, i.e. SLGS and RVE. 1008 C atoms and totally 9120 Al and C atoms are utilized to model SLGS and RVE, respectively. Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond-Order (AIREBO) potential is employed for C-atom pairs interaction, however Embedded Atom Method EAM potential is used for Al atom interactions. Lennard-Jones potential is assigned to define non-bonded Al-C atoms interaction also. Firstly, to prevent occurrence residual stresses on molecular structure, energy minimization formulation is executed, so optimum atomic configuration is acquired. Then, uniaxial tensile loading is applied to the RVE. One side of RVE, 2-atom array is fixed and totally 2 Å imposed atom group of the other side, gradually. To prevent rupture or instability on the system 20 loop is used for imposed displacements. At the expense of the analyses, stress- strain curves are obtained both SLGS and RVE along to the armchair and zigzag directions. In conclusion, mechanical behavior of SLGS and RVE are acquired using both multi-scale and MD simulations. Obtained results are compliance with each other utilized method in the present study, Rule of Mixture (ROM) analytical calculations and similar studies exists in the literature also. Embedding the SLGS in the middle of the Al matrix conduce to strength enhancement, tremendously. Moreover, multi-scale analysis and MDS are compared in terms of CPU-times.
Matris deplasman yöntemiyle iki boyutlu gemi enine çerçevelerinin yapısal analizini yapan bir bilgisayar programı hazırlanması
Bu çalışmada gemi enine çerçevelerinin yapısal analizini yapabilecek bir bilgisayar programı geliştirilmesi amaçlanmıştır. Gemilerin ön dizaynında yapı hakkında fazla ayrıntı gerektirmeden çözüm yapabilen pratik analiz programlarına ihtiyaç duyulur. Gemi çerçeveleri değişken kesitli olabilmektedir. Bu yüzden programın değişken kesitli çerçeveleri de çözebilmesi istenmiştir. Kullanımının kolay olması, görsel arayüzünün olması, yazılan kodun sadeliğini ve okunabilirliğini arttırmak için nesne yönelimli programlama yaklaşımlarını uygulaması, gelişen teknolojiyle beraber artan bilgisayar kapasitelerini yüksek oranda ve verimli kullanabilmesi için modern uygulama programlama arayüzlerini kullanması hedeflenmiştir. Gemilerin ön dizaynında karşılaşılan çerçeve yapılarının yapısal analizinde Matris Deplasman Metodu en çok kullanılan yöntemlerden birisidir. Metot bir çeşit sonlu elemanlar metodudur. Direkt metotlar arasında yer alır. Bazı sonlu elemanlar yöntemlerindeki gibi şekil fonksiyonlarına ihtiyaç duymaz. Katılık matrisi direkt olarak kiriş teorisinden çıkartılır. Matris deplasman metodu kiriş elemanının bütün serbestlik dereceleri doğrultusundaki deplasmanlar sıfır iken her bir serbestlik derecesi doğrultusunda birim deplasman oluşturacak kuvvetleri elde ederek katılık matrisi oluşturur. Matris olarak ifade edilmiş eleman rijitlik ilişkileri daha sonra kod numaraları yöntemiyle çerçeve sistemini temsil eden tek müşterek matris haline getirilir. Aynı şekilde elemanlara etkiyen kuvvetlerden de müşterek bir kuvvet vektörü elde edilir. Elde edilen matris sistemi çözülerek deplasman vektörü elde edilir. Daha sonra bu deplasman vektörünün elemanları yine kod numaraları yöntemiyle elemanlara aktarılır ve eleman kuvvet dengesi yazılarak elemanın katılık matrisi deplasman vektörüyle çarpılıp endirekt yük vektörüyle toplanır. Bunun sonucunda müşterek eksenlerde ifade edilmiş eleman yük vektörü elde edilir. Elde edilen kuvvet vektörü transformasyon matrisiyle çarpılarak elemanın kendi eksenlerindeki kuvvet vektörü bulunur. Bu kuvvet vektörü elemanın mesnet tepkilerini içerir. Bu vektör elde edildikten sonra