5,737
Archived Theses
6
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Improved thermal management of electrical vehicles usinginternal magnetic field of the electric motors
Improved cooling performance is required to ensure system durability and reliability of electric motors used for electric vehicles, and using magnetohydrodynamics principles offers a promising approach to enhance cooling performance. In this study, the utilization of the internal magnetic field of a 110 kW permanent magnet synchronous motor that has six axial cooling channels embedded between the coils to improve cooling performance is presented. The magnetic field for this motor is estimated and its effect on cooling performance is identified through numerical analysis. Magnetohydrodynamic effects are achieved using Cu-water/ethylene glycol magnetic nanofluids at varying particle volume fractions (up to 1%) and volume flow rates from 25 L/min to 35 L/min. The maximum improvement in thermal performance is observed at a flow rate of 25.8 L/min with a 1% volume fraction, yielding a remarkable 64% increase in the convection heat transfer coefficient and a 21% reduction in total thermal resistance, and 20% increase in cooling capacity by utilizing the internal magnetic field effect. The utilization of magnetohydrodynamic effects leads to a notable reduction in motor temperatures, thereby enhancing the endurance limits by up to 218%. The utilization of magnetohydrodynamics effects in this study proves advantageous to enhance the overall performance of the cooling system in the motor.
Study of organic Rankine cycle with zeotropic mixtures and optimization of mixture composition
There are two main parts of this study. In the first part of the study, the aim is to develop an accurate ORC model which is validated using reliable steady-state data. For this purpose, tests are conducted at four different heat source temperatures ranging from 80 to 110 ℃ to obtain data in a repeatable manner. The proposed model considers pressure drop and heat transfer correlations to improve the accuracy of model predictions. The results show that the steady-state ORC model is significantly accurate, with ±1% deviations in pressure and ±1 ℃ in temperature, and ±5% in mass flow rate, heat transfer rate and refrigerant pump power predictions. In the second part, the performance of ten different R134a blends with varying mole fractions is evaluated by the modified version of the ORC model developed in the first part. The fluid screening is made for various criteria including low flammability and toxicity indexes, low ODP values, and molecular weight of the pure refrigerant candidates. The parametric performance evaluation of the selected R134a blends with the variable mass fraction is made with respect to two performance indicators including net power output, and the cycle thermal efficiency. Expander outlet pressure and hot fluid inlet temperature are selected as decisive parameters. For the parametric optimization, firstly, all the parameters except the hot fluid inlet temperature are fixed, and R134a blends with varying mass fractions are searched for hot fluid inlet temperature ranging between 363-403 K. Then, the expander outlet pressure is changed between 550-700 kPa for a hot fluid inlet temperature field of 363-393 K to seek the best performing R134a blends with variable compositions in terms of the selected performance indicators. Results show that zeotropic blends with more volatile second components than the pure R134a including R134a/R32, R134a/R143a, and R134a/R125 blends show the best performance in terms of selected performance indicators for all applicable temperatures and the expander outlet pressure range, although they have limited mass fraction of the second components. Besides, azeotropic blends that have closer boiling temperatures to R134a can also provide a better performance than pure R134a.
Reliability analysis of heavy duty vehicle components based on long term warranty data
In this work a big automotive company truck's warranty data is used to perform reliability analysis of heavy duty vehicle components. Automotive manufacturers produce and sale the vehicle to the customer. Warranty period of vehicle starts when customer buy a new vehicle. Every manufacturer has different warranty policies. Warranty data occurs while the customer brings their vehicles to the automotive dealer service to fix their problems during the warranty period. Reliability analysis was completed on the problems within 24 months which is the warranty period of the truck. Manufacturers spend more money per year to resolve warranty related issues. To reduce this huge amount of warranty related costs, they have always been interested in knowing their product reliability and failure causes. The knowledge of product reliability will help them to designing warranty policies. Firstly, keywords of thesis definition are completed such as reliability, failure, failure rate. Then functions, statistical distributions and types of analysis which is used in reliability analysis are described in details. Secondly, mentioned that importance, definition and types of warranty data. Warran-ty data collection and warranty data analysis are explained as well. In results & conclusions, five components have been selected to perform analysis via Weibull distribution which is the best fit distribution according to the actual data. Components cumulative hazard curves determined to define failure rates such as increasing failure rate, constant failure rate and decreasing failure rate according to the Weibull shape parameter. These provide information about how the product can be developed. If the result is decreasing failure rate, we can comment that manufac-turing issues which is called also early life failures. If the result is constant failure rate, we can comment that accident or random failure events (e.g. stones pecking against vehicle body). If the result is increasing failure rate, we can comment that wear out or degradation of a part due to fatigue, corrosion, wear, creep. As a continuation of cumulative hazard curve, components reliability and failure probability curves have been determined. Secondly, service life of each component has been compared based on different model year. This provides to discover burn issues and components life situation over the years. Lastly, components reliability and failure probability performance metrics have been compared according to the vehicle types. We saw that an analysis based on vehicle types is very important to hit the right notes to fix the problems.
Nanoteknolojide yerel olmayan çubuk teorisinin statik ve dinamik problemleri
Modern teknolojide, cihaz özellikleri büyük bir hızla artmakta, boyutlar ise aynı hızla küçülmektedir. Malzeme boyutları küçülmeye başladıkça, özellikle, nanometre mertebelerine inildiğinde, malzemelerin yeni ve mükemmel fiziksel özellikleri ortaya çıkmaktadır. Atomların ve moleküllerin dizilişi tasarlanarak olağanüstü özelliklere sahip yeni yapay malzemeler ortaya çıkarılmaktadır. Bu malzemelerle, nano boyutlarda cihazlar ve sistemler tasarlanmaktadır. Bu yeni teknolojiye nanoteknoloji denmektedir. Nanoteknolojinin en önemli temel alanlarından biri nanomekaniktir. Nanomekaniğin çalışma konusu, nano boyuttaki sistemlerin kuvvet ve yer değiştirme ilişkilerinin ve titreşim özelliklerinin analizi ile fonksiyonel ve elastik karakteristiklerinin incelenmesidir. Özellikle, karbon nanotüplerin keşfinden sonra, nanomekanik konusundaki çalışmalar yoğunlaşmıştır. Son zamanlarda, nano elektromekanik sistemlerin (NEMS) ortaya çıkması, bunlara olan ilgiyi oldukça arttırmıştır. Literatürde yapılan ve nanotüplerin ve nanoçubukların statik ve dinamik davranışları inceleyen çalışmalar, analizlerinde üç temel yöntem kullanmışlardır: Atom seviyesinde modelleme. Hibrid: Atom seviyesinde-sürekli ortamlar mekaniği ve Sürekli ortamlar mekaniği. Atom seviyesinde modelleme yönteminde, genel olarak, klasik moleküler dinamik ve yoğunluk fonksiyonu teorisi kullanılmaktadır. Hibrid yöntemde ise, atomlar arası potansiyel enerji, sürekli ortam analizine doğrudan uygulanmaktadır. Sürekli ortamlar mekaniği teorisi, karbon nanotüpleri ve nano çubukları, sürekli ve homojen makro yapılar olarak ele almaktadır. Atomlar arasındaki kafes boşlukları gibi, malzeme mikro yapılarına ait özellikler ihmal edilmektedir. Klasik veya yerel sürekli ortamlar teorisinin, nano boyuttaki sistemlere uygulanabilirliğinin kısıtlı olmasının esas nedeni, atomlar arası kafes boşluklarından dolayı oluşan malzemedeki ayrık yapının, sürekli ortam kabülü ile modellemeye uygun olmamasıdır. Diğer bir deyişle, nano ölçekte, malzeme özellikleri boyuta bağlı olarak değiştiği için, nano-malzemelerin mekanik davranışının belirlenmesinde, küçük ölçek etkisinin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Nanometre mertebesindeki sistemlerde, küçük ölçek etkisi oldukça önemli hale gelmektedir. Böylece, nano yapılarla ilgili çalışmalarda, boyut etkisinin hesaba katıldığı yerel olmayan sürekli ortam mekaniğinin uygulanmasına başlanmıştır. Yapılan literatür araştırmasında, çoğunlukla, doğru eksenli nano çubukların statik ve dinamik analizinin ele alındığı görülmektedir. Eğri eksenli nano çubuklarla ilgili sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bunların bir çoğu, atom seviyesinde modelleme veya hibrid yöntemleri kullanmaktadır. Yerel olmayan elastisite teorisinin kullanıldığı az sayıdaki çalışmada ise, yerel olmayan etki olarak, sadece eğilme momenti göz önünde bulundurulmaktadır. Statik problemleri ele alan çalışmalar, sadece eğilme etkisini gözönüne almakta, kayma deformasyonu etkisini ihmal etmekte, kesme kuvvetinin yerel olmayan etkisini göz önüne almamaktadır. Titreşim problemlerini inceleyen çalışmalarda ise, hem kayma deformasyonu hem de dönme eylemsizliği etkileri genellikle ihmal edilmektedir. Ayrıca, çözümler, çeşitli sayısal ve yaklaşık yöntemlerle elde edilmektedir. Bu çalışmada, düzlemsel eğri eksenli nano çubukların statik ve dinamik davranışları, yerel olmayan elastisite teorisinin genel denklemleri kullanılarak incelenmiştir. Eringen tarafından verilen yerel olmayan elastisite teorisinin genel denklemleri, silindirik koordinatlarda yazılarak, çubuk teorisine uygulanmıştır. Böylece, yerel olmayan çubuk teorisi denklemleri, değişken yayılı yükleri taşıyan değişken eğrilikli ve değişken kesitli çubuklar için elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılarak, düzlemsel eğri eksenli çubukların düzlem içi statik ve dinamik problemleri incelenebilmektedir. Denklemlerde, hem momentlerin ve hem de kuvvetlerin yerel olmayan etkileri gözönüne alınmaktadır. Eksenel uzama ve kayma etkilerinin yanında eksenel ve kayma kuvvetlerinin yerel olmayan etkilerinin de gözönüne alındığı literatürdeki ilk çalışma bu olmuştur. Eğri eksenli çubğun statik davranışını ifade eden denklemlerin analitik kesin çözümü, başlangıç değerleri yöntemiyle elde edilmiştir. Başlangıç değerleri yönteminin üstünlüğü; yüksek mertebe statik belirsizliklerin, problemin çözümüne ilave bir zorluk katmamasıdır. Herhangi bir bilinen sınır şartı ile kesin analitik çözüm elde etmek mümkündür. Farklı geometri ve kesite sahip çubukların asal matrislerinin analitik ifadeleri elde edilmiştir. Böylece, çubuk eksen eğrisi ve kesiti ne olursa olsun, yer değiştirme, kesit dönmesi ve kesit tesirleri değerleri eksen eğrisi boyunca analitik olarak belirlenebilmektedir. Ayrıca, teoride ortaya çıkan parametreler belirlenerek, bunların statik davranışa etkileri incelenmiştir. Boyut parametresi, çubuk açıklığı, narinlik oranı gibi bazı parametrelerin değişiminin çubuğun statik davranışına etkisini göstermek amacıyla çeşitli çubuk geometrileri, yükleme ve sınır şartları ile ilgili problemler çözülmüştür. Sonuçlar, eksenel uzama ve kayma deformasyonu etkilerini göz önüne alan ve almayan farklı durumlar için hesaplanmıştır. Çeşitli problemler çözülmüş ve yer değiştirme, dönme açısı ve gerilme bileşenlerinin kesin analitik denklemleri elde edilmiştir. Bu çalışmada önerilen yöntemle boyut parametresi ve çeşitli geometrik parametrelerin eğri eksenli nano çubukların statik davranışına etkileri incelenmiştir. Narinlik oranı λ=(R θ_t)⁄√(I⁄A) , 20 ile 150 arasında ve çubuk açıklığı (θ_t) 10° ve 180° arasında alınmıştır. Boyut parametresi (R⁄γ)' nin 1 ile 10 arasında değiştiği kabul edilerek yerel olmayan boyut faktörü γ 1,56 nm olarak alınmıştır. Poisson oranı ve Young modülü sırasıyla υ=0.3 ve E=1 TPa, alınmıştır. Ancak bu çalışmada, yerel ve yerel olmayan teorilerle elde edilen sonuçların oranları verildiğinden sonuçlar bu değerlere bağlı değildir. Çubuk statik davranışını ifade eden denklemlerden hareketle, D'Alembert prensibi yardımıyla, dinamik davranışları ifade eden denklemlere ulaşılabilmektedir. Eksenel uzama, kayma deformasyonu ve dönme eylemsizliği etkilerini göz önüne alan dinamik denklemlerin kesin çözümü, başlangıç değerleri yöntemiyle, düzlem içi titreşimler için elde edilmiştir. Kesin çözüm, sadece, sabit kesitli, çember eksenli çubuklar için söz konusu olmaktadır. Titreşim ile ilgili çeşitli problemler çözülerek, doğal frekanslar elde edilmiştir. Ayrıca, elde edilen frekanslar yardımıyla mod şekilleri de çizilmiştir. Boyut parametresi, çubuk açıklığı, narinlik oranı gibi bazı parametrelerin değişiminin çubuğun dinamik davranışına etkisini göstermek amacıyla çeşitli örnekler verilmiştir. Ayrıca, değişken eğrilikli ve kesitli çubuklar da, birçok sabit eğrilikli ve kesitli çubuk elemandan oluşuyormuş gibi modellenmiş ve aynı çözüm yöntemi kullanılarak sonuç elde edilmiştir. Sonuçlar, etkilerin göz önüne alındığı ve alınmadığı farklı durumlar için hesaplanmıştır. Bu çalışmanın temel amacı, nano boyutlardaki çubukların statik ve dinamik problemlerinde, yerel olmayan elastisitenin kullanılmasının klasik elastisiteye göre çok daha üstün olduğunu ve nanoyapıların mekanik davranışlarını anlamada yerel olmayan etkilerin önemli olduğunu göstermektir. Çalışmada, eğri eksenli nano çubukların statik davranışları için temeli Eringen'in yerel olmayan elastisite teorisine dayanan boyuta bağlı yeni bir çubuk teorisi sunulmuştur. Yerel olmayan bünye denklemleri klasik çubuk denklemlerine uygulanmıştır. Eksenel uzama ve kayma deformasyonu etkileri ve bunlar ile eğilme momentinin boyuta bağlı etkileri analitik modelde ele alınmıştır. Kesin çözüm için başlangıç değerleri yöntemi kullanılarak sonuçlar analitik olarak elde edilmiştir. Diğer modelleme yöntemleri bazı kusurlarından dolayı yetersiz kalmaktadır. Atomistik yaklaşımın karmaşık atomik yapıları modelleme kapasitesi yoktur ve hesaplama yönünden pahalı olmaktadır. Öte yandan, klasik sürekli ortam yaklaşımları daha basit formülasyonlar vermekte fakat boyuttan bağımsız olmaları nedeniyle yetersiz kalmaktadırlar. Çalışmaların çoğunda, nano çubuklar kusursuz şekilde düz kabul edilmektedir, fakat sensörler gibi nano teknoloji uygulamalarında kullanılmaları için eğri eksenli üretilebilmektedirler. Bu gerçekten hareketle, nano çubuk denklemleri elde edilerek kesin çözümler geliştirilmiştir. Ayrıca, mühendislik uygulamaları için yerel olmayan bir sonlu eleman geliştirmek bu çalışmayla mümkün olabilecektir. Nano bilim ve nano teknolojideki ilerlemeler son on yılda modern dünyayı şekillendirmiştir. Teori, modelleme ve simülasyon bu ilerlemelerde kritik bir rol oynamıştır. Burada önerilen çözüm yöntemi, MEMS ve NEMS uygulamalarındaki eğri eksenli çubuk komponentlerin tasarım ve üretimine yardımcı olacaktır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların nano aygıtların mühendislik tasarımına yol göstereceği ümit edilmektedir.
Model based driveline analysis and controller development for improved driveability
Market demand has been pushing the truck manufacturers to provide trucks with more engine power and torque to the market. This demand is essentially related to the performance expectation of the customers to have high wheel torques available. In addition to the performance increase, also the customer expectations have increased on other attributes such as Noise Vibration Harshness (NVH), vehicle dynamics and etc. Driveability has also become an important attribute of the vehicle. A product needs to be developed to satisfy these expectations related to the stated attributes. This necessity brings up the need of analysis of driveability and driveability error states, which will be more obvious because of high torques in the driveline. High torques in the driveline is a result of the high transmission ratio and engine torques in the driveline. Driveability term contains responses to several maneuvers such as launch, acceleration and shifting. These maneuvers can be further extended to more detailed maneuver types. Examples to these maneuvers are in-gear acceleration, acceleration after shifting, up-shifting, down-shifting, comfort launch and performance launch. It is possible to analyse the driveability attribute of the vehicle separately for all these maneuvers. One of the most important error states of the driveability are the oscillations in the driveline and jerk which are caused by sudden tip−in and tip−out maneuvers of the driver which result in sudden load changes in the driveline. The presented work will focus to the tip-in maneuvers which covers also the tip-out maneuvers as the difference between these maneuvers are only the direction of torque change. Within the scope of the presented work, three vehicle models reflecting driveline components in different detail levels are created in Matlab environment in order to perform the mentioned analysis of driveability and driveability error states. The transient maneuver results obtained from these models are compared to test results of the real vehicle. The results show that in order to analyze the driveability and driveability error states, the elastic driveline model where the drive shafts are modelled is sufficient. The contribution of the tire models to reflect driveability is limited. In the next step of the work, in order to improve driveability, the effect of changing the physical characteristics such as inertia, stiffness and damping of the driveline components is investigated. According to the results of the work, it is shown that driveability error states during tip−in and tip−out maneuvers cannot be solved by changing physical properties of the driveline components. It is shown that the solution is not on the system side, which is the driveline in this case but in the excitation side. Another contribution of this part of the work is that it has shown how the changes of the physical properties of the driveline components may affect driveability. As the error states occurring during tip−in and tip−out maneuvers in terms of oscillations and jerks are shown to be not evitable by changing the physical properties of the driveline components, the necessity of controlling the demanded torque is arisen in order to solve the problem in the excitation source. It is shown that by applying filters or ramp functions will cause performance complaints by the driver and modern control methods are investigated. The control methods which are investigated in the context of this work mainly consist of three steps; defining metrics for two contradicting requirements such as performance and comfort, establishing a cost function using these metrics and applying control to put the cost function at minimum. In these methods which incorporate cost functions, the weighting values are of importance because they directly affect the optimal solution thus the control gain which is to be used. Of course there are methods which define how to choose the weighting functions but these methods do not ensure the satisfaction of the customer and rely on subjective assessment of the one who is tuning the weighting factors. Another disadvantage of the proposed controllers are either they do not consider different driver inputs such as differentiation between low tip−in and high tip−in or rely on drivers requested torque which is not directly linked with drivers input to the vehicle. Due to the disadvantages states above, the necessity for a new controller design is seen. The proposed "Driving Input Dependent Optimal (DIDO) Controller" is designed not to rely only on the weighting factors which will be chosen by the engine calibration engineer, who will calibrate this function but it will ensure that the customer expectations both from comfort and performance perspective are satisfied according to brand strategy and characteristics. The designed controller consists of a tip−in detection algorithm which will classify the tip−in maneuver depending on the accelerator pedal position and its rate, a reference acceleration generation algorithm which will generate reference acceleration of the vehicle based on the tip−in type and brand characteristics, three optimal controllers which are performance oriented, comfort oriented and the hybrid of these modes and a state machine which will govern the switching between these three controllers with respect to the driver inputs, acceleration of the vehicle and brand characteristics. During the controller development, the non−linear driveline model is converted to a linear model by making some assumptions which are explained in detail within this work. The effect of the linearization onto the simulation results are investigated before continuation with the controller development. Once the controller is designed and shown to work as it is intended, the LTI (Linear Time Invariant) plant model is removed and the non−linear plant model is used. By evaluation of the results with the non−linear plant model, it is seen that a Kalman filter is required to compensate the differences between the linear and non−linear driveline models. With the proposed Kalman filter, controller is shown to operate successfully. In the work, also the sensors which will be used in a real vehicle application are also identified and it is seen that the available sensors will not be enough to obtain all the necessary state information which are used in the controller for calculating control inputs. Therefore another Kalman filter is designed which can estimate the states from the information obtained from the sensors, known states in this case. It is also shown that the controller can operate properly by estimating states from the sensors. In the next step of the work, controller sensitivity analysis is performed. The sensitivity analysis is required because controller is designed based on driveline model parameters. It is expected from a controller to be able to compensate the difference between the real driveline parameters and the parameters to be used in the model. It is also shown that the proposed controller can work with the deviation of the driveline parameters as well. As the last step of the controller design, a process map for calibrating this function is generated. The process map shows that calibration of this controller is more efficient and effective compared to the other controllers proposed in the literature because it considers the expected outcome and tracks it according to its design. The contribution of this work to the literature can be summarized by its capability to propose a non−linear driveline model which includes all of the elastic elements in the driveline by incorporating submodels for the driveline backlash and tires for a rear wheel driven commercial vehicle; its results showing the effects of changes of physical properties of the driveline components on the driveability and the resulting "Driving Input Dependent Optimal (DIDO) Controller" which is capable to overcome driveability error states with an ease of application, ensuring delivering brand characteristic to the customer and adaptation to the different driver inputs.
