2,056
Archived Theses
6
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Silindirik boru içerisine yerleştirilen konik yüzey elemanlarının akım ortamına etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, konik yüzey elemanlarının (türbülatörlerin) silindirik borular içerisindeki akis ortamına etkileri incelenmiştir. Deneyler dört değişik Reynolds sayısında ve onbir farklı türbülatör konumunda yapılmıştır. Bu dört farklı Re değerleri için eksenel yöndeki hava hızları ölçülmüş ve değişik istasyonlardaki hız profilleri çizilmiştir. Ayrıca belirli bir boru boyu için basınç kayıpları onbir değişik türbülatör konumu için hesaplanmıştır. Bu değerler yardımıyla Re sayısı ve Aturb arasındaki bağıntı en küçük kareler yöntemi kullanılarak bulunmuştur. Bunun yanında farklı Re değerleri için boru boyunca sınır tabaka kalınlığı da hesaplanmıştır. VI
Çok serbestlik dereceli titreşim sistemlerinin modal analizi ve sayısal çözümler
Günümüz mühendislik sistemleri, tasarım ve malzeme bakımından giderek daha karmaşık bir yapı sunmaktadır. Bunun sonucu olarak, böyle çok serbestlik dereceli sistem veya geniş yapıların dinamik davranışlarının daha doğru olarak belirlenmesi için yeni yöntemler geliştirilmektedir. Bir yapının dinamik davranışı diferansiyel denklemlerle tanımlanır ve burada denklemlerin çözümünde karşılaşılan esas güçlük, denklemlerin birbirlerine bağlı olması durumudur. Modal analiz olarak bilinen yöntem, bize bağlı sistem denklemlerinin bağsız sistem denklemlerine dönüştürülmesi olanağını verir. Böylece, çözüm bir serbestlik dereceli sistem modelinde olduğu gibi doğrudan elde edilebilir. Bu çalışmada, modal analiz yöntemi iki serbestlik dereceli lineer bir sisteme uygulanarak; özdeğerler, özvektörler ve bunların ortogonallik özellikleri, genelleştirilmiş kütle ve rijitlik, mod şekillerinin normalizasyonu ve prensib koordinatları kavramları verildi. Çok serbestlik dereceli sistemlerin geçici titreşim durumları; sönümsüz sis temler ve sönümlü sistemler için iki kısım altında ele alındı. Sönümlü zorlanmış sistemlerin sürekli titreşim durum cevabını elde etmek için frekans cevap yöntemi kullanıldı. Bu yöntemde hareket denklemlerindeki sinusoidal fonksiyonlar vektörlerle temsil edildi. Son olarak nonlineer sistemler incelendi. Ele alman bütün titreşim durumları için bilgisayar, programları yazıldı ve bazı sayısal çözümler grafik olarak verildi. v
Fındık kırma teknolojisinde tambur sisteminin geliştirilmesi
Bu çalışmada, Türkiye'de fındık sanayiinde kullanılan değirmen sistemiyle fındık kırma metodu detaylıca incelenmiş; ayrıca fındığın bu yöntemle kırılmasına kadar olan safhaları da ele alınmıştır. Fındığın İç ve dış pazarlarda satılmasında önemli rol oynayan fındık standartları hakkında bilgi verilerek, fındık kırma teknolojisinde dezavantaj oluşturan iç fındıktaki vurgun ve çatlak sebepleri Üzerinde durulmuştur. Türkiye'deki mevcut değirmen sistemine, gelişmelere bağlı olarak alternatif bir kırma modeli olabilecek, konik tambur sistemi ile fındık kırma makinası tasarlanıp, laboratuvarda imal edilmiştir. Bu makina, tüm boyutlardaki fındık türlerini kırabilecek şekilde dizayn edilmiştir. Sivri, uzun fındık türlerinin kırılması esnasında iç fındıklarda, özellikle iç fındığın uç kısımlarında vurgun olayı görülmektedir. Bunu önlemek amacıyla kabuklu fındıkların kırılma bölgesine belli bir istikamette kontrollü olarak ulaştırılmasına çalışılmıştır. Kırma işlemi değişik devir sayılarında ve değişik boyutlardaki fındıklarla denenmiş ve fındık için boyut istatistikleri yapılarak, en uygun kırılma aralıkları belirlenmeye çalışılmıştır. Vİ
İki boyutlu bir otomobil modeli etrafındaki akışın sayısal olarak incelenmesi
ÖZET Bu çalışmada, iki boyutlu bir otomobil modeli etrafındaki akış sayısal olarak çözülmüştür. Çözüm için, akım fonksiyonu-girdap denklemleri ve sonlu farklar yöntemi kullanılmıştır. Laminer ve türbülanslı akış çözümünde, potansiyel akış çözümü başlangıç koşulu olarak verilmiştir. Laminer akışta, Reynolds sayısının değişik değerleri için akış alanının nasıl değiştiği incelenmiştir. Türbülanslı akış için, efektif Reynolds sayısı modeli kullanılmış ve katı sınırlarda kayan akış koşulu öngörülmüştür. Potansiyel akış durumunda model cidan boyunca basınç katsayısının değişimi hesaplanmış ve bulunan sonuçlar, J. Wiedemann ve B. Ewald tarafından elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında iyi bir uyum elde edilmiştir. Akış gözlenmesi deneyleri yapılmış ve elde edilen sonuçların potansiyel akış çözümü ile uygunluk içinde olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Otomobil aerodinamiği, taşıt etrafındaki akış, potansiyel akış, laminer ve türbülanslı akış, akım fonksiyonu-girdap denklemleri, sonlu farklar yöntemi, efektif Reynolds sayısı modeli, akış gözlenmesi.