elemanın kesit tesir diyagramları bulunabilir. Bu çalışmada geliştirilmiş olan program hedeflendiği gibi değişken kesitli enine çerçevelerinin çözümünü yapabilmektedir. Değişken kesitli durumda iken elemanın uç momentleri Üç Moment Yönteminin en genel haliyle bulunur. Program kullanıcıdan eklenen kiriş parçalarının her birinin atalet ve kesit alanı dağılımlarını polinom şeklinde ister. Kullanıcı kirişlere yayılı yükleri ve tekil yükleri arayüzden ekler. Program yayılı yüklerin de polinom şeklinde ifade edilmesini bekler. Kullanıcı istediği çerçeveyi oluşturduktan sonra çözüm butonuna basar ve program sistemi çözer. Çıktı olarak eğilme momenti dağılımı, kesme kuvveti dağılımı, eksenel kuvvet dağılımı ve gerilme dağılımı verir. Program nümerik integral hesaplarında Simpson Yöntemini kullanır. Sabit kesitli çerçeve gibi basit durumlarda program, geliştirilen polinom sınıfı sayesinde analitik integraller alabilmekte ve nümerik çözüme gerek kalmadan hızlı bir şekilde hesap yapabilmektedir. Ayrıca program, paralel programlama yöntemlerini kullanarak çok çekirdekli bilgisayarlarda kısa sürede sonuç üretebilmektedir. Bu çalışmada geliştirilen program analitik çözüm ve muadili programlarla değişik çerçevelerde verdiği sonuçlar bakımından karşılaştırılmış ve sonuçların doğru olduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak hedeflenen program geliştirilmiş ve gemi çerçevelerinde kullanılabilecek pratik, kullanımı kolay ve kullanışlı bir analiz programı elde edilmiştir.
Lateral buckling of laminated composites with delamination
Fiber reinforced laminated composite materials have superior mechanical properties, like corrosion resistance, flexibility, high impact strength, low weight/volume ratio compared, with the metallic materials. Therefore, laminated composite materials havebeen alternatively used in air, sea and land transportation vehicles instead of metallicmaterials.The main objective of this study is to investigate effect of delamination damage, which occurs in laminated composite, on lateral buckling load of composite materials. Forthis purpose, woven E-glass/epoxy laminated composite plates with eight layers wereproduced. In order to create the delamination damage teflon film having 12 µm thickness,was used. Delamination was located mid-plane of laminated composite plate.In the study, two different delamination shapes were used as rectangular andcircular. To investigate the effect of delamination, which have different shape and size, on lateral buckling load of laminated composites; test specimens were classified in two different categories which consist of different twenty two series. In the first of these categories (eight different series), the rectangular and circular delamination areas wereselected as fixed and 600 mm^2 . In this category, the aspect ratio of square delamination and also minor and major axis ratio of circular delamination were taken as a/b=1, 2, 3 and 4. Asfor that in the second category (fourteen different series), the ratios of square and circularvidelamination were selected as a/b=0.5, 0.6, 0.75, 1, 1.3, 1.6, and 2. To better understanding effect of delamination on the lateral buckling behavior, the experimental and numericalresults of specimens with and without delamination were compared with each other?s.Ansys 12.1 software was used to investigate the lateral buckling behavior of laminated composites with delamination. Obtained numerical results have good agreement with experimental results.In addition, Weibull distributions, which have 95% reliability, were obtained withusing critical buckling load values. ReliaSoft Weibull 8++ program was used for statistical study.