Numerical investigation of power cylinder lubrication and frictional performance considering piston elastic deformations
This study aims to predict the behavior of an oil-lubricated piston reciprocating inside a cylinder in the context of its lateral motion, and to state its contribution to total piston assembly friction. For this purpose, a detailed model was constructed and a MATLAB code was written solving secondary motion of a piston in mixed lubrication and calculating friction losses arising from skirt-liner interaction. In regard to its effects on the operation of the piston, skirt lubrication was focused on. Effects of surface finish of skirt and liner were taken into account using the modified form of Reynolds equation with pressure and shear flow factors. An asperity contact model was introduced for the effect of solid-to-solid contact of surfaces. In addition, continuity of lubricant film between skirt and liner surfaces was investigated. Reynolds flow separation approach was used to determine film rupture boundary for the two-dimensional flow of lubricant. Thermal expansion of the piston was calculated to obtain the skirt profile under steady-state engine running conditions for a known cold profile. Change in the lubricated surface of skirt during operation was taken into account by calculating the piston's elastic deformation under the effect of lubricant pressure and contact loads at each time step. Simulation results for a number of cases were presented for effects of the skirt profile. Different cases are obtained by changing barrel form, the bulge location and ovality of piston. Setting the radius at the bulge location as the nominal skirt radius, radial reduction towards skirt top and bottom were increased and reduced for the effect of barrel form only. A second set was obtained by moving the bulge location up and down while the radial reduction due to barrel form was kept constant as moved away from the bulge. The third set contains two different oval profiles with increased and reduced radial drops in the circumferential direction while the barrel profile on the plane of symmetry which is perpendicular to pin axis was kept constant. Resulting friction losses were compared and used to suggest an alternative skirt profile for improved lubrication performance. Furthermore, oil viscosity which has transverse effects on hydrodynamic lubrication was selected as another focus design parameter. The model was tested to be used as a tool to predict an optimized viscosity for its effects on viscous shear and solid-to-solid contact behavior. These analyses were carried out with two different inlet oil supply conditions. 20 µm oil thickness available at the leading edge was assumed for partially-flooded inlet whereas 40 µm was taken for fully-flooded condition. Generally it was found that critical period in terms of frictional loss and solid contact started at around 40°CA after FTDC. Boundary friction was more dominant in partially-flooded inlet cases whereas hydrodynamic losses were higher for fully-flooded inlet ones, as expected. In partially-flooded inlet analysis, minimum and maximum frictional loss values were found for the change in oval form of the skirt. It was also seen that baseline oil type can be used since lower viscosities results in increased power loss and higher one offered negligible benefit. In the end, a skirt profile was suggested with the combination of three parameters. However, the friction mean effective pressure was found to be higher than the value obtained by only changing the oval form. Therefore, it was concluded that effects of changes in skirt profile parameters were not linear for the given engine operation condition with the partially-inlet. A reduction in oval form alone could be more beneficial in terms of frictional power loss. Fully-flooded inlet resulted in significantly less frictional power loss due to reduced solid contact. Barrel form had a transverse effect in this case compared to partially-flooded inlet. In addition, it was seen that reduction in power loss with increased oil viscosity was not negligible this time. Combined effect of skirt profile parameters and oil type were observed to give the best frictional performance for the suggested case with a fully-flooded inlet. In conclusion, this study presented a series of recommendations for selected design parameters defining skirt profile and lubricant viscosity in order to achieve an improved frictional performance of a medium-duty diesel engine piston. A comprehensive model for skirt lubrication and piston secondary dynamics were built and used for case studies. Keeping in mind that the design process of an ICE power cylinder requires an integrated analysis of any design parameter with its effects on the performance of other important components such as rings as well, the resulting model can be a base tool to be developed further for use in more advanced analysis.
Taşıt süspansiyon ve yorulma testleri için bir lastik düşey modelinin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında lastiğin döner tambur üzerindeki bir engel üzerinden geçirilmesi ile elde edilmiş olan deneysel veriler MATLAB Sistem Tanımlama Modülü yardımı ile analiz edilmiş ve lastiğin bir düşey matemetiksel modeli elde edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen lastik modeli sayesinde kullanılan lastiğin bir transfer fonksiyonunun elde edilmesi amaçlanmıştır. Farklı yük, şişirme basıncı ve hızın model parametreleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Elde edilen transfer fonksiyonu yardımıyla tanımlanmış standart yol pürüzlülüklerinin aks titreşimleri üzerine etkileri hesaplanmıştır. Elde edilen modelin yorulma ve süspansiyon testlerini kolaylaştırması beklenmektedir.
Yüksek basınçlı sistemlerde civata üzerindeki gerilmenin burç boyuna göre analizi ve optimum burç boyunun tespit edilmesi
Civatalar, mekanik parçaların montajında oldukça yaygın kullanılan elemanlardır. Birbirinden farklı malzemeler için kullanılabilme özelliği, tamirat sırasında tekrar tekrar sökülüp takılma kolaylığı ve diğer bağlama methodlarına göre daha ucuz olması nedeniyle en çok tercih edilen bağlama elemanlarıdır. Karmaşık tasarımlar için kullanılabilme kolaylığı ve farklı malzemeleri montajlama gibi özellikleri sayesinde mühendislere kolaylıklar sağlayarak, tasarım olanaklarını artırır. Birçok uygulamada, cıvataların ömrü işletme sisteminin ömrünü etkiler. Bu sebepten dolayı civatalar, sistemeler için çok önemli ve üzerlerinde birçok çalışma yapılan ve yapılacak olan elemanlardır. Civatalar kendi içlerinde çok karmaşık tasarıma sahiptir. Geometrisinin yapısı, civata ve somun dişleri arasındaki temas yüzeyleri, civatanın üzerindeki ön yükleme, flanşlar ile civata başının ve somunun temas yüzeyleri, civata ve flanş deliklerinin temas yüzeyleri gibi birçok etken civatalı bağlantılarda önemli rol oynamaktadır. Günümüzün teknolojisi ve sayısal yetenekleri sayesesinde sonlu elemanlar yöntemi ile bu karmaşık fiziksel olayı en gerçekçi birşekilde yansıtılabilmesi, uygun malzemeler, eleman tipleri ve ağ (mesh) yapıları ile oluşturulan bir model ile mümkün kılınabilinmektedir. Eğer sistem hiç basitleştirilmeyip, bütün karmaşıklığı ile yansıtılmaya çalışılırsa, uygun sürede sonuçlar alınıp tasarım sürecinin gerektirdiği birçok değişik tasarım konfigürasyonları yapılarak, uygun tasarım seçilemez. Bu karmaşık sistem, işlem süresini kısaltmak için doğru sonuçlar elde edilecek şekilde basitleştirilmelidir. Bu tezde güdülen amaç civata bağlantılı sistemlerde civatalardan kayanaklanan hataları en aza indirmek amacı ile civatalar üzerinde meydana gelen gerilmeleri, flanş tasarımını değiştirmemek kaydı ile çeşitli tasarımlar deneyerek, düşürmektir. Bu tezde civata bağlantılı modeli oluşturmak için SIEMENS NX 9 yazılımı kullanılmıştır ve daha sonra model ANSYS WORKBENCH kullanılarak analiz edilmiştir. 3 boyutlu model oluşturulduktan sonra sonlu elamanlar yöntemi ile gerçek fiziksel koşulların oluşturulmasına çalışılmıştır. Çalışma standart bir baz modeli geliştirmek amacı ile sürdürülmüş ve baz model DIN2628 ve flanş yapısına ait civatalar M20'dir. Baz modelin sonlu elemanlar modeli oluşturulduktan sonra yüksek basınçlı işletme sistemi simule edilmiştir. Bu koşullar altında civata üzerinde yüksek gerilmeler görülmüş ve civata akmıştır. Sisteme çeşitli boylarda burçlar eklenip civata üzerinde görülen gerilmenin düşürülmesi ve sistemin başarı ile çalışması hedeflenmiştir. Bunun yanında sisteme eklenen burçlar hem sistemin ağırlığını hem de sistemin fiyatını artıracağı düşünülerek ikinci bir öneri olarak da civata başına kanal açarak civatanın verilen sistemde sağlıklı şekilde çalışması amaçlanmıştır.
Design and comparison of controller performance on four mecanum wheeled mobile robot
In this thesis the main aim is to design and compare controller performance on omnidirectional mobile robot based on mecanum wheels and it can be use for further researches for elemination system errors. On the purpose of to increase orientation capability the system is equipped with four mecanum wheels which have twelve rollers around it. In the scope of this thesis to control dc motor speeds according to user demans and to minimize heading errors in the band of accaptable area. Before start to develop controller for the large scale system experimental test rig has been equipped with system components which are mecanum wheels, dc motors, encoders and controller. Also before start design controller all system elements should have mathematical models to take best controller results. Such as Dc motor model, system forward and backward kinematics, which help to minimize heading errors in real nonlinear environment. For the developing linear quadratic regulator and model predictive controller transfer function of the system is needed. Especially for LQR controller owing to feedback constants. The dc motor model is implemented to the simulation enviroment to see system output according to user inputs. In order to validate designed model, different system scenarios are tested independetly. After validation of system outputs cross validation test is conducted to maximize dependability. Designed model simulated in Matlab/Simulink environment with real dc motor coefficients. To improve controller performance for LQR controller different Q matrixes and R constants are tested and simulated. In the end admissible feedback constants are chosen. For MPC system inputs and outputs are simulated with modelled system. The controller performance is adjusted according to time interval, control horizon, weights of inputs and prediction horizon constants. Based on simulated model the aim is to take smooth response from system without overshoot, minimal oscillation and minimize settling time. Simulated results will be compared to real system results in future.
Effects of spatial distribution of fullerenes on the mechanical behaviour of graphene fullerene composites
Carbon based nanostructures such as carbon nanotubes (CNTs), graphene and fullerenes have attracted great attention due to their remarkable thermal, mechanical and electrical properties. In the last years, hybrid carbon nanomaterials, which enable to construct higher scale, tailorable materials consisting of coupled nanostructures such as graphene-CNT, fullerene-CNT and graphene-fullerene, are in the focus of researchers. In this respect, this study examines the mechanical characteristics of a hybrid nanostructured material that consists of fullerenes covalently sandwiched between parallel graphene sheets. After checking stability of the covalent junctions and thermodynamic feasibility of the overall nanostructure by monitoring the free energy profiles over a sufficiently long period through molecular dynamics simulations (MD),as the main objective of this study, the effects of layerwise spatial distribution of fullerenes on the compressive mechanical properties are investigated. For this purpose, atomistic models for the proposed fullerene-graphene composite structures are generated by the use of C180 fullerene with different spatial arrangements between graphene sheets. Random and ordered type fullerene dispersions are considered as two main fullerene distribution schemes employed in the atomistic modelling process. Comparisons are performed between fullerene-graphene composite structures with randomly and evenly distributed fullerenes in terms of elastic mechanical properties and energy absorbing characteristics. In this regard, compressive loading tests at different strain rates and various temperatures are performed via MD simulations to capture the mechanical response of sandwiched fullerene-graphene structures with different fullerene arrangements. In the MD simulations, the four nanostructures were assumed to be different spatial fullerene arrangement between graphene layers and results were compared. It was found that spatial distribution of fullerenes has remarkable influence on both compressive stress level and stress-strain characteristic of the novel fullerene –graphene foams. Mechanical response of the hexagonal and square fullerene arrangement models are in good agreement with both each other and conventional foam materials while rotated hexagonal and randomly fullerene distributed models are exhibited totally unique mechanical behaviours due to their special structures. In addition to investigation of spatial fullerene distribution effects on mechanical properties of the fullerene-graphene specimens, temperature and strain rate sensitivity of nano foams are studied in this thesis. As a consequence of certain MD simulation results, applied temperatures have no major impact on stress-strain curve tendency; however, young modulus of the materials tend to decrease with higher employed temperature level. In parallel that mechanical tests of fullerene-graphene foams under uniaxial compression show that the form of the stress-strain diagram does not depend on the applied strain rates. However, higher strain rates in general lead to higher stresses under compression at the beginning of the plateau regime and densification phase.
Yolcu güvenliğini güvence altına alan E.C.E regülasyonuna göre otobüs gövde analizi
Otobüs, insanların toplu ulaşımda kullandıkları, günümüzün en modern makinalarından biridir. Teknolojik gelişmelere paralel olarak, ulaşım sektöründe kullanılan motorlu araçlar, trafik kazalarının oluşumunu engelleyecek aktif güvenlik sistemleri (ABS, EBD, ESP, vb. gibi) ve kaza sonrası yaralanmaları ve can kayıplarını önleyecek pasif güvenlik sistemleri (Hava yastıkları, kapı içi çelik barlar, kaza anında katlanır pedallar, vb. gibi) ile donatılmaktadırlar. Otobüs kazaları ile ilgili olarak yapılan araştırmalar, can kaybının ve yaralanmaların en çok otobüsün devrilmesi sırasında ortaya çıktığını göstermiştir. Yaşanan bu can kayıplarının, genellikle kazanın şiddetinden kaynaklanmadığı, otobüslerin gereken gövde mukavemetini karşılayamadıkları için ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Otobüs gövdesinin devrilme kazası esnasında gereken mukavemeti sağlaması ve bu sayede insanların can kayıplarının önüne geçilmesi için U.N.E.C.E (United Nations Economic Commission for Europe) tarafından 1997 yılından itibaren yürürlüğe giren E.C.E R-66.00 regülasyonu yayınlanmıştır. Bu pasif güvenlik regülasyonu ile Avrupa Birliği'ne üye ülkelerde kullanılan otobüslerin gövde parçalarının, devrilme kazası durumunda yolcuların ve mürettebatın yaşam mahalline müdahale etmesinin önüne geçilmiştir. Söz konusu regülasyon, Türkiye'de de Avrupa Birliği' ne üye ülkelerle eş zamanlı olarak uygulanmaktadır. Otobüs üreticisi firmalar tarafından, E.C.E R-66 regülasyon şartına uygunluğun ispatı için iki yöntem uygulanabilmektedir. Birinci yöntemde, prototipi üretilmiş araç, ilgili şartlara uygun olarak tasarlanmış test düzeneğinde fiili olarak devrilir. Araç gövdesinin, yolcuların ve mürettebatın yaşam mahalline girişimde bulunup bulunmadığı tespit edilir. İkinci yöntemde ise, birinci yöntemdeki şartlar bilgisayar ortamında sağlanır ve sonlu elemanlar yöntemi tabanlı yazılımlar kullanılarak, otobüs bilgisayar ortamında devrilir. Kullanılan yazılımın ve metodun güvenilirliği, otobüs gövdesinin kısmi bir bölgesinin fiziksel olarak devrilmesi sonucu bulunan sonuç ile aynı kısmi bölgenin bilgisayardan elde edilen simülasyon sonucu karşılaştırılarak elde edilir. Günümüzde otobüs üreticisi firmalar genellikle ikinci yöntemi kullanmaktadırlar. Birinci yöntem hem pahalı bir yöntemdir hem de optimizasyon yapma şansını sınırlamaktadır. Çünkü otobüs gövdesinde yapılacak her tasarım değişikliğinde bir adet otobüsün fiilen devrilip hurdaya ayrılması gerekmektedir. İkinci yöntemde ise optimizasyon yapma şansı çok daha yüksektir. Yapılacak her tasarım değişikliği bilgisayar ortamında simülasyona tabi tutulabilmektedir. Bu sayede daha hafif ve daha mukavim gövde yapısına ulaşılabilmektedir. U.N.E.C.E tarafından yayınlanan ve 09 Kasım 2017 tarihinden itibaren ilgili tüm araçlar için yürürlüğe girecek olan E.C.E R-66.02 regülasyonu ile otobüs gövdesinin devrilme esnasında absorbe etmesi gereken enerji bir önceki regülasyona göre yaklaşık %90 oranında artmıştır. Bu mukavemeti sağlamak için yapılacak tasarım değişiklikleri araç ağırlığını arttırabilecektir. Ayrıca aracın ön ve arka aks taşıma kapasiteleri de göz önünde bulundurulduğunda, E.C.E R-66.02 şartını sağlamak için azami yolcu sayısını ve müsaade edilen bagaj ağırlığını azaltmak gerekebilecektir. Bu çalışmada, otobüs gövde konstrüksiyonunun Ansa yazılımı marifetiyle sonlu elemanlar modeli ağ yapısı oluşturulmuş ve Ls-Dyna yazılımında da devrilme simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar ortamında yapılan işlemlerin güvenilirliğini tespit etmek için otobüs kısmi gövdesi öngörülen şartlarda fiilen devrilmiştir. Ayrıca aracın ağırlık merkezinin bilgisayar ortamındaki koordinatlarının gerçeğe uygun olabilmesi için prototip aracın ağırlık merkezinin koordinatları fiilen yapılan ölçümler sonucu hesaplanmış ve bilgisayar modeline bu gerçek koordinatlar girilerek analiz yapılmıştır. Bilgisayar sonuçları ile fiili test sonuçları karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışmalar ile E.C.E R-66.02 şartlarını sağlayan, yolcu ve bagaj taşıma kapasitesinin azaltılmasını gerektirmeyen, güvenli bir otobüs gövde iskelet konstrüksiyonu elde edilmiştir.
Model based optimal longitudinal vehicle control
Considering the competitive environment in automotive industry, original equipment manufacturers (OEMs) in this industry are in a challenging competition with each other to offer their customers more attractive vehicles. Cost, emissions, fuel economy, noise vibration & harshness (NVH), durability, performance and driveability properties make a product able to distinguish from its competitors' products. Each of these attributes has a major contribution of forming a perception of the customers' choosiness. New technologies as a result of the research and developments activities in electronics resulted with complex electro-mechanical systems in automobiles. With the addition of recent developments in materials and manufacturing processes on top of it, especially in diesel fuelled internal combustion engines (ICE), torque and power delivery had almost doubled with respect to the conventional engines developed not more than two decades ago. Additionally as a result of latest developments at air path and gas exchange systems control, torque build up rate had significantly increased enabling the vehicles to be more agile and reactive to load change request manoeuvres. As a result of all these capability improvements, vehicle response characteristics to high torque and power capacity engines changed extremely altering the necessity of proper and robust driveability calibration requirements. Driveability properties of the vehicles had gained significant importance in terms of customer satisfaction. This dissertation focuses on improving vehicle driveability properties taking advantage of simulation tools and model based control. The overall profit of this thesis is providing improved driveability via using engine torque production and vehicle models and controllers at the same time. Torque transmission from the vehicle's power unit to the road surface via tires is a complex structure which should be handled with extreme care considering the overall driveability performance of the vehicle. An agile throttle response of the vehicle is aimed without error modes like acceleration initial kick, bump, response delay, stumble or shuffle. However considering the nonlinearities resulting from the complex structures at the drivetrain of the vehicle, this requirement becomes significantly challenging. Despite mechanical control at longitudinal motion in conventional vehicles, modern vehicles are equipped with electromechanical systems. Thanks to technological developments in the automotive industry that current capability of the vehicles enables us to develop better platforms for improving driveability characteristics. Modern engine control units (ECUs) have the capability of processing thousands of signals in a less than tens of milliseconds and as a result regulate numerous actuators which results with displacement of the vehicle complying all regulative requirements and customer expectations. Acceleration throttle pedal input signal is recorded by electronic control unit, processed and finally used to control the parameters for the combustion systems. In terms of driveability control, automotive manufacturers' engine control algorithms employ input shaping or simple filtering algorithms. These algorithms use look-up tables and main control strategy is to slew the pedal oriented torque request for the tip-in and tip-out manoeuvres in an open loop control methodology especially in backlash transition region of the driveline. Considering the fact that there is no close loop control and these features become subjective calibration methodologies and outcome becomes strongly dependant on calibrator's capability and performance. Moreover filling look-up tables for all gear, engine speed and pedal position combinations requires significant amount of calibration development time. Taking into consideration all of these obstacles of the current driveability features, the subject of automated torque control for improved driveability is a state of the art research topic both within automotive manufacturers and academic researchers as it can be described as an optimization problem dealing with performance and comfort counter measures. Knowledge of the instantaneous produced torque by the engine is a key item with respect to satisfying above stated attributes in vehicle longitudinal motion control. Currently common approach for combustion management is the usage of look-up table based structures with the drawback of poor conformity of the produced torque. Look-up tables define air and fuel quantity setpoints in order to produce requested indicated torque without feedback of the produced torque. These look-up tables are filled at engine dynamometer test benches at normal ambient conditions. In general fuel and air quantity setpoint maps have the axes of engine speed and indicated torque and requested amount of desired variable is filled to the corresponding point of the look-up table. In real world driving conditions fuel quantity control is robust however especially with turbocharged systems; requested air quantities may deviate from the setpoint values especially when considering transient manoeuvres. This phenomenon is called "turbo/boost lag" and significantly affects the produced torque. The situation is much worse for non-standard conditions, extreme hot and cold and altitude. In the literature most of the proposed vehicle longitudinal motion control related engine torque control algorithms base on the fact that requested torque will be generated immediately from the diesel engine. However as explained above this is not the case in real life applications. Therefore engine characteristic is either not included or covered with a simple filtering algorithm in conventional vehicle longitudinal motion related engine torque control methodologies. Engine brake torque model combined driveability control algorithm proposed in this thesis is differentiated from the previous studies in the literature within this perspective. Proposed "In cylinder pressured based engine brake torque model algorithm" works in harmony with the driveability control structure and improves overall vehicle response characteristics. Within the scope of this study a 4 degree of freedom powertrain model consisting of 4 inertias, 2 set of spring and damper elements with tyre characteristics, is built in MATLAB/Simulink environment. Model validation considering longitudinal vehicle dynamics is performed with employing vehicle level tests using a tip-in followed by a tip-out acceleration pedal signal input load change manoeuvres. Comparison of simulation results and measured vehicle test data shows that proposed model is capable of capturing vehicle acceleration profile revealing unintended error states for the specified input signals. Considering the driveability control perspective, a Model Predictive Control (MPC) algorithm employed to manipulate the pedal map oriented torque demand signal in an automotive powertrain application in order attenuate the powertrain oscillations in longitudinal vehicle motion control. 4 mass model could not be employed at with the MPC algorithm due to very high level of nonlinearity. Therefore two simplified versions of 2 and 3 mass models have been developed. It has been verified that both 2 and 3 mass vehicle models are accurate enough to employ the MPC torque control algorithm. As the aim of this study is to develop a close loop driveability algorithm for real world applications, the 4 mass vehicle model is used as replacement environment for the subjected vehicle in order to employ 2 and 3 mass vehicle model based control algorithm. MPC algorithms via using both models showed good capability, however smoothness of the driving profile with the 2 mass vehicle model is slightly better than the 3 mass model. Moreover to further improve the powertrain oscillations without compromising from overall system response speed, an additional anti-shuffle control element, basically a P controller based on the speed difference of engine and vehicle speeds, has been implemented to the MPC control algorithm. Literature review about the engine torque control for improved driveability show that all the researcher use MPC alone. Proposed MPC with additional P controller is a new contribution to the literature in the subjected area of research.