Çinko-aliminyum esaslı alaşımlarda mukavemet araştırma yöntemlerinin incelenmesi
ÖZET Değişik kimyasal bileşimlerde bir adet ikili çihko-alüminyum, iki adet üçlü çinko-alüminyum-bakır ve bir adet de çinko-alüminyum-silisyum alaşımı kokil döküm yöntemi ile üretildi. Alaşımların yapısal ve mekanik özellikleri gerek dökülmüş, gerekse ısıl işlem görmüş durumda incelendi. En uygun mukavemet artırma yöntemini belirlenmesi için, söz konusu alaşımlar mekanik ve ısıl işlemlere tabi tutuldu. Yapılan çalışmalar sonucunda, çinko-alüminyum alaşımlarının mukavemetini artırmak için, en uygun yöntemin alaşım elementi katkısı olduğu belirlendi. Balar katkısı, bu alaşımların sertlik ve mukavemetini büyük ölçüde artırırken, silisyum katkısının bu değerleri fazla etkilemediği görüldü. Söz konusu alaşımların, sertlik ve mukavemet değerlerinin su verme- yaşlandırma işlemi ile artırılabileceği görüldü. Ancak, bu değerlerin aşın yaşlanma döneminde büyük ölçüde azaldığı gözlendi, özellikle ikili ZnA122 alaşımındaki hızlı dönüşüm nedeniyle sertlik ve mukavemet değerleri çok kısa bir yaşlanma süresi sonunda aniden bir düşme gösterdi. Bu durum, çökelme sertleştirmesi yönteminin, söz konusu alaşımlar için uygun bir mukavemet artırma yöntemi olmadığım ortaya çıkardı. Soğuk deformasyonla alaşımların mukavemet değerleri artmadığı gibi, özellikle ısıl işlem görmüş durumdaki alaşımların bu işlem sonunda sertlik ve mukavemetlerinin azaldığı gözlendi. Söz konusu alaşımlarda soğuk işlem sırasında deformasyon yumuşaması meydana geldiğinden, deformasyon sertleştirmesi yönteminin bu alaşımlar için bir mukavemet artırma yöntemi olarak uygulanamayacağı sonucuna varıldı. Diğer taraftan, söz konusu alaşımların mekanik özellilerinin, çözündürme işleminden sonraki soğuma hızına göre de önemli ölçüde değiştirilebileceği gözlendi. Anahtar Kelimeler: Zn-Al Alaşımları, Mukavemet Artırma Yöntemleri, Çökelme Sertleşmesi, Deformasyon Sertleşmesi IV
Isıtılan düzlem bir plakaya dik ve eğik hava jeti çarpmasında ısı transfer karakteristiklerinin deneysel incelenmesi
ÖZET ISITILAN DÜZLEM BÎR PLAKAYA DÎK VE E?ÎK HAVA JETÎ ÇARPMASINDA ISI TRANSFER KAREKTERÎSTÎKLERÎNÎN DENEYSEL İNCELENMESİ Yüksek hızlı hava jetleri; kağıt ve cam imalat tesisleri, metallerin ısıl işlemleri ile elektriksel ve elektronik ekipmanların soğutulma işlemlerinde genellikle yaygın bir şekilde kullanılır. Bu çalışmada yuvarlak bir lüleden (borudan) çıkan tam gelişmiş hava jeti, düz bir levha üzerine dik ve eğik açılarda çarptırılarak, levha üzerinde ısı transfer karekteristikleri çeşitli parametrelere bağlı olarak incelenmiştir. Deneylerde Reynold sayısı 10 000 < Re < 40 0000, lüle levha aralığı 6 <, H/D <> 14, jet eğim açısı 45 < 0 <90 derece ve lüle çapı 15 mm. alınmıştır. Deneylerde levha üzerindeki sıcaklıklar, sıvı kristal metodu ile ölçülmüştür. Maksimum ısı transferi potansiyel özü dışında yaklaşık sekiz lüle çapı mesafesinde meydana gelmiştir. Durgunluk noktasında jet eğim açısının azalması ile ısı transfer katsayısıda azalmıştır. 45 derece jet eğim açısında, durgunluk noktası ısı transfer katsayısı normal (dik) çarpan jete oranla, H/D=7,10,14 için sırasıyla %6, %18, %22 oranında azalma meydana getirmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel çalışmalar ile karşılaştırılmış, iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür Anahtar Kelimeler: jet çarpması, Dik olmayan jet çarpması Çarpan jet ile soğutma, Jet konveksiyon ısı transferi, Durgunluk noktası ısı transferi VI
Pistonlu motorların silindirleri içerisindeki gaz akışlarının emme stoku boyunca sayısal olarak incelenmesi