Sabit lingual ortodontık apareylerle yapılan en masse retraksiyonda farklı formlarda ark tellerinin ve güç kolu pozisyonlarının keser dişler üzerindeki etkilerinin sonlu elemanlar analizi ile incelenmesi
Bu çalışmada periodontal ligament, alveolar kemik, dişler bulunan, 1. premolarları çekilmiş ve ortodontik tedavinin seviyeleme aşaması tamamlanmış üst çene modeli 'The Visible Human Project' kütüphanesinden temin edilmiştir. Uygun Hounsfield değerlerine göre ayrıştırılarak, segmentasyon işlemi ile üç boyutlu modele dönüştürülmüştür. Bu üst çene modeline bilgisayar yazılımı ile kişiye özel lingual ortodontik braketler ve en masse retraksiyon mekaniği yerleştirilmiştir. Braketlerdeki slot tasarımı anteriorda ribbonwise, posteriorda edgewise ve slot büyüklükleri 0,018"*0,025"'tir. Modellerden birinde düz, diğerinde mantar formunda 0,017"*0,025" paslanmaz çelik lingual ark telleri yerleştirilmiştir. Ark tellerinde 1. ve 2. modellerde kanin ve lateral dişler arasına, 3. ve 4. modellerde ise kanin dişin mezyaline yerleştirilen eşit uzunluktaki güç kollarından sağ ve sol 1. ve 2. molar diş arasına yerleştirilen minividalara kapalı yaylar asılarak keser dişlere çekim boşluğuna hareket etmelerine neden olacak şekilde eşit büyüklükte kuvvet uygulanmıştır. Çalışmada kullanılan üst çene modeli Tersine mühendislik ve üç boyutlu CAD faaliyetleri ALTAIR Evolve yazılımı, katı modellerin analiz ortamına uygun hale getirilmesi ve optimize ağ örgüsünün oluşturulması faaliyetleri ALTAIR Hypermesh yazılımı ile gerçekleştirilmiştir; oluşturulan sonlu elemanlar modellerinin çözümü için Nastran tabanlı ALTAIR Optistruct (ALTAIR, Troy, MI, USA) implicit çözücüsü kullanılmıştır. Uygulanan kuvvet neticesinde oluşan değişimler ise ALTAIR Hyperview yazılımı ile incelenmiştir.
Farklı implant bağlantılarının implant ve protetik parçalar üzerindeki yük dağılımına etkisinin sonlu elemanlar analiz yöntemi ile değerlendirilmesi
Dental implantlar, günümüzde kısmi ve tam dişsizlik olgularında akla gelen ilk tedavi seçeneği haline gelmiştir. Oklüzal kuvvetler altında doğal dişlerde, implantlarda ve çevre dokularda bir takım stresler oluşmaktadır. Bu çalışmada, farklı implant-abutment bağlantı tasarımlarının stres dağılımları sonlu elemanlar analizi ile incelenmiştir. Çalışmada, üç farklı implant-abutment bağlantı tasarımına sahip implant sistemleri sanal ortamda modellenmiştir. Daha sonra bu modeller ISO-14801 standardına uygun şekilde hazırlanan platforma yerleştirilmiştir. Ardından 300N kuvvet ile hem statik hem de 4Hz frekans ve 1x106 baskı sayısında dinamik yorulma testi uygulanmıştır. Çalışmanın bulgularına göre farklı implant-abutment bağlantı tiplerinde farklı stres dağılımları görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre implant-abutment bağlantı tasarımının, implantların prognozunu etkileyeceği düşünülmektedir.