Araç kapılarının akustik davranışlarının incelenmesi
Ülkemizde ve dünyada otomotiv sektörü her geçen gün büyümektedir. Farklı teknolojiler ile artan sayıda marka pazarda kendilerine yer edinebilmek için kıyasıya mücadele etmektedir. Gelişen teknoloji müşterilere sadece standard tasarım ve güvenlik gerekliliklerini değil aynı zamanda daha fazla konfor ve kalite sunmak için de kullanılmaktadır. Araçların titreşim ve gürültü performansları da geliştirilmeye açık bir alan olarak bu konfor alanında üzerinde çalışılmakta olan konuların başında gelmektedir. Araçlardaki titreşim ve gürültü performansının yükselmesi müşteri gözünde aracın kalite algısını da yükseltmektedir. Bu nedenle müşterilerin subjektif değerlendirmeleri de otomobil firmalarının araştırma ve geliştirme departmanlarında gerçekleştirilen titreşim ve gürültü çalışmalarına yön verici bir indikatör olarak dikkate alınmaktadır. Müşteri gözünde aracın kalite algısını yükselten en önemli performanslardan biri de araç kapılarının kapatılması esnasında çıkarttıkları ses olmaktadır. Otomobil kapılarının kapanma sesinin tok ve kısa olmasının, müşterinin gözünde aracın kaliteli olduğu imajı yarattığı bilinmektedir. Bu nedenden ötürü global otomotiv araştırma ve geliştirme departmanlarının NVH ekiplerinin üzerinde en yoğun olarak mesai harcadığı konulardan biri araçların kapı kapanma sesinin müşteride yarattığı izlenimi iyileştirmeye yönelik çalışmalardır. Bu konu akustik disiplininin önemli çalışma alanlarından biri olan ses kalitesi başlığı altında incelenmektedir. Objektif olarak ölçülebilen ses kalitesi parametrelerinin subjektif değerlerle doğrulanması sonucu, beğenilen sesin kalite parametrelerinin hangi düzeyde olması gerektiği bilgisi ya da bu parametrelerin hangi yöndeki değişiminin kalite algısına nasıl etki ettiğinin anlaşılması bu kapsamdaki çalışmaların birincil amaçlarıdır. Öte yandan ses kalitesi parametrelerinin istenilen değerlerini elde edecek tasarımların belirlenmesi ise bu alandaki çalışmaların nihai amacıdır. Bu ve benzeri çalışmalar bugüne kadar yoğun olarak gerçekleştirilmiş olmakla birlikte çalışmaların tamamına yakını deneysel çalışmalardan oluşmaktaır. Ürün geliştirme sürecinin çok erken safhalarında dahil araç kapılarının tasarım süreçlerini, ses kalitesi parametrelerini de hesaba katarak yönlendirmeye imkan verecek olan bir Bilgisayar Destekli Mühendislik (BDM) yönteminin ortaya konulabilmesi, bu alandaki çalışmaların daha hızlı, etkili ve daha az maliyetli olarak yürütülebilmesine olanak verecektir. Bu tezde sunulan çalışma, bu amaca yönelik olarak gerçekleştirilmiştir. Öncelikle kapı kapanma sesini zaman alanında (transient) hesaplayabilen bir model geliştirilmiştir. Bu model mevcutta üretime hazırlanan ve tasarımı kesinleşmiş bir araç kapısının Sonlu Elemanlar Modelinin (FEM) kullanımı ile kurulmuştur. Araç dışındaki ve araç içindeki havayı temsil eden dış ve iç akustik kaviteler oluşturulmuş ve kapatılan kapı ve çevresindeki gövde bileşenlerinin bir bölümünden oluşan yapısal model ile birleşimleri sağlanmıştır. Model Abaqus Explicit çözücüsü ile zamana bağlı (transient) olarak çözdürülmüş ve hem araç dışından kapıyı kapatan kullanıcının kulak seviyesinden, hem de araç içinde sürücü sağ kulağı seviyesinde zamana bağlı ses basıncı eğrileri elde edilmiştir. Sayısal modeli kurulan araç yarı yankısız odada fiziksel olarak da test edilmiş ve aynı noktalardan ölçümler yapılarak aynı tip ses basıncı eğrileri elde edilmiştir. Fiziksel test sonuçlarını mümkün olan en iyi seviyede tahmin edebilmek için sayısal model parametreleri değiştirilerek doğrulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonraki aşamada, bu doğrulanmış model üzerinde bazı tasarım değişiklikleri yapılmış ve her parametrik değişiklik için analiz tekrarlanmıştır. Mevcut durum ve parametrik değişikliklerin uygulandığı her durum için analiz sonucu elde edilen zamana bağlı (transient) ses basıncı eğrileri ile yine mevcut durum için fiziksel test sonucu elde edilen zamana bağlı (transient) ses basıncı eğrisi kullanılarak literatürdeki en önemli 2 ses kalitesi parametresi olan sesin yüksekliği ve sesin keskinliği değerleri hesaplanmıştır. Böylece sanal model üzerinde hangi tasarım değişikliklerinin kapı kapanma sesi kalitesini hangi düzeyde ve ne kadar değiştireceğine yönelik bilgi elde edilmiştir. Mevcut durum için, band – pass filtreli zamana bağlı kapı kapanma sesi sonuçlarının fiziksel test sonuçları ile iyi seviyede doğrulandığını söyleyebilmek mümkündür. Ses kalitesi parametreleri için söylenebilecek şey ise sesin analiz sonuçlarından elde edilen yükseklik değerinin test sonuçlarından elde edilene göre çok fazla olmasına rağmen analiz ve test tarafındaki sonuçlardan elde edilen keskinlik değerlerinin oldukça tutarlı olduğudur. Bu verilerden, sayısal modelin çalışılan frekans aralığında (22 – 500 Hz) sesin frekans dağılımını iyi düzeyde tahmin edebildiği ancak her bir frekans bileşenine ait ses basıncı genliklerinin deneysel sonuçlara göre yüksek olduğu sonucu çıkarılabilir. Bu durum şu şekilde özetlenebilir: Sayısal model sesin frekans bileşenlerini başarılı şekilde tahmin edebilmektedir ancak fiziksel koşullardaki kadar iyi düzeyde sönümleme kabiliyetine sahip değildir. Literatürde kapı kapanma sesini tahmin etmek için bir BDM metodu geliştirmeye yönelik yalnızca 2005 yılına ait bir çalışma bulunabilmiştir. Bu çalışma deneysel çalışmalar sonucu elde edilen verilere analiz girdisi olarak bağımlı olmakla birlikte yapısal ve akustik denklemleri 2 ayrı adımda ve 2 ayrı yöntemle (Sonlu Elemanlar Metodu ve Sınır Elemanlar Metodu) çözmektedir. Bu nedenlerden ötürü bu tezde sunulan çalışma literatürde bir ilk olma özelliğini taşımaktadır. Öncelikle bu çalışma hiçbir fiziksel test sonucunu girdi olarak kullanmadan kapı kapanma sesini zamana bağlı olarak hesaplayabilen ilk BDM metodudur. İkinci olarak geliştirilen bu model ayrık (eksplisit) lineer – olmayan yapısal ve akustik denklemleri aynı anda akuple bir şekilde yalnızca Sonlu Elemanlar Metodu ile çözmektedir. Bütün bu belirtilen noktalar bu metodun avantajlarını ortaya koymakla birlikte her biri literatüre getirilen bir yeniliktir. Çalışmanın son aşamasında ses kalitesi parametrelerini analiz sonuçlarından elde etmek ise, bu parametreleri ürün geliştirme süreçlerinin erken safhalarında dahi istenen her tasarım değişikliği için değerlendirebilmeyi mümkün kılmaktadır. Öte yandan bu metodun dez avantajı ise bu büyüklükteki bir modeli sadece sonlu elemanlar yöntemi kullanarak tek adımda akuple olarak çözmenin uzun süreli olmasıdır.
Otomotiv endüstrisinde kullanılan akustik malzemeler ve malzeme özelliklerinin akustik parametrelere etkisinin incelenmesi
Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte otomotiv endüstrisinde araç sürüş konforu önemli hale gelmiş ve müşterilerin beklentileri de buna bağlı olarak artmıştır. Bu da tüm bu beklentileri karşılayabilmek için otomotiv üreticileri müşteri beklentilerinden taviz vermeden pazardaki zorlu rekabet şartlarında ayakta kalabilmek ve maliyetleri minimize edebilmek için araçlarda kullanılan tüm malzemelerin özelliklerinin çok iyi bilinmesine ve problemlere karşı optimum çözüm sağlayabilecek malzemelerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini beraberinde getirmektedir. Üretilmesi planlanan otomobilin bilgisayar ortamındaki dizayn, prototip ve proje fazlarında aracın akustik performansı önemli derecede takip edilmekte ve optimum dizayn için farklı malzeme örnekleri kullanılarak geliştirmelere yapılmaktadır. Bu testler aracın dizayn aşamasında bilgisayar destekli analiz programlarıyla yapıldığı gibi proje fazlarında ise ilk yatırım maliyeti çok yüksek olan rüzgar tüneli testlerinde araç üzerinden objektif veri elde edilmesi yoluyla ve yetişmiş test operatörleri yardımıyla subjektif olarak aracın belirli yol ve test şartlarında değerlendirilsi ile yapılmaktadır. Bu çalışmanın amacı otomobillerde sürücü ve yolcuların şikayet etmelerine sebep olan akustik kaynakların tanıtılması, araç üzerinde Akustik malzeme uygulanan parçaların tanıtılarak uygulama yöntemlerinin incelenmesi, akustik malzemelerin özelliklerinin ve malzeme özelliklerinin akustik parametrelere etkisinin incelenmesi, akustik parametre ölçüm metodlarının incelenmesi ve son olarak farklı numuneler üzerinden akustik parametre ölçüm metodlarından biri olan alfa kabin testinde farklı malzeme özelliklerinde akustik sönüm kabiliyetinin incelenmesidir.
Ev tipi çamaşır makinaları için plastik kasnak konstrüksiyonu
Gelişen teknoloji ve artan rekabet, mühendislik firmalarını kendini geliştirmeye zorlamaktadır. Değişen ekonomiye ve piyasalara uyum sağlamak, olası değişikliklere hazırlıklı olmak için, firmalar alternatif üretim yolları ve malzemeler aramaktadır. Özellikle beyaz eşya sektöründe, çok kısa sürede, görsel ve performans açısından geliştirilmiş yeni ürünlerin piyasaya sunulması çok önemlidir. Arçelik'in beyaz eşyalarında kullanılan her bir parça için başlıca hedefler, daha yüksek performans, daha kısa sürede üretim ve daha ucuza mal edilmesidir. Çamaşır makinası üreten firmalar, pazarda kalmak için düzenli olarak piyasayı takip etmek ve kendini geliştirmek zorundadır. Arçelik, rekabetin ve inovasyonun önemini bilen bir firmadır. Arçelik Çamaşır Makinası Arge Departmanında, bu hedeflere ulaşmak için sürekli bir çalışma yürütülmektedir. Bu projede, Arçelik'in önden yüklemeli kayışla tahrikli çamaşır makinalarında kullanılmak üzere bir plastik kasnak tasarlanmıştır. Arçelik'in mevcut kasnağının malzemesi alüminyum olup, ucuzlatma projesi olarak malzemede alüminyumdan plastiğe geçilmesi ve şirketin değişen hammadde piyasalarına karşı hazırlıklı olması için bir alternatife sahip olması açısından yeni bir tasarım çalışılmıştır. Tasarıma başlamadan önce, literatür ve patent araştırması yapılmıştır. Tasarım kriterleri belirlenmiştir. Arçelik'in belirlediği kriterleri sağlayacak en uygun plastik malzemeler seçilmiş, bu malzemeler ile çalışılması halinde gelecek olan maliyet hesaplanmıştır. Rakip firmalardan plastik kasnak kullananların kasnakları incelenmiştir. Seçilecek malzeme, mevcutta kullanılan kayışlar ile de kullanılabilir olmalıdır. Bu yüzden, mevcut kayış ile alüminyum ve seçilmesi muhtemel malzeme arasındaki sürtünme katsayısını belirlemek için özel bir test düzeneği kurulmuş ve testler yapılmıştır. Testler sonucunda elde edilen katsayılar, kayış hesaplarında kullanılmış ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Alüminyum kasnak çıkarılıp, yerine plastik kasnak takılabilecek şekilde tasarım yapılmıştır. İlk tasarım gerçekleştirildikten sonra Çin'de tek adet prototip üretimi yapılmış ve bu prototip ile temel testler gerçekleştirilmiştir. Tasarım üzerinde gerilme ve kalıp analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz ve test sonuçlarının ışığında tasarımda iyileştirmeler gerçekleştirilmiştir. İdeal malzemeye; şirketin plastik kasnağı kullanabilmesi açısından birçok kriter göz önünde bulundurularak, maliyet, moldflow, gerilme ve deplasman analizlerinin ve yapılmış testlerin sonuçları incelenerek karar verilmiştir. Malzeme PA6 GF60 olarak seçilmiştir. Son tasarımın teknik resmi ve montaj ilişki tabloları hazırlanmıştır. Nihai tasarım için kalıp ürettirilmesine karar verilmiştir. Bu kalıptan alınacak numuneler ile birçok dayanıklılık testi gerçekleştirilecektir. Bütün bunların sonucunda plastik kasnağın ilk olarak Arçelik'in önden yüklemeli kayışla tahrikli makinalarında uygulamaya alınması planlanmaktadır.
Kömür madenleri için bantlı konveyör tasarımı ve tasarım parametrelerinin optimizasyonu
Bu çalışmada bantlı konveyörlerin tarihinden, avantajlarından, dezavantajlarından, tasarım faktörlerinden, konveyör profillerinden, bantlı konveyörlerin kullanım alanlarından, bantlı konveyörlerin elemanlarından, tahrik mekanizmalarından, kullanılacak olan denklemlerden ve problemden bahsedilmiştir. Günümüzde gelişen teknoloji ile beraber daha fonksiyonel fabrikalar, maden ocakları, enerji santralleri ve limanlar ortaya çıkmıştır. Yapılan çalışmalar ile ham madde işlenmesi ve buna bağlı olarak üretim de artmıştır. Gerek maden ocakları gerekse üretim fabrikalarında malzeme ve diğer sanayi ürünlerinin miktarları artmış ve bunların daha kolay, hızlı ve güvenilir bir şekilde taşınması ihtiyacı doğmuştur. Taşıma teknolojisi; zaman, hareket ve miktar parametrelerini içeren, yükün paketlenmesini, taşınmasını ve depolanmasını sağlayan, hizmet ve işlem bileşenlerinden oluşur. Taşıma sistemlerini belli bir çizelgeye koyma veya belirli bir çerçevede gruplandırmak kolay değildir. Çünkü sistemin içindeki birçok faktör(taşınacak malzemenin cinsi, iletilecek yer, istenen ekonomi, zaman vb) bütün sistemi değiştirebilir. Örneğin iki nokta arasında cam taşıma işlemi ile beton harcı taşıma işlemi arasında olay olarak benzerlik dışında az sayıda benzerlik bulunur. Taşıma sistemi bileşenleri için, eleman özellikleri dikkate alınmak suretiyle ancak genel sınıflandırmalar yapabilmek mümkündür. Bunlar sürekli taşıyıcılar ve kesikli taşıyıcılardır. Konveyörler sürekli taşıyıcılar grubundadır. Konveyörlerin rulolu, zincirli, bantlı, yer ve hava tipi çeşitleri vardır. Bantlı konveyörler malzemenin taşınmasını sağlamanın dışında zamandan, enerjiden, gerekli insan gücünden ve ekonomiden çok büyük tasarruf sağlar. Kamyonlar, tırlar ve diğer malzeme taşıyan kara ulaşım araçları zorlu doğa koşullarında büyük engeller ile karşılaşırken, bantlı konveyörler yüksek eğimli arazileri kolay bir şekilde geçer. Birim zamanda tonlarca malzeme taşınacaksa bantlı komveyörler çok iyi bir seçim olacaktır. İnsan faktörünün araçlara göre daha az olduğu bantlı konveyörler güvenli bir taşıma işlemi de sağlamaktadır. Bantlı konveyörler otomotiv, enerji, gıda ve maden sanayisinde sıklıkla kullanılmaktadır. Bantlı konveyörlerin en önemli avantajı çalışması sırasında düşük bir enerji ile çalışmasıdır. Bant hattı düşük bir maliyet ile kurulur ve ucuz servis ücretleri ile bakımı yapılır. Saatte tonlarca malzeme iletimi gerçekleştirilir ve çelik halatlı bantların kullanılması ile 62 km mesafedeki yerlere taşıma yapabilirler. Dezavantajları ise tam kapasite ile çalışmazlar ise düşük verim oluştururlar. Çalışma esnasında toz oluşumu da görülmektedir. İyi bir tasarım düşünülmez ise konveyör bandında yüksek aşınmalar oluşabilir ve bu durum da ekonomik olarak firmayı olumsuz etkileyebilir. Bantlı konveyörlerin en önemli elemanı taşıyıcı banttır. Bant taşınacak olan malzemeyi üzerine alır ve sürekli olarak çekme, gerdirme kuvvetleri altındadır. Konveyör bant düşük özgül ağırlık, bükülme, az nem çekme özelliği, yüksek dayanım ve uzun ömür gibi özelliklere sahip olması istenir. Aksi takdirde çalışma sırasında banttaki bir aksaklık sistemin bir anda durmasına ve ekonomik olarak kayıplara sebep olur. Bant hattı eğimsiz, aşağı eğimli ve yukarı eğimli olarak tasarlanabilir. Konveyör bantın ana iskeletini öz(karkas) oluşturur. Karkasın malzemesi pamuktan, ipekten, poliamitten, poliesterden, cam iplikten ve çelik malzeden olabilir. Çelik karkasın kullanılması bandın gerilmelere karşı daha sağlam ve uzun ömürlü olmasını sağlar. Böylece daha uzak mesafelere malzeme iletimi sağlanır. Çelik özler 2 ye ayrılırlar. Bunlar çelik kortlu özler ve çelik saclı özlerdir. Bir diğer önemli eleman ise tahrik tamburlarıdır. Banda ilk hareketi veren ve bandın ilerlemesini sağlayan elemana tahrik tamburu denir. Bir bantlı konveyörün tahrikinin tasarımı ve tertibi, en büyük bant çekme kuvveti ve iletmenin uzunluğuna göre hareketinden, ayrıca bandın önceden seçilmiş olan boyutlarından ortaya çıkmaktadır. Çalışma esnasındaki işletme şartları da göz önüne alınmalıdır. Tamburlar döküm yoluyla veya sac levhaların kaynak yöntemi ile uçlarının birleştirilmesi ile imal edilirler. Şekilleri silindir veya bombeli(fıçı) şeklindedir. İmalat esnasında yapılacak bir hata eksen kaçıklığına bu durumda konveyör bantta hasar meydana getirebilir. İletim esnasında bantta çekme ve basma gerilmeleri oluşur. Buna bağlı olarak bandın kalınlığı, çekme ve basma dayanımı tambur çapını belirleyen faktörlerdir. Eğer bir bant kendi mukavemet sınırları içinde ne kadar çok zorlanıyor ise tambur çapı o kadar fazla olmalıdır. Yeterince zorlanmayan bantlarda minimum çapın altına inilebilir. Bantlı konveyörler çoğunlukla elektrik motoru ile tahrik edilirler. Motorun devir sayısı tahrik tamburunkinden fazla olduğundan, en az iki kademeli bir dişli kutusu koymak gerekir. Bant tahrik sistemleri ortam şartlarına, kullanılacak elemanların özelliklerine ve taşınacak malzemenin özelliğine bağlı olarak; baştan tahrik, kuyruktan tahrik veya çift tahrik olarak tasarlanırlar. Konveyörü boşta çalıştırmak için gerekli gücün, malzemeyi yatay olarak nakletmek için gerekli gücün, malzemeyi düşey olarak nakletmek için gerekli gücün, malzemeyi ivmelendirmek için gerekli gücün ve diğer güç kayıplarının toplamı konveyör bandı tahrik etmek için gerekli güce eşittir. Ancak toplam güç hesaplanırken ortam şartlarına, çevre kirliliğine ve elektrik motorunun verimine dikkat edilmelidir. Çok tamburlu sistemlerde düşük bant gerilmeleri meydana gelir ancak ilave motor ve dişli sistemlerinden kaynaklanan ilave masraf yaratır. Bantlı konveyör tasarımında bant hareket hızının ve tahrik gücünün hesaplanması için taşıma malzemesinin özelliklerinin, yoğunluğunun, bant özelliklerinin, taşıma uzunluğunun ve eğimin bilinmesi gereklidir. Konveyör uygulamaları için tahrik sistemi seçilirken sistemin; gücüne, hız denetim aralığına, kalkış duruş sayısına, kullanım yeri şartlarına, momentin değişimine ve diğer tahrik sistemleri ile arasındaki ilişkiye dikkat edilmeli, geniş kapsamda elemanlar incelenmeli ve birçok soru yanıtlanmalıdır. Önemli seçim sabit hız ile değişken hızlı tahrik seçimidir. Tahrik sistemi seçiminde proses, mekanik, elektrik enerjisi ve maliyet şartları da göz önünde bulundurulmalıdır. Konveyör uygulamaları; hız aralığı boyunca sabit moment, yüksek başlangıç momenti, yüksek atalet, yüksek ivmelenme ve yavaşlama momentleri ve çoklu tahrikler arasında yük paylaşımı, kontrol altına alınmış duruşlar gerektirir. Ayrıca özellikle daha uzun konveyörler için tercihen daha doğal frekanslarla çalışan uygun hızlı ve bant çekmelerine sahip kompleks mekanizmalar kullanılır. Motorlar, tahrik tamburunu harekete geçirmeleri nedeniyle çok önemlidir. Sistemin gerekliliklerine göre bantlı konveyörlerde redüktörlü motorlar, alternatif kısa devre motorları, alternatif bilezikli motorlar ve tekil motorlar kullanılır. Doğru akım motorları elektriksel gücün mekanik güce çevrilmesi ile oluşan moment kuvveti sayesinde stator denilen düzeneğin rotor üzerinde manyetik olarak döndüğü sistemlerdir. Bobinler üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alanın meydana getirdiği kutuplaşma ile ileri ve geri yönlü olarak, yani zıt kutupların çekmesi ve aynı kutupların birbirini itmesi prensibinin dairesel harekete dönüştürülmesi ile mekanik hareket üreten bir yapıdır. Verilen denklemlerden ve standart çizelgelerden yararlanılarak hesaplamalar yapılmıştır. Problem 500m eğimsiz ve 100m 30o eğime sahip iki konveyörün oluşturduğu hattın 500t/h debiye sahip taş kömürünün taşınmasıdır. Hesaplamaların sonunda bantlı konveyörde kullanılacak olan parçaların boyutları elde edilmiştir. Konveyör eğimi, sarılım açısı ve makara grupları parametreleri kullanılarak güç ve bant kuvvetlerinin değişimlerinin grafikleri oluşturulmuştur. Çeşitli yorumlar yapılmıştır.