ÖZET Pistonlu Motorların Silindirleri İçerisindeki Gaz Akışlarının Emme Stroku Boyunca Sayısal Olarak İncelenmesi İçten yanmalı pistonlu motorların çalışması sırasında meydana gelen çeşitli olayların yapısı oldukça karmaşıktır. Motorların karmaşık geometrik yapılan içinde aynı anda bir çok fiziksel süreç meydana gelmekte ve bunlar birbirlerini etkilemektedir. Bu süreçlerden motor silindirleri içerisindeki akış olayı; türbülans üretimi, yakıt-hava karışımı ve yanma olayları üzerinde önemli bir rol oynar ve motor performansım Önemli düzeyde etkiler. Günümüzde motor tasarımcıları içten yanmalı motorların ısıl verimini artırmaya ve istenmeyen eksoz emisyonlarını azaltmaya çalışmaktadırlar. Çalışmalar, akışın çok-boyutlu olarak tahmin edilmesini gerektirmektedir. Ancak deneysel teknikler deneme-yanılma yöntemine dayanmakta; oldukça zaman alıcı ve pahalı olmakta ve edinilen bilgiler çok sınırlı düzeylerde kalmaktadır. Bu nedenle tasarımcılar, motor silindiri içerisindeki olayları tahmin etmede sayısal yöntemlere büyük umutlar bağlamışlardır. Son zamanlarda silindir içi akışkan hareketlarinin hesaplanmasında çok-boyutlu matematiksel modellerin kullanılmasına eğilim gittikçe artmaktadır. Bununla birlikte, şu ana kadar bu tür az sayıda çalışmanın deneysel verilerle kapsamlı olarak karşılaştırılması yapılmıştır. Sunulan çalışmanın konusu; pistonlu motorlarda emme stroku boyunca silindir içerisindeki akışın sayısal olarak incelenmesidir. Bu amaçla k-t türbülans modeli ve "duvar kanunları" sınır koşullarının kullanıldığı bir bilgisayar programı geUştirilmiştir. Akışı gösteren diferansiyel denklemlerin sayısal çözümünde "sonlu kontrol hacmi" yaklaşımı ve Patankar taralından geliştirilmiş olan SIMPLE algoritması kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar Gosman ve arkadaşları taralından yapılmış olan sayısal çalışmalarla ve ayrıca Morse taralından yapılmış olan ölçümlerle karşılaştırılmış ve ilerideki çalışmalar için ümit verici oldukları görülmüştür. Sonuçlarda ortaya çıkan bazı uyuşmazlıkların tam olarak bilinmeyen sınır koşullarından ve/veya kullanılan türbülans modelinin yetersizliklerinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Pistonlu motorlarda akış, k-e türbülans modeli, Sonlu kontrol hacmi yöntemi, Hybrid (Merkezi/upwind) aynklaştırma yaklaşımı. vı
Pervane tipli türbülatörün akışa ve ısı geçişine etkilerinin sayısal ve deneysel incelenmesi
ÖZET Bu çalışmada geliştirilen pervane tipli bir türbülatörün akışa ve ısı geçişine etkileri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Sayısal çalışmada; zamandan bağımsız, eksenel simetrik, sıkıştırılamaz dönmeli laminer ve türbülanslı akışlar için Navier-Stokes ve enerji denklemleri çözdürül- müştür. Kontrol hacmi metodu yaklaşımıyla sonlu-fark denklem leri elde edilmiş ve bu denklemler hazırlanan bir bilgisayar programı yardımıyla, SIMPLEC sayısal çözüm yöntemi kullanıla rak iteratif olarak çözülmüştür, ilk aşamada laminer katı ci sim dönmesi ve kaynak-kuyu akışları incelenmiştir. Daha sonra k-? türbülans modeli kullanılarak program geliştirilmiş ve türbülanslı boru akışı, boru akışında ısı geçişi problemle rine uygulanmıştır. Pervane tipli türbülatör arkasındaki akış alanı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Akış gözleme ve hız dağılımı ölçüm deney düzenekleri kurulmuştur. tik olarak laminer akışta akış gözleme deneyleri yapılmış, eksenel simetrik dönme azalması ve türbülatör arkasındaki akış gözlenmiştir. Pervane tipli türbülatör arkasındaki eksenel ve çevresel hız dağılımları kızgın telli anemometre kullanılarak ölçülmüştür. Boru girişinde (x=0) ölçülen eksenel ve çevresel hız dağılım ları, sayısal çözüm için giriş sınır şartı olarak kullanıl mıştır. Boru boyunca ölçülen ve sayısal olarak hesaplanan hız dağılımları karşılaştırılmış, dönme sayısı ile Reynolds sayısı arasındaki ilişki araştırılmış, akış hızının ve yönü nün boru boyunca değişimi incelenmiştir. Boru girişine yerleştirilen pervane tipli türbülatörün ısı geçişine ve basınç kaybına etkilerini incelemek amacıyla ısı geçiş deney düzeneği kurulmuştur. Çeşitli Reynolds sayı larında yapılan deneylerde ortalama ve yerel ısı geçişi ince lenmiş ve dönme etkilerinin sürdüğü uzaklık araştırılmıştır. Ayrıca türbülatör, boru başlangıcından x=197.8mm uzakta yerleştirilerek, ısı geçişi ve basınç kaybı açısından her iki yerleştirme konumu karşılaştırılmıştır. VIII