Pyrotechnic shock analysis of inertial navigation systems integrated on land platforms
Inertial Navigation Systems (INS) are widely used in many industries such as defence, aerospace, automotive and robotics. When considering war situations, especially designed these systems for military purposes are of great strategic importance. These systems operating on military platforms which have heavy weapons (battle tanks, aircraft, navy ships, submarines, howitzers, etc.) are exposed to severe operating conditions. In the military platforms, INS's are expected to perform under severe conditions like temperature, vibration, shock. Shock environments, in particular, can cause damage to those devices consisting of mechanical and electromechanics systems. Therefore, necessary activities have to be carried out in order for these systems to function properly under shock during the design and development stages. The aim of this thesis is to predict the negative effects that may occur on the system due to pyrotechnic shock by performing the shock analysis of an INS operating under pyrotechnic shock on land platforms. Within the scope of the thesis, the behaviours of the sensitive unit of the INS which is the most important sub-component to be used in land platform under shock are investigated. In this thesis, the finite element model of the system to be used in shock analysis is developed in finite element simulation software ANSYS. At this stage, the experimental modal analysis of the system is performed and the modal analysis results in the simulation environment are examined. Thus, it is aimed to verify the finite element model of the system on a modal basis. By using verified finite element model, shock analyses are performed for different classical shock pulses. Also, experimental shock tests are performed with same shock signals in order to validate the numerical results obtained from shock analyses in laboratory condition. For analysing the system which exposed to the real shock environment, shock data is obtained from field tests. Due to the complexity of these collected shock data, they are examined in terms of severity levels using Shock Response Spectrum (SRS) method and damage potential of them are compared in order to determine the input pyrotechnic shock data to be used in analysis. Finally, pyrotechnic shock analyses of the INS are performed with determined shock data. In conclusion, all information about effect of the pyrotechnic shock environments on the system has been obtained from analysis results in order to be able to evaluate whether the system can withstand these severe environment conditions.
An examination of the resistance spot welding process of the ultra-high-strength steel with experimental and numerical methods
Since ultra-high-strength steels are being preferred in the automotive industry, the weldability of these steels has been gaining importance. When the scientific literature on the resistance spot weldability of UHSS is investigated, it is seen that additional studies are needed to fully understand this process. So, the motivation of this study is to get more information through numerical, and experimental methods about the resistance spot welding process of UHSS. In this study, the finite element model of the RSW process was generated as an axisymmetric and fully electrical-thermal-mechanical coupled via MSC. Marc software. MS1500 ultra high strength steel is selected as workpieces, and this process included the joining of the workpieces with the same sheet thicknesses (1.2 mm) and the same material in this study. This study provided a prediction of the quality, shape of the weld nugget, and the predicted temperature distribution via finite element simulations with the variations of process parameter which is current values. Firstly, two main simulation were generated with 8 kA ideal sinusoidal alternative current, and alternative current with phase shift to convergence of the finite element models for the real RSW process. As a result, the heat generation amount for the ideal sinusoidal alternative current is higher than the phase shifted current one during welding time. Comparing the simulation results with physical experiments, the alternative current with phase shift was preferable to constructing the FE model of the RSW process. When comparing the experimental results and the results of generated simulation with 8 kA phase shifted current, there is a relatively minor 2% error in the diameter length and 40% error in nugget thickness at the last welding cycle. The nugget shape in the experimental result was an ellipse, however, the nugget shape in the simulation result was a flat ellipse. After that, all simulation model were generated with the phase shifted current values of 7; 7.5; 8.5; 9; 9.5 and 10 kA for different simulation models. Based on the simulation results, the nugget diameter increases as the phase shifted current value increases. However, as the current value increases, temperature values between workpiece/workpiece and workpiece/electrode have increased because the energy input in the welding cycles increases. As a consequence, material melting between workpiece/electrode was visible in the generated simulation with 8.5; 9; 9.5 and 10 kA phase shifted current.