Assessment of heat exchanger performance of an EGR cooler and effect to the engine performance
Environmental pollution puts humanity in a risky situation. Especially, humanity is dealing with diseases caused by the air pollutant released by machines using fossil fuels.WHO and other organizations such as EPA are trying to increase the awareness of the situation by publishing the statements about the situation and possible risks of the situation by giving numbers. Moreover, by corporating the government, organizations also put some rules and restrictions to decrease the air pollution in worldwide. As it mentioned the primary pollutant to air is machines that consume fossil fuels such as fossil fuel plants, ships using fossil fuel, trains, airplanes and cars making the making facilities to enhance business and social lives. Today, there is no option to get rid of these machines and industry. Therefore, in worldwide, there are regulations applied all the industries working to decrease the emissions consumed by fuel. In Turkey, as similar as other countries and continents, governments needs to follow the regulations for all industries. Considering the automotive industry, there needs to be applied EU emission standards for all vehicles. EU emission standards restrict releasing the pollutant gasses of an engine under the certain limit. These gasses are, NOx causing the ozone layer in danger by decreasing the thickness, CO2 primary pollutant causing the risk of Global warming and climate change. By helping of increasing technology and other methods applied to other industries that releasing pollutant to regulate the exhaust emission, automotive industry used techniques to minimize emission regulation. One of these methods for decreasing released NOx limit is catalyst technology in order to reduce the emission of CO2, NOx and soot after the combustion process by making the pollutant performed chemical reactions inside of catalysts. Another method is that being used in the automotive industry called as exhaust gas recirculation. Exhaust gas recirculation systems are working by recirculating the exhaust gasses from the exhaust manifold of an engine to air induction system to make the NOx gasses released from vehicle reduced. Exhaust gasses are known as inert gasses to the combustion process occurred. Therefore, recirculating the exhaust gasses to the intake systems makes the fresh air concentration in cylinders lesser in order to decrease the temperature in the combustion chamber. As mentioned in the previous paragraph, considering the decreasing temperature in cylinders, exhaust gasses as a hot gas couldn't play the role very well. In order to achieve the NOx emission produced in combustion chamber, there should be heat exchange process applied to exhaust gasses in order to decrease the temperature. With a view to handle this process, into the exhaust gas recirculation line by locating a heat exchanger to cool down the exhaust gasses heat. In the engine side, applying the EGR methods is changing respect to conditions NOx quantity released. Therefore, recirculating not only recirculating exhaust mass quantity changed but also the amount of heat needed to be exchanged. This complexity puts to exhaust gas recirculation systems needed to assess calibration problem and heat exchanger design problem in order to achieve heat transfer process to be covered in all engine conditions. There should be design process in a view to cover both situations. First of all, the decision about choosing the right EGR cooler for an engine specifically is made by designer engineers and calibration engineer. This process is one of the most sensitive steps has to be performed in the best way. Lack of knowledge about the how heat exchange process conducted in EGR coolers is putting the heat transfer performance of EGR cooler back to packaging and piece cost issues. Afterward, due to the heat transfer performance issues seen in the dynamometer test, EGR cooler designs process starts from beginning in order to satisfy heat transfer performance behavior in the dynamometer. In this study, the heat transfer performance prediction methodology is mentioned by putting EGR cooler design process before the dynamometer testing. The assessment was performed by using a heat exchanger currently using in an engine. As the first step of the study, in order to assess the EGR cooler performance, the mathematical model is generated by applying the all the geometrical information in the gas phase and coolant phase including fins information in order to enhance the heat transfer of the cooler in an accurate approximation. These output data calculated by using the EGR cooler performance model were validated with the data extracted in dynamometer test results. As a second step, to be able to understand the heat transfer behavior effect on the engine side, engine performance model represented to actual engine was generated by using the engine specific information. These informations are turbocharger characteristic curves, combustion process parameters, pipes lengths, and diameters surrounding the engine and calibration information regarding EGR and intake value positions respect to engine operating condition. Engine performance model was validated with the data extracted in same dynamometer test as used as in the EGR cooler performance test. At the final step, by changing the parameters considered for assessing the EGR cooler performance, EGR cooler performance was evaluated with different EGR cooler operating conditions. As referenced data calculated by using EGR cooler performance prediction model, engine performance model was conditions in order to give the same outputs from an engine. As a conclusion of the study, by helping of EGR cooler performance model and engine performance model, not only EGR cooler performance assessment predicted and also by applying changed effects seen in EGR cooler side can be interpreted in the engine performance model.
Kompakt grafitli dökme demirin delik delme işleminin incelenmesi ve sıcaklık modelinin oluşturulması
Otomotiv sanayii uzunca bir süredir kullanıcının artan performans beklentisini karşılamaya çalışırken, bir yandan da kapsamı her geçen gün genişleyen çevreyi korumaya yönelik kanunlara da uyma zorunluluğuna bir arada cevap vermeye çalışmaktadır. Bu kanunlardan özellikle emisyon standardındaki kirletici miktarlarındaki büyük düşüş beklentisi daha verimli yanmayı sağlayacak motor teknolojilerinin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Özellikle dizel gövdelerinde, egzos manifoldunda ve silindir kafalarında önceden kullanılan kır dökme demir yerine bugün daha iyi mekanik özelliklere sahip kompakt grafitli dökme demirin kullanımı bu amaca yöneliktir. Kompakt grafitli dökme demir, kır dökme demire göre sahip olduğu yüksek çekme dayanımı, aşınma ve korozyon dayanımı sayesinde daha büyük basınçlara dayanabildiğinden daha iyi bir yanma ortamı oluşturmaktadır. Ayrıca bu özellikleri sayesinde elde edilen hafiflik de diğer bir avantajıdır. Bu iyi özelliklere alaşıma ilave edilen magnezyum, titanyum ve krom gibi alaşım elementleri ile ulaşılırken, bu elementler işlenebilirlik özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Kullanılan malzemenin verimli yanma sağlaması yanında diğer yönleriyle de ekonomik olması günümüz koşullarının vazgeçilmez zorunluluğudur. Yoğun talaşlı imalat içeren bu motor bileşenlerinin ekonomik üretimi ancak, yüksek işlenebilirlikle sağlanabilmektedir. Bunun için uygun süreç parametrelerinin belirlenmesi ve takım aşınmasının azaltılması bu konuda atılması gereken ilk adımlardır. Takım aşınmasını arttıran yüksek deformasyon miktarı, sürtünmeye bağlı yüksek kesme sıcaklığı ve talaşın kesme bölgesinden uzaklaştırılamaması, özellikle motor gövde ve parçalarındaki soğutma ve yağlama kanallarının açılmasında kullanılan derin delik delme uygulamalarında işlenebilirliğin düşmesine neden olmaktadır. Bu yüzden kesme sırasında meydana gelen sıcaklık dağılımının ve sıcaklığın zamanla değişiminin bilinmesi, buna uygun soğutma ve yağlama yöntemi ile kesme parametrelerinin seçilmesi işlenebilirlik özelliklerini geliştirme açısından oldukça önemlidir. Yapılan çalışmada talaşın uzaklaştırma probleminden dolayı sadece hava kullaımının diğer yöntemlerden daha verimli olduğu bulunmuştur. Minimum miktarda yağlama (MQL) sistemi otomotiv güç aktarma organlarının talaşlı üretimi dahil, son dönemde gittikçe yaygınlaşan bir sistemdir. Bu sistem imalat maliyetlerini düşürmesi ve muadillerine göre çevreye daha duyarlı olması sebebiyle tercih edilmektedir. MQL sisteminde çok az miktarda yağ ve hava karışımını basınçlı bir şekilde takım ile iş parçasının temas ettiği bölgeye uygulanır. MQL sisteminin temel olarak 3 fonsiyonu vardır; yağlama, soğutma ve talaşı uzaklaştırma. Çok az miktarda hava yağ karışımı kesme bölgesine yollandığı için soğutma hızı geleneksel sulu kesmeye göre daha az olacaktır. Özellikle derin delik delme gibi yüksek enerji gerektiren talaşlı imalat uygulamalarında bu durum bazı sorunlara yol açması beklenebilir. Bu sorunlar yüksek ısınmadan dolayı ısıl çarpılma (distorsiyon) ve toleransların sağlanamaması olarak sıralanabilir. Bu durum, güç aktarma organları gibi parçaların yağ deliklerinin açılması sırasında sıkı geometrik toleransların sağlanmasını zorlaştırır. Matkap takımları, radyal ağız ve kesme ağzı olmak üzere iki ana kesme bölgelerinden meydana gelir. Radyal ağız matkabın ortasında yer alır ve matkabın iş parçası üzerinde merkezlemesi görevini görür. Matkap radyal ağzı, genellikle büyük talaş açısına sahip olduğu için iş parçası malzemesi, kesilme yerine kazınarak (ploughing action) aşırı plastik deformasyona uğrar. Radyal ağız düzgün ve istikrarlı bir kesim sağlanmasından sorumlu iken, kesme ağzı matkapın asıl kesme işleminde rol oynamaktadır. Bu tezde, kesme kuvveti, kesme işleminin gerçekleştiği bu iki ana bölgede; kesme ağzı ve radyal ağız için ayrı ayrı modellenmiştir. Matkap radyal ağzı kuvvet modeli bölüm 3.3.1'de açıklanmıştır. Buradaki kuvvetler ayrıca batma (indentation) ve dik kesme bölgeleri olarak iki ayrı alan için hesaplanmıştır. Kesme ağzının kuvvet modeli ise bölüm 3.3.2'de eğik kesme mekaniği kullanılarak hesaplanmıştır. Daha sonra tüm bu bölgeden oluşan kuvvetler toplanarak toplam kesme kuvveti hesaplanmıştır. Eğik kesme mekaniğine geçiş için gereken parametreler, kesme açısı, kayma gerilmesi ve sürtünme açısı, dik kesme testlerinden elde edilmiştir. Dik kesme testler geniş talaş açısı ve kesme hızı aralığında yapılmıştır. Diferansiyel kesme kuvvetleri dik kesme testlerinden elde edilen veriler kullanılarak ve eğik kesme dönüşüm yaklaşımından yararlanarak hesaplanmıştır. Mekanistik kuvvet modeli delik delme testleri ile doğrulanmıştır. Delme işlemi sırasında iş parçası sıcaklıklarının bilinmesi/modellenmesi, artık gerilme, boyutsal hata ve mikro sertlik değerleri gibi ürün kalitesini etkileyen parametreleri etkilediği için önemlidir. Tezin 4. bölümünde iş parçasının sıcaklık dağılımını elde etmek için hareketli ısı kaynağı modeli ile ısı transferi modeli oluşturulmuştur. Isı geçişi problemi Abaqus 6.10 yazılımı kullanılarak çözülmüştür. Sonlu elemanlar analizinde iş parçası, 2 boyutlu simetrik model olarak modellenmiştir. Delik delme işlemi sırasında ısı akısı ilgili elemanlara uygulanmış ve takip eden çözüm adımında bu elemanlar silinerek bir alttaki gruba ısı akısı uygulanmıştır. Bu durum, hareketli ısı kaynağı ve talaş kaldırma işlemini ifade etmektedir. Çalışmada ısı yükleri modelden elde edilen kuvvet ve moment değerleri yardımı ile hesaplanmış ve sonlu elemanlar yazılımında sınır şartı olarak kullanılmıştır. Buna ek olarak matkabın zırhındaki sürtünmeden kaynaklanan ısı oluşumu ters ısı transferi yöntemi ile hesaplanmıştır. Ters ısı trasferi yöntemi üç kısımdan oluşur: test verilerin toplaması, direkt çözüm ve tersine çözüm. Test verileri gömülü termal elemanlar yardımı ile toplanmıştır. Direkt çözüm ABAQUS sonlu elemanlar yazılımı ile çözülürken tersine çözüm MATLAB kullanılarak yapılmıştır. Derin delik işleminde MQL'den kaynaklanan soğutma etkisi ve delik delme prosesinden kaynaklı yan duvarlardaki ısı oluşumu tersine ısı transferi metodu ile hesaplanmıştır. Bu değerler, sonlu elemanlar yöntemine başlangıç koşulu ve sınır değerleri olarak girilmiş ve ısı dağılımları hesaplanmıştır. Sıcaklık modellerini doğrulamak için delik delme işlemi esnasında oluşan sıcaklıklar gömülü termal eleman yöntemi ile ölçülmüştür. 5. bölüm matkaptaki sıcaklıkların modellenmesi ile ilgilidir. Takımdaki sıcaklık oluşumunun temel nedeni takım talaş yüzeyi ile talaşın birbirine sürtmesidir. Diğer nedenler ise matkabın zırhındaki sürtünme ve boşaltma kanalındaki sıcak talaştır. Çalışmada bu etkiler dikkate alınmamıştır. Delik delme işlemlerinde takım ve iş parçasını soğutmak ve talaşı uzaklaştırmak için soğutucu akışkan kullanılabilir. Bu çalışmada takımı soğutmak için 6 bar basınçlı hava kullanılmıştır. 3D zamana bağlı ısı transferi probemini çözmek ve takımdaki sıcaklık dağılımını elde etmek için ABQAUS sonlu elemanlar yazılımı kullanılmıştır. Bu modelde, talaş ve takımın talaş yüzeyi temas alanı 5 eşit bölgeye ayrılmış, radyal ağız ise tek bölge olarak incelenmiştir. Bu altı bölgede meydana gelen ısı oluşumu Shaw'nun ısı paylaşım oranı kullanarak hesaplanıp ilgili alanlara uygulanmıştır. Matkabın deliği dışında kalan bölgesine 20 W/m2K ısı taşınım katsayısı uygulanmıştır. Matkabın içinden geçen hava ise ANSYS CFX yazılımı ile modellenmiş ve helisel soğutma kanalı yüzeyine ve matkabın serbest yüzeyine uygulanmıştır. Geliştirilen model matkabın serbest yüzeyine gömülen termal elemanlar yardımı ile kuru ve hava kullanılan testler için doğrulanmıştr. 6. bölümde delik delme ve derin delik delme işlemi için işlenebilirlik çalışması yapılmıştır. Bölüm 6.1'de yüksek verimli delik delme işlemi için KGDD'nin işlenebilirliği incelenmiştir. Bu çalışmada 4 mm çapında kaplamalı karbür takım kullanılmış ve testler 26,5 mm/s ilerleme hızında gerçekleştirilmiştir. Üç farklı kesme akışkanı ile 2 tekrarlı testler gerçekleştirilmiştir. Kesme akışkanları kuru, hava ve MQL olarak seçilmiş ve bu koşullarda sırası ile maksimum 1740, 3150 and 2948 adet delik açılmıştır. Çalışmada ayrıca talaş şekli, boyu ve hızı hesaplanmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki sadece hava kullanarak verimli bir KGDD delik delme işlemi yapmak mümkündür ve talaşın uzaklaştırılması ve soğutma takım ömrü için en önemli faktörlerdir. Bölüm 6.2'de ise derin delik delmede işlenebilirlik 10 mm çapındaki kaplamasız karbür takım kullanılarak incelenmiştir. Bu kısımda takım aşınması, sertlik ve artık gerilmenin kesme parametreleri ile değişimi incelenmiştir.
Kompresör kabuğunun sayısal ve deneysel analizi
Dünya pazarında buzdolabı üreticileri birbirleriyle kalite, yeni teknoloji, gıdaların daha uzun süre saklanabilmesi, buzdolabı iç-dış tasarımı, enerji seviyesi ve ses gücü düzeyi gibi birçok konuda çok aktif bir biçimde rekabet halindedir. Artan rekabet koşullarında firmalar tüketici beklentilerini karşılayacak faaliyetler geliştirmek, fakat bunu minimum maliyetle gerçekleştirmek zorundadır. Gürültü denetim politikaları ve müşteri beklentileri göz önüne alındığında buzdolabı kompresörlerine ait ses ve titreşim seviyeleri önem kazanmaktadır. Kompresör kaynaklı titreşimler, buzdolabındaki gürültünün en önemli nedenlerinden biri olup, özellikle kompresör içindeki mekanik hareketin yaratmış olduğu titreşim ve bu titreşimin çeşitli yollarla kompresör kabuğuna iletilmesi sonucunda oluşan gürültü, buzdolabı gürültü seviyesini önemli oranda etkiler. Buzdolaplarının aşırı titreşimlere maruz kalması ile müşteri konforu açısından istenmeyen sesler yani gürültü artışı haricinde, bu titreşimlere bağlı arızaların oluştuğu da bilinmektedir. Bu tez kapsamında öncelikle buzdolabı ile ilgili temel bilgiler araştırılıp, buzdolabındaki baskın gürültü kaynakları belirlenmiş ve bu gürültü kaynaklarıyla ilgili literatür araştırması yapılmıştır. Yapılan araştırmalar sonucunda, zaruri bir ihtiyaç olan buzdolaplarında görülen titreşim ve gürültü probleminin araştırmacıları daha sessiz ve daha düşük titreşim seviyelerine sahip ürünler meydana getirme yoluna yönelttiği görülmüştür. Buzdolaplarında baskın gürültü kaynaklarından biri olan kompresörün titreşim ve gürültü problemlerinin giderilmesi ile ilgili farklı uygulamalar bulunmasına karşın, yapılan literatür araştırmasında genelde türbin kanatlarında kullanılan sürtünmeli sönümleyici uygulamasının kompresörlerde kullanımının yaygın olmadığı tespit edilmiştir. Bu sebeple bu tez kapsamında kuru sürtünme kaynaklı sönümleyici kullanımı ile kompresör titreşim ve gürültü seviyelerinin düşürülmesi amaçlanmıştır. Bunun için öncelikle tek ve çok serbestlik dereceli sistemler incelenmiş ve temel ses konuları hakkında bilgi toplanmıştır. Kompresör kabuğunda gerçekleştirilecek çalışmaların anlamlı olabilmesi için öncelikle mevcut durumun tespiti gerekmiştir. Bunun için ilk önce Sonlu Elemanlar Metodu ile kompresörün sayısal modeli oluşturularak kompresörün dış muhafazasını oluşturan alt ve üst kabuk ayrı ayrı ve birleşik durumda analiz edilmiş ve modellenen kompresör kabuklarının doğal frekansları, mod şekilleri ve Frekans Tepki Fonksiyonları (FTF) hesaplatılmıştır. Kompresörün mevcut titreşim ve gürültü davranışının deneysel olarak belirlenmesi için öncelikle kompresör alt ve üst kabuklarına çekiç testi yapılarak kabukların FTF'leri ölçülüp doğal frekans değerleri elde edilmiştir. Ölçülen FTF'lerin bir modal analiz yazılım programında işlenmesi ile mod şekilleri elde edilmiştir. Daha sonra kompresörün mevcut akustik davranışlarının tespiti için iki farklı tipteki kompresörün solo ses gücü düzeyi ölçülmüştür. Ayrıca bu iki kompresörden biri, buzdolabı kabin dibi bölgesine yerleştirilerek buzdolabının da toplam ses gücü düzeyi ölçülmüştür. Ölçülen bu değerler, ileride yapılacak çalışmaların mevcut durumla karşılaştırılmasında referans değerler olarak kabul edilecektir. Kompresördeki mevcut durumun tespiti için uygulanan üçüncü ve son çalışma ise buzdolabında kompresör kaynaklı gürültünün kompresörün hangi bölgesinden kaynaklandığını belirlemek amacıyla yapılan akustik kamera ölçümüdür. Bu sayede kompresör kaynaklı gürültünün kaynağı ve baskın olduğu frekans bölgeleri elde edilmiştir. Oluşturulan sayısal ve deneysel modellerin birbiriyle uyumlu olup olmadığını ve elde edilen sonuçların tutarlılığını tespit etmek amacıyla öncelikle sayısal ve deneysel modelde aynı yerden alınan bazı FTF verileri karşılaştırılmış ve birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Daha sonra her iki analizde alt ve üst kabuklar için elde edilen doğal frekans değerleri ve mod şekilleri karşılaştırılmıştır. Elde edilen doğal frekans değerlerinde özellikle alt kabuk için kısmi sapmalar olsa da, hem doğal frekans değerleri hem de mod şekillerinin birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Kompresör alt ve üst kabuklarının birleşik halde bulunduğu durumda modeller arasında karşılaştırmanın yapılabilmesi için Operasyonel Koşullarda Titreşim Şekli (OKTŞ) yöntemi kullanılarak doğal frekans değerleri elde edilmiştir. Bu metodun ölçümler esnasında sağladığı en önemli avantaj, yapıya herhangi bir harici kuvvet uygulanmadan gerçekleştirilebilmesidir. Bu nedenle yöntemin uygulanması sırasında herhangi bir kuvvet sinyalinin ölçülmesine gerek yoktur. Modal parametreleri bulmak sadece kompresör kabuğu üzerinden alınan cevap (ivme) verilerine dayanmaktadır. Buzdolabı kabin dibi bölgesinde ve kompresörde bulunan bazı kısıtlar sebebiyle sadece üst kabuk bölgesine uygulanan bu yöntem sonucunda elde edilen veriler ile sayısal analiz sonuçlarından elde edilen bazı mod şekillerinin birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Gerçekleştirilen üç farklı karşılaştırma yöntemiyle, oluşturulan sayısal ve deneysel modellerin birbirine yeter derecede yakınsadığı sonucuna varılmıştır. Gerçekleştirilen sayısal ve deneysel analizler sonucunda kompresör kabuğu üzerinde belirlenen kritik bölgelerde sürtünmeli sönümleyici kullanılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda ilk olarak sabit bir sürtünmeli sönümleyici, kompresörde belirlenen bölgeye yerleştirilmiş ve hem solo kompresör ses gücü düzeyi (SGD) hem de buzdolabı toplam ses gücü düzeyi ölçülmüştür. Bu yöntem ile kompresörün solo SGD'sinde 1.6 dBA, buzdolabı toplam SGD'sinde ise 0.3 dBA seviyesinde bir düşüş sağlanmıştır. Ölçülen buzdolabında düşük frekanslardaki sesin daha baskın olması sebebiyle gerçekleştirilen iyileşme buzdolabı toplam SGD'sine yansımamıştır. Bu sürtünmeli sönümleyicinin sabit normal kuvvette kullanılıyor olması sebebiyle daha etkin bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağını tespit etmek amacıyla alternatif bir çözüm önerisi sunulup sönümleyici kuvveti ayarlanabilir olarak tasarlanmıştır. Ayarlanabilir sürtünmeli sönümleyicinin belirlenen iki farklı bölgede kullanılması ile solo kompresör SGD'sinde 2.1 dBA'lık bir düşüş sağlanmış olup, kabuğun titreşim genlikleri azaltılmıştır. Kompresör kabuğu üzerindeki titreşimleri ve gürültüyü azaltmak için önceki uygulamalardan farklı olarak, kompresör alt ve üst kabuklarının birleşim bölgesinde kemer şeklinde şerit metal yay kullanılmış ve kuru sürtünmeli alan oluşturulmuştur. Bu sayede iki farklı tip kompresör üzerinde denenen yöntem ile bir kompresörün toplam solo SGD'si 1.5 dBA; diğer kompresörün toplam solo SGD'si ise 1.8 dBA düşürülmüş olup kabuktan alınan titreşim genlikleri de azaltılmıştır. Yukarıda özetlenen alternatif çözüm önerilerinden farklı olarak, kompresör kabuğunda daha fazla ve daha farklı bölgelerde titreşim sönümü gerçekleştirilebilmesi için baskı yüzüğü kullanımı önerilmiştir. Bu yöntemin kompresör kabuğunda uygulanması ile kabuk titreşim genliklerinde diğer yöntemlere göre daha fazla miktarda düşüş sağlanmıştır. Kompresör kabuğu titreşimlerinin belirli frekans bantlarında kontrol edilebilmesi için önerilen diğer bir yöntem de kompresör kabuğunun çok katmanlı kullanımıdır. Katmanlı kompresör kabuğu tasarımlarında kabuk yüzeyleri arasında özellikle temasın sağlanması istenmektedir. Bu sayede kabuk saclarının birbirine sürtünerek titreşim enerjisini azaltması beklenmektedir. Tez kapsamında kompresör üst kabuğunun iki katmanlı üretilmesi ile oluşturulan kompresörün SGD'si ölçüldüğünde, gerçekleştirilen prototip üzerinde 1.8 dBA'lik bir düşüş sağlanmıştır.