Çinko-Aliminyum esaslı alaşımlardan üretilen kaymalı yatakların tribolojik özelliklerinin incelenmesi
ÖZET Değişik kimyasal bileşimlere sahip, üçlü çinko-alüminyum-bakır, dörtlü çinko-alüminyum-bakır-silisyum ve ticari ZA-27 alaşımları kokil döküm yöntemiyle Üretildi. Alaşım lardan imal edilen kaymalı yatakların aşınma davranışları, yeni bir aşınma deney düzeneği yardımıyla incelendi. incelemeler sonucunda, gerek dökülmüş gerekse ısıl işlem görmüş durumdaki çinko-alüminyum esaslı alaşımlardan imal edilen yatakların, geleneksel bir yatak malzemesi olan DİN 1705 (CuSni2) bronzundan Üretilen yataklardan daha üstün aşınma davranışı sergiledikleri gözlendi. Ayrıca, dökülmüş durumdaki çinko-alüminyum esaslı alaşımlardan imal edilen yatakların, ısıl işlem görmüş durumdaki alaşımlardan imal edilen yataklara göre daha Ustun aşınma davranışı sergiledikleri belirlendi. Nitekim, çinko-alüminyum esaslı alaşımlardan imal edilen yataklar içerisinde en yüksek aşınma dayanımı, dökülmüş durumdaki dörtlü monotektoid esaslı ZnA140Cu2Si2 alaşımından, en düşük aşınma dayanımı ise, stabilize edilmiş durumdaki bakır içeren üçlü ZnA160Cu2 alaşımından imal edilen yataklardan elde edildi. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, orta hız ve aşırı yükleme gerektiren uygulamalarda, bakır ve silisyum içeren Zn-Al esaslı monotektoid alaşımlardan imal edilen yatakların, diğer çinko-alüminyum esaslı alaşımlar ve bronzdan imal edilen yataklardan daha üstün tribolojik özelliklere sahip oldukları belirlendi. Anahtar Kelimeler: Çinko-alüminyum alaşımları, Triboloji, Kaymalı yataklar, Yatak alaşımları. IV
Rulmanlı yataklardaki aşınma ve yorulma mekanizmalarının incelenmesi
ÖZET Bu çalışmada, rulmanlı yataklardaki aşınma ve yorulma mekanizmalarını incelemek amacıyla yeni bir deney düzeneği tasarlanarak imal edildi. Söz konusu deney düzeneğinde, tek sıralı sabit bilyalı rulmanların aşınma ve yorulma davranışları farklı yük, mil hızı ve yağ debisi şartlarında incelen di. Sözü edilen rulmanların çalışma sıcaklıklarının, radyal yüke, yağ debisine ve devir sayısına göre değişimleri belirlendi. Deney rulmanları ışık (optik) ve elektron metalografisi, X-ışınları mikroanaliz yöntemleri ve mikrosertlik ölçümleriyle incelendi. Yapılan deneylerde, yağlama yağının ve rulmanların çalışma sıcaklıklarının uygulanan yük ve mil hızı ile doğru orantılı, yağ debisi ile ters orantılı olarak değiştikleri gözlendi. Yüksek hızlarda çalışan rulmanlı yataklarda, ilk hasarın kafeste meydana geldiği gözlendi. Ağır yük, yüksek mil hızı ve yetersiz yağlama gibi aşırı şartlar altında çalışan rulmanların elemanlarında bazı yapısal değişimler ile aşınma ve yorulma belirtilerine rastlanıldı. Söz konusu değişimlerin, rulman elemanlarının yüzeylerinde sert ve gev rek bir martenzit tabakası ile bunun altında yer alan aşırı menevişlenmiş martenzit bölgesinin oluşumuna neden oldukları görüldü. Söz konusu yapısal değişimlerin, metal-metal sürtünmesi ile meydana gelen aşırı ısınma ve soğumadan kaynaklandığı sonucuna varıldı. Rulmanlı yatak elemanlarının yüzeylerinde meydana gelen yapısal değişimlerin, elemanlar arasındaki sertlik dengesini bozarak, aşırı aşınmaya ve hasara yol açtığı gözlendi. Bunlardan başka, rulmanların iç bilezikleri ile yuvarlanma elemanlarının yüzeylerinin altında, kayma gerilmelerinin en büyük değere ulaştığı derinlikte, siyah dağlama bölgeleri