CAD/CAM porselen lamina vener restorasyonların fonksiyonel kuvvetlere karşı stres dağılımlarının incelenmesi: Üç boyutlu sonlu elemanlar analiz çalışması
Bu in vitro araştırmada, klinikte uygulanan tedavilerden biri olan porselen lamina venerlerin (PLV) farklı kesim derinliği ve farklı CAD/CAM materyali kombinasyonlarında tek tip yapıştırıcı ve tek tip preparasyon şekliyle hazırlandıktan sonra üç farklı fonksiyonel kuvvet karşısında gösterdiği stres dağılımlarının, üç boyutlu sonlu elemanlar analizi kullanılarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada, maksiller santral kesici dişi simüle eden bir üç boyutlu simülasyon modeli kullanılmıştır. Kesim modeli tüm dişlerde insizal bevel preperasyonu şeklinde oluşturulmuştur. Servikal marjin mine-sement birleşiminin 1 mm koronalinde olacak şekilde yerleştirilmiş ve tüm kesim kenarları chamfer preparasyon basamağı şeklinde hazırlanmıştır. Kesim derinlikleri sırasıyla 0,3, 0,5, 0,7 ve 0,9 mm olmak üzere dört farklı şekilde belirlenmiş ve her bir restorasyon modeli için IPS Empress CAD (Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein), IPS e.max CAD (Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein) ve Vita Enamic (VITA Zahnfabrik, Essen, Germany) olmak üzere üç farklı materyal kullanılmıştır. Tüm restorasyonlar ışıkla sertleşen Variolink Veneer (Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein) rezin siman kullanılarak yapıştırılmış ve restorasyon modellerinde siman tabakası kalınlığı 100 µm olarak belirlenmiştir. Modeller kortikal ve trabeküler kemiğin üst ve arka bölgesinde bulunan düğüm noktalarından her üç eksendeki hareketi engellenecek şekilde tüm serbestlik dereceleri kısıtlanarak sabitlenmiştir. İnterkaspal ve protruziv hareketi simüle etmek için kesici kenarların lingual yüzeyine üç farklı açıda (0, 60° ve 120°) 100 N kuvvet uygulanarak analiz yapılmıştır. Sonlu elemanlar modeli üzerindeki stresin dağılımı ve yoğunlukları hem renk kodlaması hem de sayısal değerler olarak verilmiştir. Elde edilen veriler incelendiğinde farklı CAD/CAM bloklarından üretilen PLV'ler üzerinde oluşan çekme ve sıkışma gerilim stresleri fark göstermiştir. Kesim derinliği ile birlikte artan vener kalınlığı sonucu PLV'ler daha derin preparayonlarda daha az çekme gerilme stresi yaratmıştır. Palatinal diş yüzeyine gelen fonksiyonel kuvvetlerin açısı arttıkça, PLV'ler üzerinde oluşan stresler artmıştır. Materyal sertliği arttıkça PLV'lerde oluşan stresler de arttmıştır.
Rezorbe maksilla modeline uygulanan implantların uygulama bölgelerindeki değişikliklerin kemik ve implant üzerindeki etkisinin sonlu eleman analizi ile incelenmesi
Dental implantlar, modern diş hekimliğinde diş eksikliklerinin giderilmesi amacıyla en çok kullanılan tedavi yöntemidir. Tek bir diş eksikliğinden, çoklu diş eksikliklerine ve tam dişsizliklere kadar uzanan tüm durumlarda hastaların fonksiyonel, estetik, fonetik ve psikolojik durumlarının iyileştirilmesinde dental implant tedavileri ile doğal dişlere en yakın sonuçlar elde edilmektedir. Tam dişsizlik durumuyla birlikte ileri derecede atrofi görülen çenelerde, çene ilişkilerinin değişmesi, implant yerleştirilecek bölgelerde kemik dokunun yetersiz oluşu ve dental arklar arasındaki mesafelerin artışı; ideal protetik tedavi planlamalarını zorlu hale getirmektedir. Bu problemleri çözebilmek adına kemik ogmentasyon yöntemleri ve farklı implant tedavisi planlamaları geliştirilmiştir. Ogmentasyon yöntemleri sayesinde atrofik bölgelerin rekonstrüksiyonu ile dental implantların yerleşimi için yeterli kemik dokusunu sağlamak mümkün iken; tedavi sürelerinin ve geçirilen cerrahi operasyon sayısının artması, post-operatif dönemde oluşabilecek komplikasyonlar gibi etkenler hastaların ek cerrahi prosedürlere olan toleransını azaltabilmektedir. Bu çalışmanın amacı; premaksillada atrofinin belirgin şekilde görüldüğü kombinasyon sendromu gibi durumlarda, 2 farklı tedavi yaklaşımı (ogmentasyon ve implantların pozisyonel değişimi) uygulandığında, fonksiyonel kuvvetler altında implant ve protetik parçalar üzerinde, implantı çevreleyen kortikal ve kansellöz kemik dokusunda oluşan streslerin şiddetlerini ve bölgesel dağılımlarını karşılaştırmaktır. Çalışmamızda bu amaç doğrultusunda üç boyutlu sonlu elemanlar analizi yöntemi kullanılmıştır Bu çalışmanın sonuçlarına göre, mandibula ramustan elde edilen blok kemik grefti kullanılarak ogmente edilmiş premaksilla bölgesine yerleştirilen implantlar ve premaksilla ogmentasyonu yapılmaksızın sadece premolar-molar bölgeye yerleştirilen implantlar ile protetik rehabilitasyonu tamamlanan modellerde; implant, implant komponentleri ve çevre dokularda oluşan stres değerleri karşılaştırıldığında benzer sonuçlar elde edildiği gözlenmiştir.