Comparative study of combustion modes in internal combustion engines using CFD simulations
Internal combustion engines did not become a practical reality until the 1860s. Because of wide-spreading markets of internal combustion engines, researches and developments of IC engines, maybe less fundamental, have continued ever since to improve engine efficiency and exhaust emissions. In fact, both of SI and CI engines have their own advantages and disadvantages. Although CI engine has higher compression ratio which results in a higher thermal efficiency and better fuel economy than SI engine, diesel engine operates in more limited speed range and produces higher levels of nitrogen oxides (NOx ) and particulate matter (PM) emissions. Nowadays, decreasing of energy resources, high fuel price and environmental protection led the researchers to design the engines which maximize power and fuel economy while minimizing exhaust emissions. In order to achieve these goals some advanced combustion strategies such as Low Temperature Combustion (LTC), Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) and Premixed Charge Compression Ignition (PCCI) have been introduced. Advanced combustion concepts are receiving increased attention for the reason that they can be a practical solution used in piston engines to meet the increasingly stringent emission regulations. In addition to the need for advanced combustion models to be utilized in future engines, the ability of using alternative fuels such as methane in these concepts is indispensable. Computational Fluid Dynamics (CFD) tools provide a detailed description of the fluid flow and transport phenomena occurring in the system, employing simplified kinetic mechanisms in order to develop current high computational effort. Noticeable advantages of CFD make it a promising way to realize flow patterns that are difficult, expensive or impossible to study using experimental techniques. Indeed, in parallel with novel combustion concepts and alternative fuel usage, 3D computational fluid dynamics simulation of in-cylinder spray formation/propagation, combustion and pollutant formation processes is receiving increasing attention during engine and combustion system development. Nowadays, CFD has been successfully defined for the calculation of fluid flow, mixture formation and combustion in internal combustion engines as a supplementary tool to in-cylinder pressure analysis, combustion diagnostics and optical mixture formation. In this study, commercially available AVL FIREr CFD code is used to perform the simulations. Boundary fitted computational grids are generated by Engine Simulation Environment Diesel (ESE Diesel) tool, then in-cylinder processes are simulated via Workflow Manager tool. The combustion chamber of engine is considered as a closed thermodynamic system and the governing equations for unsteady, compressible, turbulent flow and thermal fields are solved from the intake valve closing (IVC) to exhaust valve opening (EVO). In the first part of current study, simulated SI engine is validated by available experimental test results. To understand the grid sensitivity of multi-dimensional engine CFD, five different grid resolutions are adopted and compared. The selected mesh represents a compromise between computational time and accuracy, but is found to give adequately grid independent results. In favor of assessing the predictive accuracy and reliability of the CFD simulations, it is critical to perform validation studies over various engine operating conditions. In this regard, in-cylinder pressure, heat release rate, specific fuel consumption, brake mean effective pressure, brake power and emissions predictions are compared with the measured experimental results at three different engine speeds of 1500[rpm], 1660 [rpm] and 1800[rpm]. The results of the simulation are in good qualitative and quantitative agreement with the corresponding experimental data. Then a comprehensive parametric study of individual influences of exhaust gas recirculation, equivalence ratio and spark timing on the performance and exhaust emissions of the simulated gasoline engine is investigated at a fixed engine speed of 1500 [rpm]. In order to carry on the study, additional simulations are done by applying the natural gas (methane) as an alternative fuel and the performance and emission characteristics of CNG engine are compared with those of validated gasoline engine. Since the primary focus of this research is the examination of different combustion strategies for reducing NOx and soot emissions along with engine performance improvement, in addition to conventional natural gas fueled SI engine, a low temperature combustion strategy known as Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) is developed by using natural gas as fuel. In order to prepare a reasonable comparison, the natural gas fueled HCCI engine is considered to operate under the same load of verified gasoline engine. Additionally in the second part of this research, first a conventional single cylinder diesel engine under full load condition at engine speed of 1500[rpm] is simulated with AVL FIREr CFD code, and then the individual and combined effects of EGR and engine load on combustion and engine-out emissions are studied. Moreover, in order to achieve the partially premixed compression ignition and lower temperature combustion of diesel engine, the effects of multiple injection strategies including injection ratio and first injection duration on performance and exhaust emissions of diesel engine are investigated.
Düz ve girintili yüzeylerde havuz kaynamasının sayısal modellenmesi
Kaynama, sıvıyla temas eden katı yüzeyin sıcaklığı sıvının o basınçtaki sıcaklığından yüksek ise katı sıvı ara yüzeyinde gerçekleşen faz değişim olayına denir. Kaynamanın iki çeşidi vardır. Bunlar: havuz kaynaması ve akış kaynamasıdır. Havuz kaynaması sabit bir hacimde durgun bir sıvıda gerçekleşirken, akış kaynaması ise zorlanmış taşınım olduğu hareketli bir sistemde gerçekleşmektedir. Kaynama işlemi sırasında gerçekleşen faz değişimine nedeniyle ısı transferi miktarı oldukça yüksektir. Bu yüzden havuz kaynaması ve akış kaynaması birçok mühendislik uygulamasında kullanılmaktadır. Özellikle elektronik soğutmada, enerji dönüşüm sistemlerinde, buharla üretimi yapan ileri mühendislik sistemlerinde önemli bir yere sahiptir. Kaynama için birçok araştırma yapılmış ve kaynama mekanizması anlaşılmaya çalışılmıştır. Yapılan çalışmalarda kaynamaya etki eden değişkenler belirlenmiştir. Bu değişkenler makroskobik, mikroskobik ve istatiksel olarak üç grupta toplanmıştır. Bu değişkenlerin birbirleriyle ve kendi içindeki etkileşimlerini daha iyi anlamak için deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda değişkenler için bağıntılar geliştirilmiştir. Bu bağıntılar değişkene etki eden bir kaç paramterenin etkisi gözlemlenerek geliştirilmiştir. Bu çalışmada kaynama çeşitlerinden havuz kaynması incelenmiştir. Havuz kaynaması dört farklı kaynama aşaması içermektedir. Bu aşamalar sırasıyla doğal taşınım, çekirdekli kaynama, geçiş kaynaması ve film kaynamasıdır. Bu çalışmanın içeriği havuz kaynmasının çekirdekli kaynama aşaması için gerçekleştirilmiştir. Bu bölge içersinde incelenen makroskobik ve istatiksel değişkenler; yüzey fiziksel ve malzeme özellikleri, kabarcık ayrılma çapı, kabarcık ayrılma frekansı ve çekirdeklenme alan yoğunluğudur. Bu çalışmanın amacı, deneysel verilerle elde edilen değişkenlerin bağıntıları kullanılarak HAD yöntemiyle ile çekirdekli havuz kaynaması düz yüzey için modellenmesidir. Başlangıç olarak havuz kaynamasının çekirdekli kaynama bölgesinin sayısal modellenmesi ticari bir HAD programı olan Ansys Fluent 15 yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Sayısal model için 2 boyutlu düz yüzey geometrisi Ansys Geo'da oluşturulmuştur. Bu 2 boyutlu geometri iki farklı alan içermektedir. İlk alan akış alanı ve ikinci alan katı alanıdır. Düz yüzeyin model sınır koşulları şu şekilde tanımlanmıştır: Akış alanının yan duvarları adyabatik, akış alanını üst yüzeyi atmosfer çıkışı ve akış alanın katı alanla temas ettiği duvar sıcak yüzeydir. Akışkan olarak su ve yüzey malzemesi olarak paslanmaz çelik kullanılmıştır. Analizler zamana bağlı gerçekleştirilmiştir. Her 1 ms için 150 iterasyon yapılmıştır. Çözüm metodu olarak SIMPLE kullanılmıştır. Düz yüzeyde çekirdekli havuz kaynmasnın modellenebilmesi için suyun buhar fazına geçmesi gerekmektedir. Bunun için su-buhar arası kütle geçişi modellenmiştir. Kütle geçişini modelleyebilmek için kabarcık ayrılma çapı ve kabarcık ayrılma frekansı korelasyonlarından faydalanılmıştır. Kütle geçişi modelinde öncelikli olarak kabarcık ayrılma çapı hesaplanmıştır. Kabarcık çapının hesaplanmasından sonra kabarcık ayrılma frekansı bağıntıları kullanılarak kabarcık frekansı hesaplanmıştır. Hesaplanan kabarcık frekansı Lee modelinde yerine konularak buharlaşan suyun kütlesi hesaplanır. Ansys Fluent'te kütle geçişi modeli UDF (User Defined Function ) kullanılarak gerçekleştrilmişitr. Buharlaşan suyun kütlesinden gizli ısı akısı hesaplanmaktadır. Böylece kütle geçişi modeline uygulanan kabarcık ayrılma frekansı ile su-buhar faz değişimi modellenmiştir. Ansys Fluent'te çekirdekli havuz kaynaması VOF (Volume of Fluid) faz modeli kullanılarak üç farklı korelasyon ve 1 tane varsayılan model kullanılarak değerlendirilmiştir. Analizler sabit yüzey sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Yüzey kızma farkı 30℃ ve başlangıç sıcaklığı olarak 27℃ olarak alınmıştır. Kütle geçiş modelinin üç farklı korelasyonla modellenmesiyle elde edilen sonuçlar doğrultusunda Kutateladze ve Gogonin korelasyonu (kabarcık ayrılma çapı korelasyonu) uygun bulunmuştur. Kutateladze ve Gogonin korelasyonu kullanılarak kızma farkı 10 ℃, 20℃ için analizler tekrar edilmiştir. Sonuç olarak, kütle geçişi modelinde artan kızma farkı ile kabarcık çaplarının büyüdüğü gözlenmiş ve hesaplanan frekansın azaldığı görülmüştür. Diğer bir yandan yapılan çalışmada düz yüzey için HAD yöntemiyle hesaplanan ısı akısı ve ısı taşınım katsayı değerleri kızma derecesi arttıkça kaynama eğrisinin altında kaldığı görülmüştür. Bu sonuçlar doğrusulta HAD ile düz yüzey ısı akısının hesaplanması için ısı geçiş ve korunum denklemerinin yeterli olmadığını görmekteyiz. Çünkü HAD yöntemiyle hesaplanan duvar ısı akısında kaynama esnasında gerçekleşen fiziksel olayların etkisi dahil edilmemiştir. Bu da ısı akısının hesaplanması için ek bir uygulamanın gerektiğini göstermektir. Bu yüzden ısı akısının modelleyebilmek için kaynama bağıntılarından faydalanılmıştır. Bu çalışmada ısı akısını modelleyebilmek için kaynama bağıntılarından geliştirilen Nusselt sayısı kullanılmıştr. Çekirdekli kaynama bölgesi için geliştirlen Nusselt sayısı korelasyonu vasıtasıyla ısı taşınım katsayısı hesaplanmıştır. Hesaplanan ısı taşınım katsayısı duvar ısı akısının modellenmesinde kullanılmıştır. Bu modelleme Ansys Fluent'te UDF (User Defined Function) kullanılarak yapılmıştır. Isı akısı sayısal modeli, iki farklı faz model kullanılarak farklı sabit yüzey sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Yüzey sıcaklıları 120℃ ve 130℃ olarak alınmıştır. Çözümler doğrultusunda akışkanın doymuş ve aşırı soğuk olmasına göre farklı başlangıç sıcaklık değerlerine göre de değerlendirilmiştir. Başlangıç sıcaklığı olarak 97℃, 77℃ ve 27℃ alınmıştır. Kütle geçiş modelinde kabarcık ayrılma çapı için Kutateladze ve Gogonin korelasyonu ve kabarcık ayrılma frekansı için de Zuber korelasyonu kullanılmıştır. Sonuç olarak farklı yüzey sıcaklıklarında VOF ve Eulerian faz modeli kullanarak hesaplanan ısı akısı sonuçları kaynama eğrisi ile örttüşme sağlamıştır. Akışkanın başlangıç sıcaklığına göre aşırı soğumuş veya doymuş olmasına göre ısı akısı sonuçlarının değiştiği görülmüştür. Bunun için ısı akısı modelinin farklı sıcaklıklardaki akışkana göre değişen bir katsayı çarpanına sahip olması gerektiği ön görülmüştür. Düz yüzeyden elde edilen kütle geçiş modeli ve ısı akısı modeli ile girintili yüzey için çekirdekli havuz kaynaması modellenmek istemiştir. Üç farklı analiz tek bir geometrik yapı için çözümlenmiştir. Ansys Fluent faz modeli olarak VOF kullanılmıştır. Girintili yüzey sabit yüzey sıcaklığında 120℃ olarak alınmıştır ve akışkan başlangıç sıcaklığı da 77℃ olarak alınmıştır. Girintili yüzey için yapılan üç farklı analizden ilki düz yüzey için uygulanan kütle geçişi ve ısı akısı modeli değiştirilmeden yapılmıştır. İkinci ve üçüncü analiz modellerinde ise kütle geçiş modeli katsayısı değiştirilmiştir. Üçüncü modelde ise ısı akısı model katsayısı 4 katına çıkarılmıştır. HAD ile yapılan hesaplamalar sonucundan 1. ve 3. Model sonuçlarının ısı akısı oldukça düşük çıkmıştır ve yüzey buhar tabakası ile kaplanmıştır. 2. Model'de ise ısı akısı yükselmiştir ve yüzeyde kabarcıklanma görülmüştür. 2. Model kullanılarak kızma farkı 10 ℃ ve 15 ℃ olan yüzeyler için analizler tekrarlanmıştır. Sonuç olarak girintili yüzeyde deneysel sonuçlardan elde edilen ısı akısı ve ısı taşınım katsayısı ile HAD yöntemiyle hesaplanan ısı akısı ve ısı taşınım katsayısı arasındaki belirgin bir fark olduğu görülmektedir. Çünkü kullanılan bağıntılarda yüzey özellikleri ile ilgili değişkenlerin bulunmaması ve yüzey fiziksel özellikleri ile kabarcık çapı ve frekansı etkileşimin karmaşıklığı sebebiyle analiz sonuçlarının deneysel sonuçlarla doğrulanması gerekmektedir. Bu çalışmada girintili yüzeyde havuz kaynamasının sayısal modellenmesi kütle geçişi modeli ve ısı akısı model katsayıları kullanılarak yapılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada kaynama değişkenlerinden elde edilen bağıntılar kullanılarak kütle geçişi ve ısı akısı modellenmiştir. Kütle geçiş modeli kabarcık ayrılma çapı ve kabarcık ayrılma frekansı korelasyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isı akısı modeli de kaynama bağıntılarından elde edilen Nusselt sayısı korelasyonu kullanılarak yapılmıştır. Modelleme için Ansys Fluent'te dışardan UDF (User Defined Function) yazılarak yapılmıştır. Düz yüzey için sabit yüzey sıcaklığında ve 1 atm basınçta gerçekleşen analizler sonucunda kütle geçişi ve ısı akısı modellenmiştir. Modellemeler farklı sabit yüzey sıcaklığında ve başlangıç sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Buna göre kütle geçiş modeliyle sıcak yüzeyde kabarcık oluşumu görülmüştür. Yüzey sıcaklığına ve başlangıç sıcaklığına göre kabarcık oluşumu, ısı akısı ve ısı taşınım katsayısı değiştiği görülmüştür. Analizden elde edilen sonuçlar kaynama eğrisi ve deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Duvar ısı akısı modeli kaynama eğrisi ile örttüşme sağlamıştır. Girintili yüzey için tekrarlanan analizler sonucunda elde edilen duvar ısı akısı deneysel verilerin altında kalmıştır. Bunun sebebi ise kullanılan korelasyonlarda yüzey geometrik özellikleriyle ilgili bilgi içermemesi ve kaynama olayının karmaşık yapısıdır. Bu çalışmanın sonucunda havuz kaynamasının çekirdekli kaynama aşaması düz ve girintili yüzey için HAD kullanılarak modellenmiştir.
Toz torbasız elektrik süpürgelerinde toz dağılımının sayısal modellenmesi ve toz haznesinin toz toplama veriminin belirlenmesi
Temizlik, insanların var oluşundan beri süregelen bir kavramdır. Özellikle kişisel temizlik başta olmak üzere yaşam alanı temizliği de insan sağlığı için çok önemli bir parametredir. İnsanlar, ilk çağlarda temizlik anlayışına çok önem vermemişler ve temizlenmemenin beraberinde getirdiği sağlık sorunları nedeniyle erken yaşlarda hastalıklara yakalanarak yaşamlarını yitirmişlerdir. Tecrübe ve bilincin git gide artmasıyla birlikte temizlik ve hijyen kavramları toplumlar içine iyice yerleşmiş ve insanların ortalama yaşam sürelerinde artış meydana gelmiştir. Yaşam alanlarını virüs ve bakterilerden arındırmak için daha da özenle temizlemeye başlamışlar ve bugünkü temizlik anlayışının bir nevi temellerini atmışlardır. İlkel çağlardan gelişmiş çağlara doğru gelindikçe elle temizliğin yerini çalı süpürgeler almış; hatta günümüzde kullanılan süpürgeler icat edilmiştir. Süpürgenin icadıyla birlikte yaşam bölgeleri daha steril hale gelmiştir. Teknoloji ilerledikçe süpürgeler de kendi içlerinde gelişmeye başlamıştır. İlk olarak üretilen toz torbalı süpürgelerin yerini günümüzde birçok yeni teknoloji almıştır. Bunlara örnek olarak; toz torbasız süpürgeler, sulu süpürgeler, robotik süpürgeler vb. gibi farklı teknolojiye sahip örnekler gösterilebilir. Günümüzde evlerde elektrikli süpürgeler yaygın şekilde kullanılmaktadır. Kullanıcının isteğine göre seçilen toz torbalı ve toz torbasız süpürgeler en yaygın olarak kullanılan süpürge çeşitleridir. Toz torbalı ve toz torbasız süpürgelerin kendi içlerinde birçok avantajı olmasına rağmen dezavantajları da oldukça fazladır. Toz torbasız süpürgeler; toz torbalarının değiştirilmesi, toz torbasını yerinden çıkarırken etrafa tozun saçılması gibi belli başlı dezavantajlara sahipken toz torbasız süpürgelerde toz torbası bulunmadığı için ve dolayısıyla toz torbanın yenilenme maliyetinin olmamasından dolayı avantajlıdırlar. Toz torbasız süpürgeler, bu avantajlarından ötürü son yıllarda oldukça popüler olmaya başlamışlardır. Artan popülarite ve çalışma prensiplerinin ilginç olmasından dolayı toz torbasız (siklonik) süpürgelerdeki toz toplama veriminin belirlenmesi yüksek lisans tez çalışması konusu olarak seçilmiştir. Bu kapsamda gerçekleştirilen sayısal ve deneysel çalışmalar ile bir toz torbasız süpürge haznesinin tekil olarak toz toplama verimi belirlenmiş ve bazı tasarımlar ile kıyaslanmıştır. Tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, öncelikle insanoğlu ve yaşam alanı temizliğinden bahsedilmiştir. İlkel zamanlardan itibaren insanların gittikçe bilinçlenmesiyle birlikte kendilerinin ve yaşadıkları bölgenin temizliğine verdikleri önem vurgulanmıştır.1860'lı yıllarla birlikte icat edilen süpürgenin günümüze kadar gelen tarihinden ve bir toz torbalı süpürgenin genel olarak çalışma prensibinden kısaca bahsedilmiştir. Sonrasında ise, toz torbasız yani siklonik süpürgelerin icadıyla birlikte gelen yeni bir akımdan bahsedilmiştir. Bu akımın öncüsü olan siklonik ayırıcılardan ve bunun temeli olan siklon kavramından kısaca söz edilmiştir. Bir siklonik ayırıcının çalışma prensibi anlatıldıktan sonra tezin amacı ve çalışmada izlenilen yol detaylı şekilde anlatılmıştır. İkinci bölümde, tezin içeriğiyle ilgili geniş bir literatür çalışması yapılmıştır. Literatür araştırması kapsamında, siklonik ayırıcılarla ilgili yapılan tüm çalışmalar incelenmiş; detaylı şekilde anlatılmıştır. Hem deneysel hem de sayısal araştırmalar, siklon kavramının anlaşılması ve tezin içeriğindeki sayısal çalışma kısmı için önemli rol oynamıştır. Üçüncü bölümde ise, siklonik ayırıcıların içerdikleri yoğun türbülanslı akıştan ötürü türbülans kavramı ve türbülans modelleri üzerine teknik araştırma yapılmıştır. Türbülans kavramı detaylı incelendikten sonra sırasıyla türbülanstan kaynaklı oluşan sınır tabakalardan bahsedilmiştir. Sayısal analizin önemli bir bölümünü oluşturan türbülans modeli seçimi ve bu modellerin temeli ise detaylı olarak incelenmiştir. Ticari yazılımlarda sıklıkla kullanılan birçok türbülans modeli üzerine araştırmalar yapılmış; ancak ağ yapısından bağımsız olan türbülans modelleri ve çok fazla hesaplama zamanı getiren türbülans modellerine tez kapsamında olmadığı için değinilmemiştir. Dördüncü bölümde, tezin içeriğinin ikinci adımı olan daimî ayrık faz modellemesine değinilmiştir. Ayrık faz modellemesi kapsamında, modellemenin genel teorisi, partikül ile duvar etkileşimi, partiküller türbülans etkisi altında nasıl bir hareket izlediği ve partiküllerin genel olarak enjeksiyonundan bahsedilmiştir. Tez kapsamında kullanılacak tüm geometriler için yapılan tek fazlı akış analizleri sayesinde uygulanan ayrık faz modellemesinde, partiküller havanın giriş hızına eş değer hızında ve hava giriş yüzeyinden geometri içerisine enjekte edilmiştir. Yapılan HAD analizleri daimî olduğu için ayrık faz modellemesi de daimî olarak yapılmıştır. Giriş yüzeyindeki ağ sayısıyla orantılı şekilde partikül gönderilmiş ve bu partiküllerin yörüngeleri belirlenmeye çalışılmıştır. Belirlenen yörüngelerle birlikte, tozun toplanacağı kısım belirlenmiş ve bu bölgede ne kadar partikülün toplandığı DPM analizi sonucunda hesaplanmıştır. Beşinci bölümde, seçilen Arçelik marka S7534 toz torbasız süpürge üzerinde bazı deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, pazarda hali hazırda satılmakta olan bu modele ait süpürgeler belirlenmiş ve bu süpürgelerin sınıflarına göre motor güçleri belirlenmiştir. Minimum ve maksimum motor gücü aralığında toplam dokuz adet farklı güçte motorun tez kapsamında kullanılabileceği düşünülmüş ve bu doğrultuda dokuz ayrı güçteki motor için solo performans testi yapılmıştır. Tezin ilerleyen adımlarında ise dokuz adet motordan elde edilen verilerin çokluğu dolayısıyla tez kapsamında kullanılacak motor adedi üçe düşürülmüştür. Bu motorlardan elde edilen performans verileri sayesinde, motorların çektiği hava debileri belirlenmiştir. Bu debi değerleri, tezin hem sayısal hem de deneysel bölümü için oldukça önemlidir. Deneysel çalışmaların ilerleyen adımlarında ise, sadece toz haznesi üzerinde çalışılacağından, toz haznesi ile ilgili bazı basınç kaybı testleri yapılmıştır. Basınç kaybı testlerinden sonra, görsellik açısından toz bulutunun siklonik hazne içerisinde nasıl dağıldığını görmek adına hızlı kamera ile toz akışı kayıt edilmiştir. Deneysel çalışmaların son adımı olarak ise %0.01 hassasiyete sahip bir hasssas terazi yardımıyla F sınıfı 1600W S7534 toz torbasız süpürge için haznenin toz toplama verimi belirlenmiştir. Altıncı bölümde, tez kapsamında yapılan sayısal çalışmalardan bahsedilmiştir. Sayısal çalışmaların ilk adımı olarak, katı modeli bulunan toz haznesi için akış alanı bir katı modelleme programı yardımıyla çıkarılmıştır. Daha sonra bu modelden esinlenilerek yeni ve daha basit geometriler tasarlanmıştır. Kullanılacak orijinal toz haznesi geometrisi için analizlere başlamadan önce ağ yapısından bağımsızlık çalışması uygulanmıştır. HAD analizlerinin çözüm sürelerini oldukça kısaltan bu çalışma hem tez kapsamında hem de genel yapılan analizlerde oldukça önemlidir. Kullanılacak ağ yapısı belirlendikten sonra, her bir geometriye bu ağ yapısı uygulanmıştır. Ağ yapıları da geometrilere entegre edildikten sonra, analiz için gerekli olan porozlu bölgenin detaylarının belirlenmesi konusuna değinilmiştir. Porozlu bölge için gerekli olan katsayılar, deneysel verilerden yararlanılarak her bir filtre için hesaplanmıştır. HAD analizleri için gerekli olan tüm parametreler belirlendikten sonra her bir geometri için, başta seçilen üç farklı motorun debilerinde analizler gerçekteştirilmiştir. Akış alanları da belirlendikten sonra partiküllerin enjekte edilmesi üzerine çalışılmıştır. DPM analizleri yapılmadan önce, kullanılacak test tozunun partikül özelliklerinin analize tanıtılma işlemi gerçekleştirilmelidir; fakat bu işlemin yapılması için öncelikle bazı katsayıların hesaplanması gerekmektedir. Partiküller ile ilgili tüm katsayılar hesaplandıktan sonra DPM analizleri her bir geometriye uygulanmış ve sayısal olarak tüm geometrilerin istenilen debilerde toz toplama verimleri sayısal olarak belirlenmiştir. Yedinci ve son bölümde ise, yapılan tüm deneysel ve sayısal çalışmaların sonuçları verilmiştir. Tüm sonuçlar hem kendi içlerinde hem de sayısal ve deneysel olarak karşılaştırılmıştır.