içerisinde uzayarak yönlenmiş yapılar ile bazı kalıntıların etrafında kelebek şeklini almış dönüşüm ürünlerine rastlanıldı. Söz konusu yapısal değişimlerin gerilme etkisiyle meydana geldikleri ve çatlak oluşumuna neden oldukları sonucuna varıldı. Yapılan değerlendirme sonucunda, rulmanlı yataklarda yüzeyde ve yüzey altında meydana gelen yapısal değişimlerin aşınma ve yuvarlanma yorulması mekanizmalarını hızlandırarak, söz konusu yatakların çalışma ömürlerini önemli ölçüde kısalttıkları belirlendi. Anahtar Kelimeler: Rulmanlı yataklar, aşınma, yuvarlanma yorulması, yatak deney düzeneği. IV
Çinko-alüminyum esaslı alaşımların yorulma özelliklerinin incelenmesi
ÖZET Değişik kimyasal bileşimlerde, üç adet üçlü çinko-alüminyum-bakır, bir adet dörtlü çinko-düminyum-bakır-silisyum alaşımı kokil döküm yöntemi ile üretildi. Söz konusu alaşımların yorulma özellikleri, laboratuvarda imal edilen dönel eğmeli bir yorulma deney makinası yardımıyla incelendi. Söz konusu alaşımlar için ilk gerilme-çevrim sayısı eğrileri (Wohler diyagramı) elde edildi. Yorulma sonucunda kınlan alaşımların kırılma yüzeyleri, ışık ve taramalı elektron mikroskobu yardımıyla ayrıntılı biçimde incelendi. İncelemeler sonucunda, çinko-alüminyum esaslı alaşımların yorulma eğrilerinin birbirine çok benzediği ve mukavemet değerlerine göre sıralandığı gözlendi. Bu nedenle, alüminyum oranı arttıkça, yorulma ömrünün az da olsa arttığı görüldü, incelenen çinko- alüminyum esaslı alaşımlar içerisinde, en uzun yorulma ömrü, en yüksek mukavermet değerine sahip olan ZnA140Cu2Sil alaşımından, en kısa yorulma ömrü ise, en düşük çekme mukavemetine sahip olan ZA-27 alaşımından elde edildi. Yorulma deneyine tabi tutulan çinko-alüminyum alaşımlarının kınlma yüzeylerinin, tipik yorulma belirtilerine sahip olduğu ve söz konusu alaşımların oldukça gevrek bir kınlma davranışı sergilediği gözlendi. Aynca, çinko alüminyum esaslı alaşımların, aşın yaşlandınlmış durumdaki AlCu4Sil (Etial 220) alaşımından daha yüksek yorulma dayanımına veya daha uzun yorulma ömrüne sahip olduğu belirlendi. Ancak, piyasadan tedarik edilen CuZn20 pirincinin, söz konusu alaşımlardan çok daha üstün yorulma davranışı sergilediği gözlendi. Anahtar kelimeler : Çinko-alüminyum alaşımlan, yorulma dayanımı, yorulma ömrü, gerilme-çevrim sayısı diyagramı.
Yağ optimizasyonu yöntemiyle metal tozu üretiminin incelenmesi
Yağ Atomizasyonu Yöntemiyle Metal Tozu Üretiminin İncelenmesi Atomizasyon yöntemiyle metal tozu üretimi, toz metalürjisinde en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden bir tanesidir. Bu çalışmada tasarım ve imalatı gerçekleştirilen atomizasyon ünitesinde, atomizasyon akışkanı olarak yağ kullanılmak suretiyle, saf kalay, alüminyum alaşımları (AA 201 1, AA 2014) ve ZnAl 27 alaşımı tozlarının üretiminde çeşitli atomizasyon parametrelerinin etkileriyle, üretilen tozların özellikleri incelenmiştir. Bulunan sonuçlar atomizasyon parametrelerinin etkilerinin genel olarak su atomizasyonuna benzemekle birlikte bazı farkhlılklar olduğunu ortaya koymuştur. Üretilen tozların tane şekli, yüzeyde oksit filmi oluşmaması nedeniyle, daha düzenli olmakta ve özellikle kalay tozlan arasında küresel taneciklere rastlanmaktadır. Atomize edilen metal veya alaşıma göre tozun tane şekli bir miktar değişmektedir. Yağ atomizasyonuyla üretilen tozlarda oksijen oranının çok düşük olduğu görülmüştür. Alüminyum alaşımı tozlarında sekonder dendrit kol aralığı ölçmelerinde, toz tane boyutuna bağlı olarak 1.8 um ile 4.95 um arasında olduğu belirlenmiştir. Buna göre yağ atomizasyonunda soğuma hızlan tane boyutuna bağlı olarak 10^-10^ °K/s arasında değişmektedir. Bulunan bu sonuçlar hızlı katılaşmanın gerçekleştiğini göstermektedir.Anahtar kelimeler: Toz metalürjisi, yağ atomizasyonu, metal tozu üretimi.