Flow formıng yöntemi ile alüminyum jant üretiminin incelenmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile jant analizlerinin yapılması
Otomotiv sektörü her geçen gün yeni bir teknoloji, tasarım ve yakıt sarfiyatı gibi alanlarda yapılan yeniliklerle ürettiği yeni araçlarıyla son kullanıcıların ilgisini çekmeye çalışmaktadır. Ana sanayi firmaların bu doğrultudaki talepleri yan sanayi üreticilerinin de mevcut üretim tekniklerini iyileştirmeleri gereksinimini doğurmuştur. Bu tez çalışmasında, alüminyum alaşımlı jantlar alçak basınç döküm ve flow forming üretim teknolojisi açısından ele alınmış olup, çalışma boyunca her iki üretim teknolojisi hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Bu bilgiler doğrultusunda jant darbe ve virajda yorulma testleri gerçekleştirilmiş ve yapılan jant tasarımları bilgisayar ortamında sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmiştir. Elde edilen analiz sonuçları son bölümde her iki üretim tipi için karşılaştırılmıştır.
İzotropik çekirdekli karbon nanotüp katkılı kompozit sandviç kirişlerin statik ve serbest titreşiminin incelenmesi
Bu tez çalışmasında çekirdek tabakası izotropik malzemeden, alt ve üst tabakaları karbon nanotüp katkılı ve ayrıca karbon fiber takviyeli kompozit tabakalarla güçlendirilmiş basit mesnetli kirişin serbest titreşimi ve burkulma yük değerleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Basit mesnetli kirişin alt ve üst tabakaları için Halpin-Tsai modeli kullanılmakla beraber sonlu elemanlar modellenmesinde Euler-Bernoulli kiriş teorisi kullanılmıştır. Kirişlerin sonlu elemanlar modellenmesi MATLAB programında yazılan bir kod vasıtası ile incelenmiştir. Çalışmada karbon nanotüp oranı, fiber oryantasyon açısı ve çekirdek yüksekliğinin kiriş yüksekliğine oranı (h/H)'ın doğal frekans, burkulma, yer değiştirme ve tabakalar arasında meydana gelen gerilme değerleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. İncelenen parametrelerin kiriş üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür.