Şehirlerarası otobüslerde devrilme anında yaşam alanını koruyucu taşıyıcı unsurların tasarım ve optimizasyonu
Bu çalışmanın çıkış noktası; devrilme sonucunda oluşan kazalarda otobüs içinde bulunan yolcuların korunmasına, karoseri kapsamında yapılacak konstrüktif geliştirmeler yoluyla katkıda bulunmaya yönelik çözümler üretilmesi düşüncesi olmuştur. Literatür taramasında diğer gelişmiş ülkelerde yapılmış olan çalışmalar ve uygulanan standartlar incelenmiştir. Otobüsler için devrilme kazalarında yolcuların yaşam alanını korumaya yönelik geliştirilmiş olan yasal düzenleme, UNECE R66 (United Nations Economic Commition for Europe Regulation 66- İskelet Yapısının Dayanımı Konusunda Büyük Yolcu Taşıtlarının Onayı ile İlgili Hükümler), esas alınmıştır. Çalışmanın ana hedefi karoseri kapsamında güvenlik şartlarını sağlayan, maliyet, ağırlık ve üretim kolaylığına yönelik konstrüktif çözümlere ulaşmak olmuştur. Yasal düzenlemenin gereklilikleri ve hesaplama adımları belirlendikten sonra üst yapı taşıyıcı elemanlarına uygulanan farklı güçlendirme çalışmalarının, malzeme ve kesit değişikliklerinin etkileri incelenmiştir.
Tasarım aşamasındakı taşıt parçalarında varyasyon simulasyon analizi (VSA) ile toleransların boyutsal değerlendirmesi
Parçalar bilgisayar ortaminda tasarlanirken ideal kosullara göre tasarim gerçeklestirilir. Fakat gerçek hayatta parçalari nominal (ideal) boyutlarinda üretmek mümkün olmamaktadir. Ortam sicakliginin, elektrik frekansinin, hizin degismesi, parça islemede kullanilan takimlarin toleransinin olmasi, kaliptan çikan parçanin sogurken çekme yapmasi veya preslenen parçalarda kaliptan çikarken çarpilma olmasi gibi pek çok nedenden dolayi parçalarin boyutlarinda sapma yasanir. Dolayisi ile parça yüzeylerinde pürüzlülük ve form degisimi görülürken, deliklerde konumsal açisal ve form olarak degisimler gözlemlenir. Pim veya saft gibi parçalarin ise tam olarak yuvarlak forma sahip olmadigi ve eksenlerinin tam olarak düzgün olmadigi ölçümlerle gözlemlenebilir. Parçalarin üzerindeki her bir delik, pim, sekilli yüzey (veya profil), paralel iki yüzey, oluklu delik gibi elemanlara karakteristik eleman adi verilir. Karakteristik elemanlar boyut (size) toleransinin yani sira form, profil, oryantasyon, konum ve run-out yönünden de sapma gösterir. Bütün bu sapmalari kontrol altinda tutmak, üretimin kabul edilebilir düzeyde oldugunu teyit etmek adina parçalarin teknik resimlerine ASME ve ISO gibi kuruluslarin yayinladigi GD&T dili kullanilarak kontrol sembolleri tanimlanir. Imal edilen ürünler teknik resimde belirtilen GD&T sinirlarini saglayabiliyor ise kabul edilebilir seviyedir. GD&T sinirlarini saglayamiyorsa hurdaya ayrilmalidir. Çünkü, parçalarin takilabilirligi, sizdirmazlik gerektiren baglantilarda sizdirmazligin saglanmasi, dinamik parçalarda gürültü düzeyinin kontrol altinda tutulmasi GD&T ile dogrudan iliskilidir. Bu dökümanda, tasitlara ait montaj paketlerinde tolerans sapmalari nedeniyle meydana gelen tolerans bindirmesi sorunlari ve bu sorunlarin çözümü için uygulanan yöntemler ele alinmistir. Tolerans bindirmesi etkilerinin parçalarin teknik resimlerinde belirtilen GD&T tanimlamalarina göre analizi yapilmistir. Tolerans bindirmesi hesaplamalarinda siklikla üç ayri yöntemin tercih edildigini söyleyebiliriz. Bu yöntemleri "en kötü duruma göre hesaplama (worst case)", "istatistiki metod" ve "6 sigma ve monte carlo metodu" olarak siniflandirabiliriz. Bir ve iki boyutlu hesaplamalarda çogunlukla en kötü duruma göre hesaplama metodu veya istatistiki metot tercih edilirken üç boyutlu hesaplamalarda siklikla 6 sigma ve Monte Carlo metodu kullanilmaktadir. Tez çalismasi kapsaminda yapilan uygulama ile bir EGR paketi ele alinmistir. EGR paketinin montaji sirasinda yasanilan problemler tolerans bindirmesi hesaplamalari ile dogrulanmistir. Ardindan, tasarim degisiklikleri, tolerans iyilestirmeleri, parçalarin teknik resminde bulunan karakteristik kontrol sembollerinin düzenlenmesi, montaj yönteminin degistirilmesi yollari ile yasanilan problemin kalici olarak çözüme kavusturulmasi amaçlanmistir. Son olarak ise ilk örnek montajlari ile yapilan çalismanin uygunlugu kontrol edilmistir. Tolerans bindirmesi hesaplamalari üç boyutlu olarak Vis-VSA programi araciligi ile yapilmistir. Daha sonrasinda farkli hesaplama yöntemleri ile elde edilen sonuçlar karsilastirilmistir. Sonuçlarin tutarli oldugu gözlemlenmistir. Bu çalisma göstermistir ki tolerans hesaplamalarinin seri üretim kaliplari yapilmadan önce tasarim asamasindayken tamamlanmasi yüksek müsteri memnuniyeti ve düsük maliyet saglamak açisindan büyük bir gereksinimdir. Tolerans bindirmesi hesaplama yazilimlari ile yapilan üç boyutlu varyasyon simulasyon analizleri, tolerans hesaplamalarinin hizli bir sekilde gerçeklesmesini, hata oraninin düsürülmesini ve optimize edilmis sonuç elde edilmesini saglamaktadir. Bu tez çalismasi, EGR paketinde yer alan "EGR çikis tüpü" ve "hava kanali" gibi elastik parçalarin (boru) tolerans hesaplamasinin da yapilabilecegini göstermistir.
Dizel motorlarda yanma gürültüsünün transfer fonksiyonunun incelenmesi
Otomobillerde titreşim ve gürültüyü etkileyen alt sistemlerden biri olan motor, aracın en kritik alt sistemi olmakla beraber, türüne göre karakteristiği farklılık gösterir. Araçlarda kullanılan içten yanmalı motor tipleri benzinli ve dizel motorlar olarak ikiye ayrılmaktadır. Bunlardan yaygın kullanıma sahip olan dizel motorlar, Dr. Rudolf Diesel tarafından 1892'de keşfedilmiştir. Araçlarda kullanılan dizel motorlar, ürettiği yüksek tork ve düşük yakıt tüketimi ile birçok araç kullanıcısının tercihi olmaktadır. Dizel motorların bu avantajlarının yanında dezavantajları da bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi olan titreşim ve gürültü seviyeleri, dizel motorların en büyük problemlerindendir. Dizel motorlar yapısı gereği, havayı daha fazla sıkıştırarak dışarıdan enerji gerektirmeksizin yanma prosesini gerçekleştirebilmektedir. Bu yanma sonucu oluşan silindir içerisindeki basınç, benzinli motorlardan kat kat fazla olmaktadır. Silindir içerisindeki basınçta oluşan ani artış, dizel motorlarda yanma gürültüsünü oluşturmakta ve bu gürültü kullanıcı tarafından hissedilmektedir. Bu tez çalışmasında, dizel motorlarda yanma gürültüsü incelenmiş, yanma gürültüsünün transfer fonksiyonunun sonlu elemanlar ve sınır elemanlar yöntemleri ile elde edilmesi amaçlanmıştır. Yanma gürültüsünün transfer fonksiyonu, yapının içerisinde yanma gürültüsünün ne kadar zayıflatıldığını belirleyen, yanma gürültüsü için kritik bir fonksiyondur. Bu transfer fonksiyonu literatürde anlatılan test metotlarından regresyon analizi ile transfer fonksiyonun eldesi yöntemi kullanılarak, deneysel olarak bulunmuştur. Daha sonra bu deneysel çalışmalar ile CAE çalışmaları sentezlenerek yanma gürültüsü transfer fonksiyonunun doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Giriş bölümünde, dizel motorlarla ilgili genel bilgiler verilmiş olup dizel motorlarda bilinen gürültü kaynaklarından bahsedilmiş, yanma gürültüsünün üzerinde durulmuştur. Yanma gürültüsünün parametreleri olan transfer fonksiyonu ve silindir içi basıncı arasındaki ilişki anlatılmıştır. Bu bilgileri destekler yönde yapılan literatür araştırmasındaki çalışmalar sıralanmıştır. İkinci bölümde ise bu tez çalışmasında yapılan deneysel ve CAE çalışmalarının dayandırıldığı teorik bilgiler verilmiştir. Titreşimin temelleri, akustik dalgaların teorisi ve kullanılan CAE metotları, sonlu elemanlar ve sınır elemanları metotlarına değinilmiştir. Daha sonra ki bölümde, bu tez kapsamında bahsedilen yanma gürültüsü transfer fonksiyonunu elde etme yöntemleri anlatılmıştır. Bu metotlar, deneysel yöntemler olmakla beraber bu tez kapsamında kullanılan metot, ses kaynaklarının ayrıştırılması ve regresyon analizidir. Bu metotlar ile motordan yayılan toplam gürültünün, gürültüye katkıda bulunan kaynaklara ayrıştırılması sağlanmaktadır. Kaynakların ayrı ayrı elde edilmesi sayesinde, özel olarak yanma gürültüsünün değeri belirlenmektedir. Daha sonra yanma gürültüsünün değeri ile ölçülebilen bir değer olan silindir içerisindeki basıncın arasında lineer bir ilişki aranmaktadır. Regresyon analizi ile bu ilişki elde edilerek yanma gürültüsünün transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Elde edilen yanma gürültüsünün transfer fonksiyonları 1/3 oktav bantlarında gösterimi yapılarak 4 farklı mikrofondan ölçülen gürültünün ve 4 mikrofonun ortalaması olan gürültünün transfer fonksiyonları elde edilmiştir. Dördüncü bölümde ise bu tezin amacı olan CAE çalışmaları için sonlu elemanlar modelinin kurulumu anlatılmıştır. Daha sonra kurulan dizel motorun sonlu elemanlar modeli ile modal analiz ve frekans cevabı analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonucu, yapının doğal frekansları ve dış yüzeyinde oluşan yüzey hızları elde edilmiştir. Kullanılan bir diğer metot olan sınır elemanları yöntemi için gerekli olan yüzey hızları LMS Virtual Lab. programında görsel bir şekilde incelenmiş, yüzey hızlarının frekanslara göre hangi parçalar üzerinde yoğun olduğu belirlenmiştir. Yine LMS Virtual Lab. programında sınır elemanları ağı kurularak akustik model hazırlanmıştır. Akustik modelin kurulumu tamamlandıktan sonra yaygın olarak kullanılan ATV metodu ile akustik analizler tamamlanmıştır. Elde edilen ilk sonuçlar, deneysel çalışmaların sonucu olan yanma gürültüsü transfer fonksiyonları ile karşılaştırılmıştır. İki sonuç arasındaki farklar belirlendikten sonra ortaya çıkan sonuç farklılıklarının kök sebepleri araştırılmıştır. Yapılan parametrik çalışmalar sonucunda test ve CAE sonuçları yakınsamış, yanma gürültüsünün transfer fonksiyonu sayısal analizlerle doğrulanmıştır. Sonuçların 2000 Hz 1/3 oktav bandı haricinde %5'in altında hata oranına sahip olduğu görülmüştür. 2000 Hz'te ise ortaya çıkan sonuçlar supap mekanizmasının muhafazasının malzeme özelliklerinin lineer kabulünden dolayı ortaya çıktığı görülmüştür. Sonuç olarak bu çalışma, dizel motorlarda yanma gürültüsünün transfer fonksiyonunun sonlu elemanlar ve sınır elemanları yöntemleri kullanılarak elde edilmesini amaçlamıştır. Bu sayısal metotlar ile deneysel olarak elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılarak doğrulama çalışması yapılmıştır. Bu sonuçlar ışığında CAE destekli çalışmaların NVH alanında kullanılabilirliği gösterilmiştir ve yanma gürültüsünün daha iyi anlaşılabilmesi için yanma gürültüsü transfer fonksiyonu üzerine çalışmalara ışık tutması ve sayısal metotların kullanımının artırılmasına katkı sağlaması amaçlanmıştır.
İnsansız hava araçlarında manyetometre kalibrasyon parametrelerinin gerçek zamanlı kestirimi
Yardımcı navigasyon sistemlerinde sıklıkla kullanılan sensörlerden olan manyetometreler bulundukları yerdeki manyetik alanı ölçerler. İHA'ların navigasyonunda yardımcı navigasyon sistemi olarak kullanılan INS için referans sağlaması amacıyla kullanılan üç eksenli manyetometreler dünyanın manyetik alanını ölçme kabiliyetine sahiptir. Bu referans değeri coğrafik (gerçek) kutup ile manyetik kutup arasındaki açı olarak tanımlanan manyetik sapmadır değeridir. Manyetik sapma açısı manyetometre sonuçlarının yatay bileşenlerinde hesaplanabilir ve uzun süreli çalışma durumunda kümülatif olarak büyüyen hataların giderilmesinde INS tarafından kullanılır. Bu tezin ana konusu uçuş süresince İHA'nın bulunduğu pozisyondaki lokal (gerçek) manyetik alan bileşenleri kullanılarak gerçek zamanlı manyetometre kalibrasyon parametrelerinin gerçek zamanlı kestirimidir. Geliştirilen bu yöntem sayesinde bozunuma uğramış olarak alınan manyetometre ölçümleri olasılıksal yaklaşıma dayalı model kullanılarak düzeltilmektedir. Geliştirilen yöntemin başarısını karşılaştırmak için en küçük kareler yaklaşımına dayalı olarak türetilmiş çevrimdışı bir yöntem geliştirilmiştir. Literatürde kalibrasyon yöntemlerinden biri olarak kabul edilen çeşitli matematiksel altyapıya dayalı çeşitli tipleri de olan öz değer ve öz vektör ayrıştırmalı merkezleme algoritmasına dayanan elipsoid uydurma yöntemi açıklamaları ve anlatımı tezde yer almaktadır. Bu metodun çalışması için ihtiyacı olan çok farklı yönelimlere göre elde edilen datalar uçuş manevralarından yeterince sağlanamadığı için algoritma her zaman kullanılmaya uygun değildir. Bu yüzden geliştirilen elipsoid uydurma yöntemi gerçek zamanlı kalibrasyon yönteminin sonuçları ile karşılaştrılması için kullanılmamıştır.
Kompakt buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminin deneysel ve matematik modelleme çalışması
Bu tez çalışmasında buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine sahip harici bir soğutma sistemindeki ısı geçişi olayları; deneysel çalışmalar ve matematik modelleme çalışmaları dahilinde incelenmektedir. Bu soğutma sisteminde temel elemanlar olarak hermetik kompresör, kılcal boru, buharlaştırıcı, buharlaştırıcı fanı, yoğuşturucu ve yoğuşturucu fanı yer almaktadır. Buharlaştırıcı ve yoğuşturucu olarak kaydırılmış sıralı borulu düz kanatlı ısı değiştiricileri kullanılmaktadır. Bu ısı değiştiricileri üzerindeki hava hızlarının sistem performansına ve sistemdeki sıcaklıkların değişimlerine olan etkisi ele alınmaktadır. Öte yandan, soğutma hacmindeki soğuma davranışları tek bir hava hızı için incelenmektedir. Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin anlaşılabilmesi amacıyla öncelikle, çevrim elemanları ve çevre koşullarına ait termodinamik, akış ve ısı geçişi kısaca özetlenmektedir. Soğutma sistemi elemanlarının görevleri ve buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi hakkında genel bilgiler üzerinde durulmaktadır. İdeal ve gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimleri arasındaki farklara değinilmektedir. Soğutma sistemindeki bileşenlerin modellemesinde ve sisteme ait ısı kazancının belirlenmesinde kullanılabilecek denklemler, bileşenlerin çevrimde aldığı görevlere uygun olarak verilmektedir. Yoğuşturucu ve buharlaştırıcıda iç akış tarafında faz değişimi baskın olduğundan, ısı taşınım katsayıları bulunurken her iki eleman için farklı korelasyonlar verilmektedir. Dış taraftaki akış özellikleri benzer olduğundan tek bir korelasyon verilmektedir. Isı değiştiricilerindeki ısı geçişi hesaplamalarında kullanılanılan ε-NTU metodu kısaca açıklanmaktadır. Bunun yanı sıra, kaydırılmış sıralı borulu düz kanatlı ısı değiştiricilerinin kanat hesabına değinilmektedir. Aynı bölümde, kabin içindeki hava ile çevre ortamı arasında gerçekleşen ısı geçişine ait denklemler çıkarılmaktadır. Kabin içerisine bir maddenin yerleştirilmesi durumunda meydana gelen ısı ve kütle geçişi ifadeleri belirlenmektedir. Deneysel çalışmalar bölümünde; soğutma çevrimi elemanlarında, soğutma yapılacak olan hacimde ve soğutma sistemi ile hacim arasındaki bağlantıyı sağlayan hava kanallarında belirli noktalara termoeleman bağlanarak bu noktaların sıcaklık ölçümleri yapılmaktadır. Sıcaklık ölçümleri ile eş zamanlı olarak soğutma sisteminin performansını belirlemek için sistemin çektiği güç ölçümleri de yapılmaktadır. Bu ölçümler buharlaştırıcı ve yoğuşturucu fanının besleme voltajı değiştirilerek altı farklı kombinasyonda tekrarlanmaktadır. Soğutma sisteminin performansını etkileyen bir parametre olan buharlaştırıcı fanının debisi, soğutma sistemine uygun olarak tasarlanan bir düzenek ile 6V, 9V ve 12V fan besleme voltajı değerleri için ölçülmektedir. Bu deneysel çalışmaların dışında, soğutma sistemine bir yük yerleştirilerek tek bir fan hızı kombinasyonu için yükün ve soğutma hacminin sıcaklık değişimi incelenmektedir. Yükün kütle değişiminin de incelenmesi için sisteme yük olarak gıda maddesi konularak kütle kaybı deneyleri gerçekleştirilmektedir. Deneysel çalışmaları yapılan soğutma sistemine uygun olarak, soğutma çevrimi ve soğutma hacmi için matematik model kurulmaktadır. Soğutma çevrimi için oluşturulan modelde, her çevrim elemanı için uygun kabuller yapılarak elemanlar ayrı ayrı ele alınmaktadır. Her bir bileşen için yapılan uygun kabuller doğrultusunda meydana gelen özel durumlara ait korelasyonlar literatürden alınmaktadır. Bu bağıntılar yardımıyla oluşturulan matematik modellerin hesabı, bilgisayar ortamında oluşturulan bir program ile yapılamaktadır. Programdan elde edilen bileşen sıcaklıkları grafikler halinde verilmektedir. Soğutma hacmi için kurulan matematik modelde ise, soğutma hacmindeki havanın ve hacme yerleştirilen yükün sıcaklığının, zamana bağlı olarak tahmin edilebilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın son bölümünde, soğutma sisteminin farklı buharlaştırıcı fan debileri için deneysel çalışmalardan elde edilen; sistemin harcadığı enerji miktarları, çalışma oranları ve benzeri performans değerleri irdelenmektedir. Performans değerleri incelendiğinde, buharlaştırıcıdaki hava hızı arttıkça sistemin çalışma oranı (runtime) düşeceğinden soğutma hacminin istenilen sıcaklık değerine gelme süresi ve bu sürede harcadığı enerji miktarının azaldığı söylenebilmektedir. Benzer şekilde çalışma oranının, sistemlerin dengeye geldikten sonra harcadığı enerji miktarlarında da etkili olduğu görülmektedir. Ardından, soğutma hacmindeki yük paketi için deneyden ve modelden elde edilen soğuma eğrileri karşılaştırılmaktadır. Yük paketinin ve gerçek bir gıda maddesinin soğuma eğrileri ise modelden elde edilen sonuçlar kullanılarak karşılaştırılmaktadır. Oda sıcaklığında soğutma hacmine yerleştirilen yük paketinin 7 saat sonunda sıcaklığı yaklaşık 6°C'ye ulaşırken, aynı sıcaklıkta yerleştirilen gerçek bir gıdanın sıcaklığı, gıdadan soğutma hacmine geçen nem miktarının da matematik modele dahil edilmesi nedeniyle yaklaşık 9°C dolaylarına ulaştığı görülmektedir. Son olarak, soğutma çevrim elemanlarının üç farklı fan kombinasyonu için matematik modelden elde edilen sıcaklık değerleri ile deneylerden elde edilen sıcaklık verileri karşılaştırılmaktadır. Çevrim bileşenleri için yapılan kabuller nedeniyle bazı nokta sıcaklıklarında elde edilen iki veri arasında bir miktar fark görülse de büyük oranda benzer sonuçlara ulaşılmıştır. Her iki veri de incelendiğinde buharlaştırıcı üzerindeki hava hızı arttıkça sistemin çalıştığı sıcaklık aralığının arttığı gözlenmiştir.