Sinüzodial kıvrımlı borularda ısı transferi ve basınç kayıp karakteristiklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, farklı genlik ve peryotlardaki sinüzoidal kıvrımlı borularda hidrodinamik olarak tam gelişmiş, termal olarak gelişmekte ve tam gelişmiş akış durumunda ısı transferi ve basınç kayıpları deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler laminer ve türbülanslı akışta, sabit yüzey sıcaklığı termal sınır şartında yapılmıştır. Reynolds sayısı, 75-23000 değerleri arasında değişmekte olup deneylerde atmosfer şartlarında hava kullanılmıştır. Deneyler sonucu ölçülen değerlerden hesaplanan Nusselt sayısı ve sürtünme faktörü değerleri Reynolds sayısının bir fonksiyonu olarak sunulmuştur. Bu büyüklüklerin korelasyonlanyla, düz boruya göre ısı transferi ve basınç kayıplanndaki değişmeler ve sinüzoidal kıvrımlı boruların etkinlikleri belirlenmiştir. Ayrıca, sinüzoidal kıvrımlı boruların performanslarını belirlemek için Entropi analizi ve deneyler sırasında meydana gelebilecek kaçınılmaz hataları belirlemek için Belirsizlik analizi yapılmıştır. Reynolds sayısının düşük değerlerinde ( laminer akış için Re< 1250 ve türbülanslı akış için Re< 7500 ) düz boruya göre ısı transferi azalmakta iken basınç kayıplarında artma görülmüştür. Yüksek Reynolds sayılarında ise, ısı transferi ve basınç kayıpları artan Reynolds sayısı ile artmaktadır. Bununla birlikte, sabit Reynolds sayısı değeri için sinüzoidal kıvrımlı borunun genliğinde ve periyodundaki artışla birlikte ısı trasferi ve basınç kayıplarında artmanın meydana geldiği görülmüştür.Anahtar Kelimeler : Sinüzoidal kıvrımlı borular, ısı transferinin iyileştirilmesi, basınç kaybı, sabit yüzey sıcaklığı, entropi analizi, belirsizlik analizi.
Boru akışında saptırılmış yarım silindirik yüzey dizilerinin ısı transferine etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada, saptırılmış yarım silindirik yüzey elemanlarının boru içersine yerleştirilerek sabit cidar ısı akısı şartında ve türbülanslı akışta ısı transferine ve akışa etkileri incelenmiştir. Akış alanının belirlenmesi için akış gözleme deneyleri yapılarak ısı transferindeki iyileşmenin nedenleri açıklandı. Tanıtılan bu türbülatörün diğer türbülatörlere göre üstünlüğünün araştırılması için Termodinamiğin ikinci kanun analizi yapılarak, türbülatörün literatürdeki yeri belirlenmiştir. Tanıtılan türbülatörün pratikteki kullanılabilirliğini yerinde incelemek üzere 90/70' lik sıcak su kazanındaki uygulaması ele alınmıştır. Bu uygulamada kazanın Termodinamiğin birinci kanununa göre ve Termodinamiğin ikinci kanununa göre tanımlanan verimlerindeki iyileşmenin değerleri kazanın turbülatörsüz ve turbülatörlü olarak aynı çalışma şartlarında deneysel olarak belirlenmiş ve karşılaştırmıştır. Tanıtılan bu türbülatörlerde basınç kaybı çok az olduğundan uygulamada kullanılmaları tavsiye edilmektedir. Ancak ısı transferindeki iyileşme diğer türbülatör tiplerinin ısı transferi iyileştirme değerlerine göre düşük kalmaktadır. Anahtar Kelimeler : Saptırılmış silindirik yüzeyli türbülatör, ısı transferi, akış, ısı transferi iyileştirmesi, kazan verimi. VI
Fındık kurutma şartlarının belirlenmesi
ÖZET Gıda maddelerinin kurutularak kullanılması, günümüzde çok yaygın olarak görülmektedir. Dolayısıyla gıda maddelerinin kurutulması gıda sanayisinde oldukça geniş uygulama alanı bulmaktadır. Kurutma işlemleri pratikte çoğunlukla ilkel olarak uygulanmaktadır. Bu da ürünü çeşitli zararlı etkenlerden koruyamamakta ve her yıl çok büyük ürün kayıbına sebep olmaktadır. Teknolojik özellikleri bilinmeyen gıdaların kurutulmasında değişik zorluklarla karşılaşılmaktadır. Doğal kurutmada, gıdaların teknolojik özelliklerinin bilinmesi yeterli olmamaktadır. Çünkü doğal kurutma şartlarım gıdanın teknolojik özelliklerine göre ayarlayabilmek oldukça zordur. Bu nedenle istenilen kurutma şartlarını elde edebilmek ve kurutma esnasında gıdaya zarar verebilecek etkenleri ortadan kaldırabilmek için suni kurutma işlemini tercih etmek en iyi yoldur. Bu çalışmada, dalından toplanmış, nem oram yüksek findığın, kurutulması için kurutma şartlarının belirlenmesi ele alınmıştır. Fındığın kurumasına etki eden faktörlerin belirlenmesi ile optimum kuruma şartının elde edilmesi amaçlandı. Çalışma kapsamında, kurutma havasının sıcaklığı, nemi, hızı ve sergi kalınlığının, denge neminin ve findığın geometrik