Micromechanical progressive damage model for predicting resin dominated strength values of fibre reinforced composites under various types of loading
In this study, a three-dimensional Representative Volume Element (RVE) with hexagonally packed array is used to predict the mechanical behaviour of a unidirectional carbon fibre reinforced epoxy under various types of loading. Firstly, elastic moduli, Poisson?s ratios, coefficients of thermal expansion (CTE) and shear moduli of a unidirectional carbon fibre reinforced polymer (CFRP) are predicted using proper boundary conditions under various types of loading in ABAQUS Finite Element Software. Secondly, Manufacturer?s Recommended Cure Cycle (MRCC) of AS4/8552 composite is modelled as a thermal loading process to calculate the micromechanical residual stresses developed during manufacturing. A user defined material subroutine (UMAT) is developed to model the incremental moduli as well as cure and thermal contraction of the resin as it cures. At the end of the cycle, it is observed that, most of the residual stresses are produced as a result of cooling from curing temperature to room temperature. Stress distributions in fibre-matrix interface at the end of the cycle are presented. Finally, progressive damage model is applied to assess the failure mechanisms of AS4/8552 under various types of loading. Maximum Principal Stress, Raghava?s and Bauwen?s modified von Misses failure criteria are applied with element stiffness reduction method. Resin-dominated strength values, cited in the manufacturer?s data sheet like transverse tensile strength, transverse compression and in-plane shear strength are successfully predicted by using the strength and stiffness values of constituent materials provided by the manufacturer. At the end of the analysis, it is found that, damage initiation and its evolution are highly affected by loading type, loading direction and residual stresses.
Constitutive models of shape memory alloys and their implementation to finite elements
The aim of this work is to study existing constitutive models for shape-memory alloys and to implement them to finite elements. Fracture behavior in Mode-I and mixed-mode is studied and, for this purpose, a 2D edge cracked shape-memory alloy plate is discretized and UMAT interface of Abaqus, with different constitutive models is used. Phase transformation stress distributions around the crack tip are studied in detail for different amounts of loadings, and crack lengths. Results are tabulated and plotted to show the differences between different models. The effect of stress induced phase transformation is also studied.
Investigation of dynamic behavior of back to back reinforced soil retaining walls with finite element and artificial neural network
Back-to-back Mechanically Stabilized Earth (MSE) wall are commonly used for bridge approach embankments. By the means of not only aesthetically pleasing appearance but also satisfactory performance under seismic loading reinforced soil retaining structures are becoming widely used in Turkey.In this study, a parametric study of seismic response analysis of reinforced soil retaining structures was performed using a finite element analysis with commercial Finite Element software, Plaxis. The aim of the study is to determine the influence of reinforcement length, reinforcement spacing, wall height and facing type on seismic-induced permanent displacements. Permanent displacements under earthquake loading conditions associated with different L/H ratios and reinforcement spacing for 5m, 6m, 7m, 8m, and 9m height walls are investigated. In order to investigate dynamic behavior of the walls harmonic motions with 5 seconds duration have been applied. The harmonic motion had three different levels of Peak Ground Accelerations, namely 0.2g, 0.4g and 0.6g. The frequency of the harmonic input acceleration record is 3 Hz.Artificial Neural Network conducted in this study was applied for the first time in literature to estimate the deformations of retaining walls under dynamic loads. Although developing an analytical or empirical model is feasible in some simplified situations, most manufacturing processes are complex, and therefore, models that are less general, more practical, and less expensive than the analytical models are of interest. ANN has been applied successfully in many non-linear geotechnical engineering problems in order to make reliable predictions and to check whether the range of classical design results are within reasonable outcomes.
Strain energy based fatigue model for notched part subjected to multiaxial loading
In this study, a new fatigue assessment model is developed for high cycle fatigue of metals under multiaxial proportional loading. The proposed model uses readily available material properties and contains no parameters depending on geometry or loading conditions. It is applicable to parts containing a notch or locally high stressed regions. The effects of loading conditions and geometry are taken into consideration via the use of equivalent strain energy density parameter introduced in this study. Its numerical value depends on the strain state within the part obtained through finite element analysis. The predictions of the proposed fatigue model are compared with the results of two experimental studies conducted on specimens with different notch geometries, fillet and hole, and on two different steel materials; one was a carbon steel, the other was a stainless steel. In the experiments, different types of multiaxial loads were applied; one was bending combined with torsion, the other was axial load combined with torsion. For these different conditions, the model predictions and the experimental results correlate quite well.