Dynamic investigation of diesel engine gear train system under fluctuated torque excitation
In last decades trend in automotive industry go towards on a new path due to regulations and high demand of costumers. Most automotive companies downsize and boost their internal combustion engine to have a better fuel economy and emissions. Nowadays, all diesel and most of the gasoline engines have direct injection and turbocharger or supercharger system to get more power with high fuel efficiency. However, this brings new challenges especially for noise, vibration and harshness (NVH) because downsizing and boosting means having higher pressure in the combustion chamber and increasing forces that generated by power conversion systems. There are two main sources of noise for an internal combustion engines; combustion noise and mechanical noise. Rotating systems of engines cause the mechanical noise and one of them is timing drive system. There are different type of timing drive system and geared system generally uses for heavy-duty diesel engine due to its higher load and power capability while reducing durability risks. However, gear systems have worst performance when it comes to NVH, mainly two type of gear noise produces by geared timing drive systems; gear whine and gear rattle. Gear rattle, also known gear impact or hammering noise, is a broadband noise and can be seen in wide frequency range. In this study, the sensitivity of gear rattle under fluctuated torque influence is investigated and computer-aided engineering (CAE) based method applied to get a better timing gear system in terms of NVH. This study can divide into two main chapters; gear dynamic and heavy-duty diesel engine gear system with fluctuated torque source. In the early part of the study, dynamic of a gear pair with different complexity levels is investigated. Firstly, equation of motion of a linear time-invariant gear pair, which has four degrees of freedom governed, and a fluctuated torque applied. Governed equations solved with two different methods, which are analytical and numerical. In addition, a multi-body dynamic (MBD) model built for exactly same system and computationally solved the system. Secondly, same gear pair investigated with backlash. Backlash brings a non-linearity to system. Equation of motion of non-linear system also governed and solved with numerically. Same non-linear system built in computer-based program and results compared with the numeric solution. For all solutions, results are same for different solution for same systems. Thirdly, another gear added to system and degree of freedom increase to six, this system solved only computationally and effect of phasing fluctuated torque presented. A detailed multi-body dynamics model of a six-cylinder heavy-duty diesel engine's geared timing drive system built to calculate gear mesh forces. There are ten gears in this system and two of them have fluctuated torque characteristics; fuel injection pump (FIP) and camshaft. FIP provides fuel to common rail in diesel engines and has highly fluctuated torque demand from the geared system due to his working principle. xxii A metric called impact impulse, which calculated from gear mesh force and used for rattle assessment of the system. Impact impulses calculated for each gear mesh and summed individual impact impulse up to get total impact impulse, which correlated with gear rattle noise. Total impact impulse recalculated after phasing torque curve of fuel injection pump to find best working point of the system in terms of gear rattle noise. In addition, a physical test conducted and radiated noise of engine and acceleration from gear housing measured to compare with computational results. Consequently, both computational measurement results show fluctuated torques has a significant effect on geared timing system of a heavy-duty diesel engine and with phasing of fluctuated torque can reduce gear rattle in a geared timing drive system.
Düşük çevrimli yorulma parametrelerinin incelenmesi ve yapay sinir ağları kullanılarak tahmin edilmesi
Düşük çevrimli yorulma (DÇY) parametreleri ve yorulma ömürlerinin tahmin edilmesinde geleneksel ve geleneksel olmayan yöntemler kullanılmaktadır. Yapay sinir ağları (YSA), DÇY parametreleri ve yorulma ömürlerinin tahmin edilmesinde en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu tez çalışmasında DÇY parametreleri ve yorulma ömürleri iki farklı YSA modeli ile tahmin edilmiş ve aynı zamanda YSA yapısının tahminleme sonuçlarına olan etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre Model 1 ile yüksek dayanımlı çeliklerin DÇY parametreleri %99,99'un üzerinde, yorulma ömürleri ise %98,7'nin üzerinde tahminleme doğruluğu ile tahmin edilmiştir. Tek gizli katmanlı yapı için en iyi aktivasyon fonksiyonu lojistik sigmoid (logsig), epok sayısı 100, öğrenme fonksiyonu Levenberg-Marquardt (trainlm) ve gizli nöron aralığı 5-20 olarak bulunmuştur. Model 2 ile çeşitli çeliklerin DÇY parametreleri ve geçiş yorulma ömürleri bir, iki ve üç gizli katmanlı YSA yapısı kullanılarak tahmin edilmiştir. Çıktı katmanları için en uygun aktivasyon fonksiyonları hiperbolik tanjant sigmoid (tansig) ve lineer (purelin) olmuştur. Logsig ise çıktı katmanında neredeyse hiç iyi sonuç vermemiştir. Gizli katmanlarda ise tansig, logsig ve purelin'e göre daha iyi sonuçlar vermiştir. Üç gizli katmanlı yapı için en iyi kombinasyon tansig-tansig-tansig-tansig/purelin ve her gizli katman için 10-15 gizli nöron aralığı, iki gizli katmanlı için tansig-logsig-purelin/tansig ve 10-15 gizli nöron aralığı, tek gizli katmanlı yapı için ise purelin-tansig ve 1-5 gizli nöron aralığı olarak bulunmuştur. Tüm tahminleme parametreleri bir gizli katmanlı yapıda %94,4/%1,685, iki gizli katmanlı yapıda %93,4/%1,389 ve üç gizli katmanlı yapıda %97,1/%0,873 tahminleme doğruluğu/ortalama mutlak yüzdelik hata oranlarında tahmin edilmiştir.
Dekantör helezon kanatlarının aşınmaya dirençli kaplanması ve kaplama performansının incelenmesi
daha sonra doldurulacaktır
Nokta kaynak yöntemiyle birleştirilen alüminyum ve paslanmaz çelik malzemelerin korozyon davranışlarının belirlenmesi
Bu çalışmada, nokta kaynağı yöntemiyle birleştirilen alüminyum 5083 ve östenitik paslanmaz çelik AISI 304, AISI 304L malzemelerin korozyon davranışı incelenmiştir. Mühendislik uygulamalarında farklı malzemelerin birleştirilmesi, her malzemenin sunduğu farklı özellikler ve maliyet nedeniyle önemli bir hal almıştır ve her geçen gün daha da yaygınlaşmaktadır. Bununla birlikte, bu malzemeler arasında korozyon oluşması durumu göz önünde bulundurulmalıdır çünkü bu durum genel yapısal bütünlüğü ve dayanıklılığı etkileyebilir. Bu çalışma, bu tür hibrit yapıların korozyon davranışını kapsamlı bir şekilde değerlendirmeyi amaçlamaktadır ve özellikle birleştirme yöntemi olarak nokta kaynağının etkilerine odaklanmaktadır. Bu tez çalışması, gerçek dünya uygulamalarını temsil eden alüminyum ve paslanmaz çelik malzemeleri nokta kaynağıyla 2 farklı akımda birleştirerek hibrit numuneler oluşturmayı içermektedir. Bu numuneler üzerinde korozyon davranışlarını incelemek üzere ASTM G48 testi uygulanmıştır. Bu testlerin sonucunda ayrıca birleşim arayüzünde oluşan korozyon etkileri de değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar, hibrit yapıların korozyon hızlarını, korozyon eğilimlerini belirlemek için analiz edilmiştir. Ayrıca, kaynak akımı gibi nokta kaynağı parametrelerinin korozyon davranışı üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Ek olarak, optik mikroskoplar ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile numeneler üzerindeki korozyon etkileri incelenmiştir. Bu çalışmanın bulguları, elektrik direnç nokta kaynağı metodu ile birleştirilen hibrit alüminyum 5083 H111 ve östenitik paslanmaz çelik AISI304-AISI304L yapıların korozyon davranışı hakkında bir anlayış kazandırır. Sonuç olarak, nokta kaynağı yöntemiyle birleştirilen hibrit alüminyum ve paslanmaz çelik malzemelerin korozyon davranışının incelenmesi, bu malzemelerin bir arada kullanıldığı yapıların tasarım ve üretim süreçlerinde kullanılabilecek bilgiler sağlamaktadır. Anahtar Kelimeler: Farklı metallerin kaynağı, korozyon davranışları, direnç nokta kaynağı, AA 5083, AISI 304, AISI 304L.
Yeşil sentez yöntemiyle elde edilmiş nanogümüş takviyeli biyobozunur polimer kaplama malzeme üretimi
Günlük yaşamda birçok yerde insan sağlığına zararlı, uygun koşullarda çok hızlı çoğalabilen bakteriler bulunmakta ve üreyebilmektedir. Antibakteriyal özellikli kaplamalar ile bakterilerin varlığı, üremesi engellenebilmektedir. Antibakteriyal kaplama üretiminde kullanılan fiziksel ve kimyasal yöntemlerin çevreye ve insan sağlığına zararlı atıklar oluşturması, bu atıkların giderilmesinde kullanılan tekniklerin pahalı ve uygulanmasının zor olması problem teşkil etmektedir. Bu tez çalışmasında aromatik roka bitkisi kullanılarak yeşil sentez yöntemi ile yüz merkezli kübik ve ortalama tane boyutu 16 nm olan antibakteriyal gümüş nanopartiküller (R-AgNP) elde edilmiştir. Elde edilen nanopartiküller analiz şartlarına uygun saklama ve koruma yöntemleri göz önünde tutularak UV-Vis, SEM, FT-IR, EDX ve XRD yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Biyolojik olarak parçalanabilen ve yenilebilir kaynaklardan üretilen kitosan ve aljinat kullanılarak 4 farklı kombinasyonda biyobozunur polimer matrisler hazırlanmıştır. Elde edilen biyobozunur polimer matrislerin çekme deneyi, yoğunluk ölçümü, nem ve şişme deneyi uygulanmıştır. İçyapı analizleri için optik mikroskop, SEM karakterizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Testlerde en iyi sonuç alınan 45 °C'de hazırlanan kitosan çözeltiye önceden hazırlanan gümüş nanopartiküller %1, %2,5, %5 oranında ilave edilerek antibakteriyal biyobozunur kaplama malzemesi üretilerek antibakteriyal özellikleri incelenmiştir. Biyobozunur kaplama malzeme üretiminde solvent-casting yöntemi kullanılmıştır. Nanogümüş katkılı biyobozunur kaplama malzemelerine, kurutma işlemlerinden sonra, çekme deneyi, yoğunluk ölçümü, nem ve şişme deneyleri uygulanmış ve optik mikroskop, SEM, FT-IR yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Antibakteriyal duyarlılığın saptanmasında disk difüzyon tekniği kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda 45 °C'de kitosan biyobozunur matrise nanogümüş ilavesi arttıkça antibakteriyal aktivitenin artmıştır.
Basınç kaynağı ile birleştirilmiş AA6061, AA5052 alüminyum alaşımları ile AISI 304L paslanmaz çelik malzemenin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Günümüzde, mühendislik ve endüstriyel uygulamalarda, farklı malzemelerin üstün özelliklerinden yararlanmak ve aynı zamanda maliyet açısından avantaj sağlamak amacıyla farklı malzemelerin birleştirilmesi giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Farklı metallerin birleştirilmesinde yaygın olarak kullanılan kaynak yöntemi basınçlı kaynak yöntemlerinden elektrik direnç nokta kaynağıdır. Kaynak bağlantısından istenilen mekanik özellikleri elde edebilmek için, kaynak kalitesinin ve kaynak mikro yapısının iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu iyileştirmeler, özellikle kaynak parametrelerinin doğru bir şekilde belirlenmesi ile sağlanabilir. Bu çalışma kapsamında, farklı kalınlıklarda 304L östenitik paslanmaz çelik ile 5052 ve 6061 alüminyum alaşımları, farklı kaynak akımı parametrelerinde nokta direnç kaynağı yöntemiyle birleştirilmiştir. Kaynak işlemi sırasında, 5 kA, 5,5 kA ve 6 kA kaynak akım değerleri uygulanmıştır. Diğer önemli kaynak parametreleri olan elektrot basıncı ve kaynak süresi sabit tutulmuştur. Kaynak işlemi sonrası malzemelerin mekanik özelliklerini değerlendirmek için, çekme deneyleri ve mikrosertlik ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca kaynak bölgesi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ile incelenmiştir. Kaynak bağlantılarının mekanik ve metalografik özellikleri, kaynak akımının bu bağlantılar üzerindeki etkilerini anlamak amacıyla ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiştir. Deney sonuçlarına dayalı olarak, kaynak akımının artmasıyla birlikte çekme dayanımının arttığı tespit edilmiştir. Bu tez kapsamındaki bulgular ile farklı malzemelerin kaynağına yönelik daha etkili ve optimize edilmiş süreçlerin geliştirilmesine katkı sağlanabilir. Böylece, mekanik özelliklerin arttırılası ile endüstriyel kaynak uygulamaları daha verimli ve güvenilir hale getirilebilir. Anahtar Kelimeler: Farklı metallerin kaynağı, 304L paslanmaz çelik, 5052 alüminyum alaşımı, 6061 alüminyum alaşımı, nokta direnç kaynağı, çekme dayanımı, mikrosertlik
Farklı dolgu maddelerinin polipropilen esaslı kompozit malzemelerin ısıl bozunma ve yanma davranışlarına etkilerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, farklı dolgular ve alev geciktiricilerin özellikle araçlarda kullanılan polipropilen esaslı kompozit malzemelerin ısıl bozunma ve yanma davranışlarına etkileri incelenmiştir. Polipropilenin ısıl kararlılık ve yanma direncini iyileştirmek için amonyum polifosfat ve pentaeritritoldan oluşan kabaran alev geciktirici (KAG) sistem ilave edilmiştir. Ayrıca, kompozitlerin özelliklerini iyileştirmek için KAG ve KAG'siz montmorillonit kili (MMT), borik asit (BA), ceviz kabuğu tozu (CKT), fındık kabuğu tozu (FKT), zeytin atığı tozu (ZAT) ve farklı uçucu küller (UK) de kullanılmıştır. Dolgu maddeleri ve alev geciktiricinin polipropilene ilavesi için çift vidalı ekstruder kullanılmıştır. Test numuneleri özel bir kalıp ve enjeksiyon makinesi kullanılarak üretilmiştir. Kompozitlerin tutuşma ve yanma özellikleri UL 94, LOI ve konik kalorimetre testleri ile belirlenmiştir. Isıl özellikler ise TGA, DSC ve ısı iletkenlik katsayısı ölçümleri ile incelenmiştir. Kompozitlerin yapılarının incelenmesi SEM ve FTIR ile gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak kompozitlerin çekme, eğilme ve darbe dayanımları da belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar dışında, FDS (yangın dinamikleri simülatörü) programı kullanılarak ısıl bozunma ve yanma modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlar, polipropilene % 25 KAG ilavesinin ısıl bozunma ve yanma dirençlerini belirli seviyede artırdığını göstermektedir. Ayrıca, MMT, BA, CKT, FKT, ZAT ve uçucu küllerin KAG ile birlikte kullanılması mekanik özelliklerde dikkate değer olumsuzluklar oluşturmadan ısıl bozunma ve yanma dirençlerinde daha ileri seviyede iyileştirmeler yaptığı tespit edilmiştir. Aynı zamanda, KAG ilavesi olmadan CKT, FKT, ZAT ve uçucu kül ilaveleri ısıl bozunma ve yanma dirençlerinde sınırlı da olsa iyileştirmelere sebep olmuştur. Bunlara ek olarak, FDS kullanılarak elde edilen modelleme sonuçlarının belirli seviyede deneysel sonuçlar ile uyumlu olduğu belirlenmiştir.
HC420LA çelik saclarının lazer (RLW) ve gazaltı (MAG) teknikleri ile kaynaklı birleştirmelerinin mekanik ve metalurjik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışma, yüksek mukavemetli ve düşük alaşımlı (YDDAÇ / HSLA) HC420LA çeliğinin lazer kaynağında BS EN ISO 13919-1:2019'a göre tespit edilen süreksizlikleri ve kusurları en az seviyeye indirmeyi amaçlamaktadır. Kusur olarak tespit edilen olguların giderilmesi için, 2 mm sac kalınlığı için uygulamadaki ısı girdisi olan 0,168 kJ/mm değeri değiştirilmiş ve HC420LA çeliği gazaltı kaynağı (MAG) ve lazer kaynağı ile birleştirilmiştir. Lazer kaynağı için manuel lazer (ML) ve robotik lazer (RL) makineleri kullanılmıştır. Gazaltı ve lazer kaynakları için üç farklı ısı girdisi değeri belirlenerek 50x100x2 mm ölçülerindeki sac parçalar alın kaynağı ile birleştirilmiştir. Kaynaklı bağlantıların mikroyapıları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak görüntülenmiş, kaynak ve ısıdan etkilenen bölgelerin kimyasal bileşimi X-ışını kırınımı (XRD) ile karakterize edilmiştir. Mikroyapı, sertlik ve çekme mukavemetinin değişimi ısı girdisinin bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Tüm parametrelerde kaynak dikişleri düzgün bir şekilde oluşmuş ve alttan kesme gözlenmemiştir. Ayrıca, bazı parametrelerde oluşan porozite dışında, kaynaşma eksikliği, kök içbükeyliği, aşırı nüfuziyet veya yan duvar kaynaşma eksikliği gibi kusurlar oluşmamıştır. Kaynaklı numunelerin çekme mukavemeti, kaynaksız duruma göre, gazaltı ve robotik lazer yönetimlerinde ısı girdisinin artmasıyla azalırken, manuel lazer yönteminde tam tersi bir durum oluşmuştur. Kaynaklı numunelerin mukavemet değerleri, kaynaksız numuneye kıyasla %7 ila %33 oranında azalmıştır. En yüksek mukavemet değerleri gazaltı kaynağı ile 0,096 kJ/mm ısı girdisi değerinde 538 MPa, manuel lazer kaynağı ile 0,135 kJ/mm ısı girdisinde 532,5 MPa, robotik lazer kaynaklı numunelerde 0,108 kJ/mm ısı girdisinde 562,5 MPa olarak elde edilmiştir. Mikroyapı analizi, Widmanstätten ferritleri gibi sert ve kırılgan yapıların varlığını ortaya çıkarmış, bu da sertliğin artmasına ve uzamanın azalmasına neden olmuştur. Robotik lazer yöntemiyle 0,108 kJ/mm ısı girdisinde birleştirilen numunenin kaynak dikişinde XRD analizi sonucunda benzersiz bir Mn3O4 fazı bulunmuştur. Bulgular, kaynak kalitesini ve mekanik performansı iyileştirmek için ısı girdisi optimizasyonunun çok önemli olduğunu ve robotik kaynağın gazaltı kaynağı ve manuel lazer kaynağına kıyasla daha düşük ısı girdisi değerlerinde daha yüksek mukavemet sağladığını göstermektedir.
Plastik deformasyon ile cıvata üretiminde vida diş profilinde sertlik değişimine neden olan parametrelerin araştırılması
Bağlantı elemanları modern mühendislik uygulamalarında kritik bileşenlerdendir. Bağlantı elemanları günümüz teknolojisinde birçok farklı üretim yöntem ile üretilmektedir. Bu bağlamda ISO 898-1:2013 standardı, bağlantı elemanlarının uluslararası bir referans noktasıdır. 10-30 °C arasında değişen ortam sıcaklıklarında cıvataların güvenli ve tutarlı performans aralıklarını belirler. Bu standart, bağlantı elemanlarının dayanıklılık, sertlik ve mekanik mukavemet gibi özellikleri tanımlayarak, kullanım alanlarına uygun üretim yapılmasını sağlar. Ancak üretim süreçlerinden kaynaklanan faktörler nedeni ile tam olarak istenen şartları sağlamak her zaman mümkün değildir. Özellikle ISO 898-1:2013 standardının istemiş olduğu 320-380 HV sertlik aralığı ile diş profilinin üst ve alt noktaları arasındaki sertlik farkının 30 HV olmasını sağlamak proseste birçok değişikliğe gidilmesine neden olmaktadır. Tez çalışmasında, 42CrMo4+QT, 33MnCrB5-2+QT vb. hammaddelerden üretilen çeliklere diş profili oluşumu sonrası, dişlerdeki Vickers sertlik dağılımının standarda uygunluğu analiz edilmiştir. Dişlerde oluşan sertlik farkını etkileyen faktörler detaylı olarak incelenip standarttın talep etmiş olduğu aralığa girmenin yolları aranmıştır. Çalışmada, 42CrMo4+QT, 33MnCrB5-2+QT, 34CrNiMo6 vb. hammaddeler teyit edilmiş ve deney 4 ana grup altında incelenmiştir. İlk grupta kesme ve ovalama proses farkları, ikinci ve üçüncü grupta makine parametreleri ve dördüncü grupta hammaddenin prosese etkileri araştırılmıştır. Numune parçalar üzerinde diş açma işlemi yapılarak hammadde, makine parametresi ve imalat türüne göre cıvataların dişlerindeki Vickers sertlik dağılımı ölçümleri belirlenmiştir. Plastik deformasyon yöntemi ile üretilen cıvatalarda standardın istediği tüm üretim prosesleri bittikten sonra diş üstü ve diş dibi sertlik farkının ISO 898-1:2013 standardına göre max. 30 HV ve diş sertlik aralığı 320-380 HV olması gerekmektedir (ISO 898-1, 2013). İmalat sonrası gözlenen bu sertlik farkına neden olan parametrelerin ve oluşan sertlik farkının nedenleri analiz edilmiştir. Standardın talep etmiş olduğu sertlik aralığına girilebilmesi için en uygun hammadde, makine parametreleri ve üretim yöntemi bu tezde irdelenip belirlenmiştir. Deneysel çalışmaların test sonuçları ISO/IEC 17025:2017 akrediteli laboratuvarda elde edilmiştir. Deney sonuçlarına göre ISO 898-1:2013 standardının belirtmiş olduğu sertlik aralığına girilebilmesi için en etkili parametrenin hammadde olduğu tespit edilmiştir. Yapılan test aşamalarında 33MnCrB5-2+QT hammadde ile belirtilen standart aralığa girilebildiği gözlemlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Cıvata, Plastik Deformasyon, Diş Profili, Sertlik, Mukavemet, Gerinim Sertleşmesi, Dislokasyonlar.