şeklinin, findığın kurutulmasmdaki etkinliği incelendi. Bu maksatla, findik kurutmada etken olan bu parametreleri inceleyebilmek amacıyla KTÜ Müh. Mim. Fak. Makina Mühendisliği Termodinamik Laboratuvannda bir deney düzeneği imal edilmiştir. Deney düzeneği, kurutma havasının şartlandırılmasında en önemli kriterler olan, havanın yaş ve kuru termometre sıcaklığı, özgül nemi ve hızının ölçümleri dikkate alınarak dizayn edildi. Çalışmalar, kurutma havasının dört farklı bağıl neminde (% 0.45-0.70 arası), beş farklı sıcaklığında ( 25-50°C arası ) ve üç farklı hızlarında ( 0.2-0.6 m/s arası) yapıldı. Yapılan deneyler sonunda, Tombul findığın ortalama olarak üç günde kurumakta olduğu tesbit edildi. Bu süre findığın başlangıç nemine bağlı olarak değişmektedir. Çalışma sonucunda tombul findığın içindeki sıcaklık dağılımı, ısı iletim katsayısı, ısı taşınım katsayısı ve sıcaklığa bağlı olarak difüzyon katsayısı belirlendi. Anahtar Kelimeler: Fındık, Kurutma, Difüzyon Katsayısı, Isı Taşınım Katsayısı, Bağıl Nem. VI
Trabzon'daki hava kirliliği ile meteorolojik koşullar arasındaki ilişkinin incelenmesi
Bu çalışmada; Trabzon kent merkezindeki hava kirliliği ile meteorolojik koşullar arasındaki ilişki istatistiksel olarak incelenmiştir. Yapılan incelemede; iki ayrı ısıtma sezonuna ait (1994-1995 ve 1995-1996) günlük ortalama SO2 ve partikül konsantrasyonu verileri ile günlük ortalama rüzgar hızı, izafi nem oranı ve sıcaklık verileri kullanılmıştır. Çalışmada; SPSS bilgisayar yazılımı kullanılmış ve ele alman değişkenlerin ikiden fazla olması nedeniyle de çoklu regresyon analizi yapılmıştır. Regresyon analizi sonuçlarına göre, bu çalışmada göz önüne alman meteorolojik koşullar, çevre havasındaki SO2 ve partikül konsantrasyonlarını çok az etkilemektedir. Bu çalışmada ayrıca, optik yöntem esaslı portatif partikül ölçüm cihaza ile, Trabzon kentinin değişik semtlerinde yapılan partikül ölçümlerine dayalı olarak, bir partikül kirlilik dağılımı çıkarılmış ve kent haritası üzerinde gösterilmiştir. Böylece, kentteki göreceli kirlilik dağılımı hakkında bir başlangıç çalışması yapılmıştır. Anahtar Kelimeler : Hava Kirliliği, Meteorolojik Koşullar, Hava Kirliliği Haritası.
Çinko-alüminyum esaslı alaşımların ve bu alaşımlardan imal edilen kaymalı yatakların tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Değişik kimyasal bileşimlerde bir dizi üçlü çinko-alüminyum-bakır, dörtlü çinko-alüminyum-bakır-silisyum ve beşli çinko-alüminyum-bakır-silisyum-antimon alaşımı kokil döküm yöntemi ile üretildi. Alaşımların içyapı ve mekanik özellikleri incelendikten sonra, kimyasal bileşim oranının bu özelliklere etkileri belirlendi. Söz konusu alaşımların tribolojik özelliklerini incelemek için yeni bir deney düzeneği imal edildi ve bu düzenek yardımıyla söz konusu alaşımların sürtünme katsayıları ile aşınma miktarlarının basınç, hız ve yağ debisi gibi parametrelere göre değişimleri belirlendi. Ayrıca, alaşımlardan imal edilen kaymalı yatakların, sürtünme davranışları bir sürtünme deney makinasında, aşınma davranışları ise, yataklar için imal edilen yeni bir aşınma deney düzeneği yardımıyla incelenerek, söz konusu yatakların Stribeck diyagramları ve aşınma eğrileri elde edildi. Bakırdan başka, metallerarası bileşik tozu katkılarının da çinko-alüminyum esaslı alaşımların mukavemet değerlerini arttırdığı görüldü. Çinko-alüminyum esaslı alaşımların, genelde geleneksel bir yatak malzemesi olan CuSnl2 bronzundan daha üstün tribolojik özelliklere sahip oldukları gözlendi. Çinko-alüminyum esaslı alaşımlardan imal edilen kaymalı yatakların çoğunun da, bronz yataklardan daha üstün tribolojik özelliklere sahip oldukları görüldü. İncelenen alaşımların sürtünme katsayılarının; malzeme özelliklerinden başka, basınç, hız ve yağ debisi gibi çalışma koşullarına da bağlı olduğu belirlendi. Basınç, hız ve radyal boşluk gibi çalışma ve tasarım parametrelerinin, bu alaşımlardan imal edilen kaymalı yatakların Stribeck diyagramlarını önemli ölçüde etkiledikleri ve yatak basıncı ile radyal boşluk arttıkça, söz konusu yatakların sürtünme katsayılarının düştükleri gözlendi. Yapılan çalışmalar sonucunda; düşük oranlarda silisyum içeren çinko-alü minyum-bakır alaşımlarından imal edilen kaymalı yatakların, pek çok uygulama da bronz yatakların yerine başarılı bir şekilde kullanılabilecekleri kanıtlandı. Anahtar Kelimeler : Çinko-Alüminyum Esaslı Alaşımlar, Kaymalı Yataklar, Triboloji, Sürtünme ve Aşınma, Stribeck Diyagramı. VI
