İzotropi koşullu latis malzemeler kullanarak topoloji optimizasyonu

Latis malzemeler, hafiflik, direngenlik, titreşim sönümleme ve ısı yalıtımı gibi birçok avantaja sahiptir. Eklemeli imalat teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte latis malzemelerle yapılan tasarımlar üretilebildiğinden, günümüzde birçok farklı alanda kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Latis malzemeler ile tasarım yapılırken, homojenizasyon tabanlı topoloji optimizasyonu ile yoğunluk eşleştirme gerçekleştirilerek parça içerisindeki latis hücrelerin uygun yoğunlukları belirlenmektedir. Fakat, çoğu latis malzemenin mekanik davranışları kompozit malzemelerde olduğu gibi yöne bağlı olarak değişmekte olup izotropik değildir. Topoloji optimizasyonunda yoğunluk eşleştirme için ticari yazılımlarda da basitliğinden dolayı yaygın olarak kullanılan cezalandırma ile katı izotropik malzeme (Solid Isotropic Material with Penalization - SIMP) yöntemi kullanıldığında, izotropik olmayan homojenize özellikler farklı doğrultularda farklı gerilme ve yer değiştirme oluşturacağından latis malzemelerin kullanımında sorun oluşmaktadır. Bu tez kapsamında, bu sorunun çözümü için, izotropi koşullu yoğunluk eşleştirme (İKYE) modeli önerilmiştir. Önerilen bu model sayesinde, tüm yoğunluk değerlerinde homojenize elastik özelliklerinin izotropi koşulunu sağladığı çubuk elemanlarla modellenmiş latis hücreler belirlenmiştir. Bu latis hücreler izotropi koşulunu sağladığı için, SIMP yöntemi ile topoloji optimizasyonunda kullanılabilmektedir. Topoloji optimizasyonunda kullanılacak yoğunluk aralığı eklemeli imalat ile üretilebilecek şekilde belirlenmiştir. Önerilen yöntemin etkinliğini göstermek amacıyla literatürde eklemeli imalat ile üretim için tasarlanan farklı üç boyutlu nümerik örnekler üzerinde uygulamalar yapılmıştır. Bu çalışmada, sonlu elemanlar modelinin oluşturulması, homojenize malzeme özelliklerinin elde edilmesi ve topoloji optimizasyonu aşamalarında ABAQUS yazılımı kullanılmış; latis tasarımlarının yüzey ve katı modelleri oluşturulurken ise MATLAB programından faydalanılmıştır. İKYE modeli ile oluşturulan optimize tasarım sonuçları, literatürde dikkate alınan sonuçlarla karşılaştırılıp üstünlüğü gösterilmiş ve doğrulanmıştır. Önerilen bu yöntem sayesinde, izotropi şartını sağlayan latis konfigürasyonları belirlenirken, aynı zamanda ticari yazılımlarda mevcut olan SIMP ile topoloji optimizasyonu kullanılarak latis hücrelerin makroskopik dağılımlarının elde edilebildiği gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Latis malzeme, Homojenizasyon, İzotropi, Topoloji optimizasyonu, Eklemeli imalat.