Selülozik fiber takviyeli kompozit malzemelerin üretimi ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Son yıllarda sürdürülebilirlik kavramı hayatın her alanında karşımıza çıkmaktadır. Birçok endüstri ürünü geri dönüşümlü, çevreci ve sürdürülebilir ikame ürünlerle değiştirilmektedir. Bu bağlamda havacılık, otomotiv, inşaat, ambalaj sektörlerinde hızlı bir dönüşüme tanıklık edilmektedir. Bu dönüşüm, son otuz yıl içerisinde mühendislik malzemesi olarak gelişen ve yaygınlaşan kompozit sektörünü de etkilemektedir. Takviye malzeme olarak doğal fiberler, reçine olarak da doğal polimerlerin kullanıldığı bio-kompozitler akademik çevreler tarafından yoğun olarak araştırılmaktadır. Bu çalışma kapsamında 4 farklı özellikte plakalar üretilmiş ve mekanik özellikleri karşılaştırılmıştır. Ambalaj sektöründe kullanımı yaygınlaşan kalıplanmış selüloz üretim yöntemi ile okaliptus veya çam elyaflarından iki grup plaka elde edilmiştir. Ayrıca, aynı elyaflarla katyonik nişastanın ekstrüde edilip presle son formunun verildiği iki grup kompozit plaka daha üretilmiştir. Mekanik özellikler kıyaslandığında kompozit plakaların çekme, basma, eğilme mukavemetlerinin saf elyaf plakalara göre çok daha yüksek olduğu görülmüştür. Çam elyaf ile üretilen saf elyaf ve kompozit plakalar okaliptustan üretilen muadillerine göre daha yüksek mukavemet özellikleri gösterdiği belirlenmiştir. Buna karşın, saf elyaf plakaların darbe dayanımlarının kompozit plakalara nazaran çok daha iyi olduğu da tespit edilmiştir.
Güneş pili sektöründeki teknolojik yönelmenin patent verilerine dayanılarak değerlendirilmesi
Teknolojik gelişmelerin izlenmesi kamu otoritelerinin ve şirketlerin yatırım yaptıkları veya yapacakları alanların gelişim eğilimlerini izlemede yardımcı olur. Patent verileri teknolojik gelişmelerin izlenmesi sırasında sıklıkla kullanılan veriler arasındadır. Çalışmada güneş pillerindeki teknolojik gelişmelerin izlenebilmesi amacıyla, güneş pilleri hakkında alınan patent belgelerinden oluşan patent verisi analiz edilmiştir. Analiz için patent belgelerinin yer aldığı patent veri seti indirilmiş, bu veri setine sırasıyla metin ön işleme, ters görünme sıklığı (Term Frequency-Inverse Document Frequency- TF-IDF), görünme sıklığı, LDA uygulanıp konu başlıkları bulunmuş, ardından bulunan başlıklara ait toplam patent sayıları ve başlıkların YBBO'ları dikkate alınarak sınıflandırma yapılmıştır. Yapılan sınıflandırma teknolojik gelişmelerin düzeyine ilişkindir. Son olarak da başlıkların yer aldığı sınıfa göre güneş pili teknolojilerindeki yönelme ile ilgili değerlendirmelerde bulunulmuştur. Çalışma; güneş pili teknolojisinde hangi teknolojilerin artık revaçta olmadığını, hangi teknolojilerin sektörde yoğun bir şekilde kullanıldığını, hangi teknolojilerin gelişme düzeyinde olduğunu değerlendirilmeye yöneliktir. Çalışma sonuçları incelenerek kamu otoriteleri ve şirketler, geleceğe yönelik güneş pili hakkında yatırım izlemesi gerçekleştirebilir. Ayrıca çalışmada kullanılan yöntemle farklı alanlara ait veri tabanları kullanılarak, kullanılan veri tabanının ait olduğu teknolojilerin gelişimi hakkında bilgi edinilebilir.
Nanopartikül dağılımının nanokompozitlerin mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Epoksi reçine içerisine nanopartikül katılarak elde edilen kompozit malzemelerde karıştırma veriminin mekanik özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi için iki farklı karıştırma yöntemi kullanılmıştır. Gezegensel santrifüj karıştırma ve mekanik karıştırma yöntemleri ile hazırlanarak numunelere, çekme, eğilme ve izod darbe deneyleri yapılmış ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Bu çalışmalar ile ideal olan, homojen karışımın sağlanabildiği, mekanik özelliklerin daha yüksek değerlerde olduğu karıştırma yönteminin tespit edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada katkı maddesi olarak halloysit (HNT), NanoKil ve tungsten karbür (WC) nanopartikülleri kullanılmıştır. Her bir katkı maddesinden 150g Epoksi reçine içerisine ağırlıkça %1, %2, %3, %4 ve %5 oranlarında karıştırılmıştır. Elde edilen numuneler testlere tabi tutulduğunda her iki karıştırma yönteminde de değerlerde olumlu artış sağladığı görülmüştür. En iyi iyileşmeyi çekme dayanımında %30 oranında artış ile GSY ile hazırlanan HNT katkılı kompozit göstermiştir. NanoKil katkılı kompozitin tüm mukavemet değerlerinde düşüş görülmüş ve seçilen epoksi ile kullanılan yüzdeliklerde kullanıma uygun olmadığı anlaşılmıştır. WC katkılı numunelerde dayanım değerlerinde artışlar sağlamış, diğer katkı maddelerinden farklı olarak numunelere belirgin bir süneklik artışı kazandırdığı görülmüştür. Hazırlanan numunelerden çekilen SEM görüntülerinde GSY'nin karıştırma veriminde mekanik karıştırmaya göre daha etkili olduğu, homojen bir karışımın sağlandığı görülmüştür.
Doğal lif takviyeli biyopolimer kompozit üretimi ve aşınma özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir Polilaktik Asit (PLA) ile hazırlanan kompozit malzemeler, çeşitli doğal lifler eklenerek takviye edilmiştir. Lifler arasında kabak, keten, jut, kenevir, bambu ve ipek bulunmakta olup, bu liflerin PLA matrisine entegrasyonu, ısıl işlem ve soğuk pres teknikleriyle gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda, lif oranları ağırlık olarak %0,5, %1 ve %1,5 olarak ayarlanıp, kompozitler 1 saat 30 dakika süreyle 250°C' de ısıl işlem görmüş ve sonrasında soğuk pres yöntemiyle form verilmiştir. Araştırmanın sonunda, kompozit numunelerin aşınma direnci ve yüzey özellikleri, Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) yöntemi ile incelenmiştir. Yapılan analizler, kompozit malzemelerin aşınma performansını içeriklerindeki doğal lif çeşitliliği ve oranlarına bağlı olarak önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kabak ve ipek lifleri, kompozitlerin aşınma performansını en yüksek düzeyde artıran lifler olarak öne çıkmıştır. Bambu lifi ile takviye edilmiş PLA kompozitlerinin aşınma direnci ve mukavemeti en iyi sonuçları vermiştir. Buna karşılık, jut lifi ile takviye edilen PLA kompozitlerinde, jut lifinin ısıya karşı dayanıklılığının düşük olması nedeniyle yüzeyde sıvanmalar ve yığılmalar gözlenmiş, bu da aşıma performansın azalmasına yol açmıştır. Keten ve kenevir lifleri de iyi performans göstermiş, ancak kabak ve ipek kadar yüksek aşınma direnci özelliği sunmamıştır. Kenevir lifi ile takviye edilen PLA kompozitleri ise orta düzeyde performans sergilemiştir. Sonuç olarak, kabak ve ipek lifleri, PLA matrisli kompozitlerde en yüksek aşınma performansı sağlayan lifler olarak belirlenmiştir. Bu bulgular, doğal liflerin PLA matrisi içinde kullanılarak elde edilen kompozitlerin çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanım potansiyelini ortaya koymaktadır.
Metal eklemeli imalat yöntemiyle üretilen AlSi10Mg alaşımının mekanik özelliklerinin araştırılması
Eklemeli Ġmalat (EĠ) teknolojisi, hafif olmasına rağmen yüksek özgül dayanım sunan karmaĢık geometrilere sahip parçaların üretilmesini sağlayan devrim niteliğinde bir teknolojidir. Bu çalıĢmada, ASTM E8M standardına uygun olarak toz yataklı füzyon yöntemiyle üretilen parçaların farklı inĢa yönlerinde (yatay, açılı ve dikey) mekanik özellikleri, çekme testleri ve sertlik ölçümleri ile incelenmiĢtir. Deformasyon mekanizmasını anlamak için makroskobik ve mikroskobik gözlemler gerçekleĢtirilmiĢtir. Sonuç olarak; DMLS yöntemiyle üretilen AlSi10Mg malzemeden elde edilen numunelerde, DMLS süreci için katman kalınlığı (mm), lazer gücü (W), lazer ıĢınlama süresi (m) ve enerji yoğunluğu (J/mm³) gibi çeĢitli üretim parametreleri incelenerek yapılmıĢtır. Numuneler Eklemeli Ġmalat yöntemi kullanılarak üretilmiĢtir. DMLS yöntemiyle farklı parametrelerde üretilen AiSi10Mg numunelerinin mikro yapısı, sertliği ve FESEM (alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu) görüntüleri incelendiğinde, yatay numunede yüksek mukavemet ve sünek bir yapı gözlemlenirken, açılı numunede daha sert bir yapı tespit edilmiĢtir. Dikey numunede ise diğerlerine kıyasla benzer özellikler analiz edilmiĢtir
Karbon ve bazalt takviyeli kompozitlerde silisyum dioksit nanopartikül katkısının mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Kompozitlerde istenilen mekanik özellikleri sağlamak adına kullanılan takviye elemanının yapısı ve cinsi önem arz etmektedir. En çok kullanılan takviye elemanları ise yüksek performans liflerinden elde edilen dokuma kumaşlardır. Aynı zamanda kompozitten yüksek performans elde etmek için bu takviye elemanlarına ek nanopartiküllerin kullanımı da mevcuttur. Dokuma kumaş yapısının ve malzemesinin farklılaşmasıyla, kullanılan nanopartikülün bu değişimlere etkisi incelenmesi gereken bir konu olmuştur. Bu çalışmada takviye kumaşı olarak farklı kumaş alan kütlelerinde bezayağı desen karbon dokuma kumaşlar ve aynı kumaş alan kütlelerinde bezayağı desen bazalt dokuma kumaşlar kullanılmıştır. Nanopartikül olarak ise silisyum dioksit kullanılmıştır. Ardından vakum infüzyon yöntemi ile oluşturulan kompozit parçalar çekme, üç nokta eğilme ve izod darbe deneylerine tabii tutulmuştur. Yapılan tüm deneylerde silisyum dioksit nanopartikülünün etkisi en iyi, alan kütlesi 200 g olan karbon kumaş takviyelilerde görülmüştür. Bu kumaşlardan yapılan kompozitlerde vakum infüzyon yöntemi, elyaf/reçine arayüzlerinde daha optimum silisyum dioksit bulundurmasına yardımcı olmuştur. Kumaş alan kütlesi 245 g olan karbon kumaşın daha yoğun, 200 g olan bazalt kumaşın ise daha boşluklu kumaş yapısına yapıya sahip olması vakum infüzyon yöntemi ile bu etkinin oluşmamasına neden olmuştur. Silisyum dioksit olmayan karbon kumaşlardan oluşturulan kompozitlerde, alan kütlesinin artması çekme dayanımını düşürmüş olup eğilme ve izod darbe dayanımını artırmıştır. Dokuma sıklığı arttığı için bu etki gözlemlenmiştir.
Eklemeli imalat ile PEEK filament kullanılarak farklı parametrelerde üretilen numunelerinin tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Katmanlı İmalat (Kİ) yöntemi üretimi zor olan karmaşık geometrili parçaların üretilmesini daha kolay kıldığı için gün geçtikçe endüstrinin sık kullandığı bir üretim yöntemi haline gelmiştir. Katmanlı İmalat diğer üretim yöntemleri ile üretilmesi zor olan parçaların üretilmesini sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, PEEK malzemeden Kİ yöntemiyle farklı katman kalınlığı, baskı yönü gibi üretim parametreleri kullanılarak Ǿ10x20mm ölçülerinde test numuneleri üretilmiştir. Eklemeli İmalat ile üretilmiş numunelerin aşınma performansını karşılaştırmak için sanayide sıkça kullanılan haddelenmiş PEEK malzeme tercih edilmiştir. Aşınma testleri üç farklı yük altında bir saat süre ile 2 m/s hızda kuru ve yapay vücut sıvısı içerisinde gerçekleştirilmiştir. Kİ ile üretilen bu numunelerin sertlik, hacim kaybı, sürtünme katsayısı ve aşınmış yüzey FESEM (Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu) görüntüleri incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda üretilen numunelerin hacim kayıpları kuru ortam şartlarında daha düşük olurken, yapay vücut sıvısı (YVS) içerisinde hacim kayıpları daha fazladır. Ortalama sürtünme katsayıları ise kuru ortamda daha yüksek iken, YVS içerisinde daha düşük olduğu ve sürtünen yüzeyde yağlayıcı etkisi oluşturduğu görülmektedir. Katman kalınlığının ve baskı yönünün sertlik, hacim kaybı ve ortalama sürtünme katsayısının üzerinde kayda değer bir etkisi olmadığı gözlemlenmiştir. Aşınma testlerinde daha yüksek yüklerde haddelenmiş numune daha iyi aşınma performansı gösterirken, daha düşük yüklerde eklemeli imalat ile üretilen PEEK numuneler daha iyi aşınma performansı göstermiştir.
Bakır filmaşin üretiminin sayısal akışkanlar dinamiği benzetimleri
Bu çalışmada bakır tel üretimini için gerekli olan yarı mamulün (filmaşin) üretimi için hali hazırda kullanılan teknolojilerin mukayese edilmesi ve yeni bir üretim metoduna ilişkin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği benzetimleri yapılmıştır. Yeni bir yöntem geliştirilmesindeki temel maksat, oksijen ile temas etmeden yapılan üretim hızını ve enerji verimliliğini arttırmaktır. Bu kapsamda, sürekli üretimin gerçekleşmesi için ergimiş metale su soğutmalı bir ısı değiştirgecinden geçirilerek bakır filmaşin üretiminin benzetimi çalışılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Sürekli Döküm, Bakır, Filmaşin, Isı Değiştiriciler, Zorlanmış Taşınım,
6 serbestlik dereceli endüstriyel seri robot tasarımı ve imalatı
Bu tezde altı serbestlik dereceli endüstriyel seri robot kolu tasarımı ve imalatı yapılmıştır. İmalatı yapılan robot kolunun kontrolü için hareket algoritmaları oluşturulmuş ve bu algoritmalar Visual C#, WPF-HelixToolKit dilinde laboratuvarımızda geliştirilmiş programa entegre edilmiştir. Kontrol tarafında mikrokontrolör olarak STM firmasının geliştirdiği STM32F407VGT6 modeli kullanılmış olup hareket mekanizmasında adım motorlar tercih edilmiştir. Adım motorlara uygun sürücüler seçilmiş ve tüm bağlantıları yapılarak çalışır hale getirilmiştir. Robot üzerinde kullanılacak redüktörler tarafımızca tasarlanmış, dişli kısımları yurtdışından sipariş edilerek getirtilmiş, gerekli diğer parçalarının imalatı yaptırılmış ve redüktörlerin montajı tamamlanmıştır. Bu redüktörler, tasarımı ve imalatı bizim tarafımızdan yapılan robot üzerinde kullanılmıştır. Tezimiz için geliştirilen yazılımın amacı öncelikle offline olarak robotun yapacağı işe göre bütün değerlerinin hesaplanması ve ekranda simüle edilmesidir. Ayrıca hesaplanan robot açıları ve hız değerlerinin robotun alt-seviye kısmı olan mikroişlemci tarafına bu değerleri yollanması ile robotun gerçek çalışma ortamında görevini yapması sağlanmıştır. Geliştirdiğimiz yazılımda robot kolunu üç boyutlu olarak simüle ederek robotun hareket kabiliyetini geliştirmeyi ve boyutsal hataları mümkün olduğunca en aza indirmeyi hedefliyoruz. Bu simülasyon bize robotun gerçek ve simüle edilmiş performanslarını karşılaştırma fırsatı vermekte ve mekanik sorunlara ışık tutmaktadır.
Analytical and numerical analysis of swage autofrettage process applied to thick walled cylinders
Autofrettage is the process of residual stress formation on the walls of the thick walled cylinders before their usage. These residual stresses help to increase the pressure bearing capacity of the thick walled cylinders by eliminating some stresses during the high pressure applications. In practice, there are two different autofrettage methods as hydraulic and swage. Swage autofrettage is a more economical method to form beneficial residual stresses in the thick walled cylinders when it is compared with the hydraulic autofrettage method. In this study, it is investigated how the residual stresses, that occur as a result of the swage autofrettage during manufacturing of a heavy armour barrel, affect the stress distributions that occur at the operating conditions of the barrel. At first, the stress distributions are obtained analytically for both Tresca and Von Mises criteria. Then, the verification of the analytical model is performed by making use of a commercial software which uses the finite element method. In the calculations, the mandrel's outer radius is considered as constant but the bore value of the cylinder is changed and the results for different % interference ratios are compared. The obtained results show that the maximum equivalent stress in an autofrettaged cylinder at operating pressure occurs in the elastic-plastic junction region. The equivalent stress distributions are obtained at 400 MPa operating pressure for different % interference values. The equivalent stress distributions are obtained by the analytical model for both Tresca and Von Mises criteria and the optimum interference value is found as 1% with respect to both two yielding criteria. However, in result of finite element model, the optimum interference value is found as 1% for Tresca criterion whereas it is found as 1,5% for Von Mises criterion. Bauschinger effect is represented by the kinematic hardening model in both analytical model and finite element model. According to the results that are obtained by analytical model, Bauschinger effect does not cause a secondary plastic yielding. However, according to the results that are obtained by finite element model, it is seen that Bauschinger effect causes a secondary plastic yielding.
A study on the mechanics of an electrically actuated micro cantilever beam switch
RF MEMS, which is becoming RF NEMS (Radio Frequency Nano Electro Mechanical Systems) nowadays via emergent science, are very important for communication technology. Therefore, minimizing the sizes is essential to achieve higher frequency, faster switching, lower actuation voltage and to enlarge application areas. In this thesis study, RF MEMS switches are briefly introduced. A relatively smaller metal to metal contact, series RF MEMS switch is designed and its mechanical parameters are investigated. A hole is used in design to reduce the stiffness. The distributed load that occurs on the designed beam due to the applied voltage is calculated. Deflection of the beam is determined using principles of mechanics. Hence, three types of stiffness are calculated. This calculation method is verified with a similar design that is taken from literature. Resonant frequency, pull-in voltage, hold-down voltage, switching time, release time, contact force and release force are studied and simulated. For release force calculation, two different approaches are discussed. Solution results and simulation results are compared with each other and the failure ratios are discussed. In addition to this, residual stress effect on the deflection is mentioned. Also a new approach is brought for pull_in voltage calculation and its flow-chart is given. For simulation MATLAB and Coventor software are used.
First and second law analysis of compact heat exchangers used for intercooling purposes
Intercooling is a process that is employed in turbocharged engines to cool the charge air. This cooling enables to feed more air into the cylinders and decreases the operating temperatures of the engine. Intercoolers -kind of compact heat exchangers- are used to carry out this process. Depending on the required thermal-hydraulic performance, intercoolers can be designed using different fin types. In this study, the fin types that are utilized in the design of intercoolers are theoretically examined using the first and second law of thermodynamics. For this purpose, various intercooler configurations are established with five different fin geometries, namely plain fins, louvered fins, offset strip fins, wavy fins and perforated fins. Then, sizing and rating procedures are applied on these configurations. In sizing procedure, the dimensions of the intercooler configurations are determined. In rating procedure, heat transfer, pressure drop and second law performances of the configurations are computed. The obtained results are tabulated and compared with each other. It is found that offset strip fins provide very good heat transfer performances whereas plain fins enable least pressure drops in the fluid pressures. In second law analysis the following outcome is attained; since the configurations in this study have unbalanced flow, eliminating entropy generation or exergy destruction is not possible even with an infinite surface area and zero pressure drops. Keywords: Turbocharging, intercooling, intercoolers, compact heat exchangers, plate-fin heat exchangers, heat transfer, pressure drop, second law analysis.
Energy and exergy analysis and performance optimization of a solar power tower system
Renewable energy is collected from resources which are naturally replenished and almost infinite in terms of human timescale. There are many forms of renewable energy which mostly depends on sunlight for producing heat and electricity. One of the methods to produce heat and electricity from solar energy is solar tower power plants. A solar tower power plant converts sunlight first to heat, then mechanical and ultimately electrical energy. The technology utilizes hundreds even thousands of sun-tracking mirrors which are called heliostats. They focus sunlight to a receiver which is usually constructed at the top of a tower. A heat transfer fluid that is the molten salt, is heated in the receiver. Then it is used to transfer its heat to the working fluid in the steam generator in order to generate steam. Finally, the steam is used in a conventional Rankine cycle to produce electricity. In this study, a base solar power tower system with a cavity receiver with molten salt is analyzed according to First and Second Laws of Thermodynamics by using parameters which are taken from the literature. Then, the effects of direct normal irradiation, heliostat field area, the emissivity of the receiver, the reflectivity of the receiver, receiver tube diameter, view factor and concentration ratio on the energy and exergy efficiencies of the system, receiver surface temperature and receiver total heat loss are investigated. Furthermore, a performance optimization of the system is carried out by modeling a Carnot-like heat engine of the system. For this purpose, the necessary equations are obtained by means of MATHEMATICA program. Then, these equations are solved by codes written in MATLAB program. Finally, the optimum parameters depending on max power and max power density generated by the system are obtained. Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, yoğunlaştırılmış termal güneş enerjisi santralleri, güneş enerji kule sistemleri, birinci yasa analizi, ikinci yasa analizi, performans optimizasyonu.
The effects of cutting conditions on cutting temperature and hole quality in drilling of inconel 718 using solid carbide drills
In this study, the drillability of Inconel 718, a nickel-based superalloy, which is frequently used in aerospace industry due to its superior mechanical and physical properties, was experimentally investigated under different cutting and cooling/lubrication conditions. Drilling tests were performed at 2 different cutting speeds (10, 15 m/min) and a constant feed (0.02 mm/rev) using TiAlN coated and uncoated solid carbide twist drills with diameter of 5 mm. The effects of cooling/lubricating conditions and coating material on drillability of Inconel 718 were evaluated in terms of the generated thrust force, torque, cutting temperature, hole quality (including surface roughness, hole diameter and roundness error, burr formation at the entrance and the exit of the hole, machined subsurface changes) and tool wear. Experimental results showed that different cooling/lubrication conditions have significant effects on all performance criteria. Cryogenic cooling significantly reduced the cutting temperatures. Generally, cryogenic drilling exhibited better performance on hole quality and surface integrity with less burr formation at the entrance and the exit of the hole, more accurate hole diameter, less roundness error, better machined subsurface quality, etc. However, it was determined that cryogenic conditions increased the thrust force and significantly reduced the tool life due to excessive chippings. Experiments under dry conditions did not show any superior performance to other conditions. Good surface roughness values and tool life were achieved in drilling test under wet conditions. The increased cutting speed improved the cutting performance, especially in cryogenic conditions. The use of the coating material (TiAlN) also reduced the tool wear dramatically.