Benzin-etanol karışımlarının benzin motorlarında yanma ve motor çevrimi üzerindeki etkilerinin teorik olarak incelenmesi
ÖZET Motor tasarımı ve motor çalışma koşullarının yanısıra, yakıtların özellikleri de motorlardaki yanma olayı ve performans parametreleri üzerinde etkilidir. Buji ateşlemeli motor yakıtları üzerine yapılan araştırma çalışmalarında amaç; yakıtın oktan düzeyini yükseltmek, motor performansını iyileştirmek ve zararlı eksoz emisyonlarını azaltmaktır. Bunlara ek olarak ham petrol kaynaklannın sınırlı olması nedeniyle araştırmacılar, son yıllarda alternatif yakıtlara ilgi duymuşlardır. Benzin motorları için en ilgi çekici alternatif yakıtlar etanol ve metanol gibi alkollerdir. Alkollerin üretimleri yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanmaktadır ve alkoller motorlarda kullanım açısından bazı elverişli özelliklere sahiptirler. Etanol, ısıl değerinin daha yüksek olması ve buharlaşma ısısının daha düşük olması nedeniyle metanole göre daha iyi özelliklere sahiptir. Çeşitli araştırmacılar, benzine belirli oranlarda etanol katılmasının motor tasarımında herhangi bir değişikliği gerektirmediğini vurgulamaktadırlar. Bu çalışmada, çeşitli benzin - etanol kanşımlarının buji ateşlemeli motorlardaki yanma olayı ve motor çevrimi karakteristikleri üzerindeki etkilerinin teorik olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, termodinamiğin birinci kanununa dayanan ve sanki-boyutlu bir matematik yanma modelini içeren bir buji ateşlemeli motor çevrim modeli geliştirilmiştir. Sunulan matematik çevrim modelinde, emme ve eksoz işlemleri basit bir yöntemle hesaplanmıştır. Benzin, etanol ve çeşitli benzin - etanol kanşımlanrün yakıt olarak kullanıldığı tek silindirli bir deney motoru ve dört silindirli bir otomobil benzin motorunun yanma ve çevrim parametreleri teorik olarak incelenmiştir. Belirli oranlarda etanol içeren benzin - etanol kanşımlannın motor performansım iyileştirdiği belirlenmiştir. Her iki motor için de en iyi motor performansı hacimsal olarak %25 etanol içeren kanşımla elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Benzin Motorları, Buji Ateşlemeli Motorlar, Alternatif Yakıtlar, Küresel Alev Yayılması, Yanma Modellemesi, Buji Ateşlemeli Motor Çevrimlerinin Modellenmesi, Benzin Motorlan Çevrimlerinin Modellenmesi, Benzin - Etanol Kanşımlan. VI
Kesit alanı periyodik olarak değişen borularda akış ve ısı transferi probleminin kontrol hacimi yöntemi ile çözümü
ÖZET Bu tez çalışmasında, akış kesit alanı periyodik olarak değişen borulardaki laminer akış ve ısı transferi problemi, kontrol hacmi yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Bunun için eksenel simetrik boru akışlarınki hız ve sıcaklık alanını çözen FORTRAN dilinde yazılmış bir bilgisayar programı, laminer tam gelişmiş periyodik akış problemini çözecek şekilde geliştirilmiştir. Çalışmalar, yüzeyde sabit ısı akısı için, periyodik engellerin duvara bitişik ve ayrık olması durumlarında yapılmıştır. Çözümler, bitişik durumda periyot uzunluğu, ayrık durumda ise engelin duvardan olan mesafesi parametre seçilerek elde edilmiş ve bitişik durum için literatürden gelen verilerle karşılaştırılma yapılmıştır. Bu tez çalışmasından elde edilen sayısal sonuçların literatürden gelen verilerle genellikle uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Bazı durumlar için görülen farklılıkların yapılan farklı kabullerden kaynaklandığı irdelenmiştir. Periyodik engellerin duvara bitişik olması durumu için, en küçük periyot uzunluğunda yüksek sürtünme faktörü ve düşük Nusselt sayısı elde edilmiştir. Artan perryod uzunluğu ile /Re ve Nusseft sayısı sırasıyla boş boru için sabit değerler olan 64 ve 4.364 değerlerine yaklaştığı görülmüştür Ayrık durum için ise, periyodik engeli boru eksenine yaklaştırdıkça ısı transferinde bir iyileşme, sürtünme faktöründe ise bitişik duruma göre bir artış olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler : Periyodik akış, laminer akış, pertyodik sınır koşullan, periyodik engeller.
Küt cisimler aerodinamiği ve vorteks-shedding olayının deneysel incelemesi
ÖZET Küt cisimler etrafındaki akım parametreleri son derece karmaşık olup, bu konuda birçok çalışma yapılmasına rağmen çok az şey bilinmektedir. Enerji korunumunun önemi nedeniyle, son zamanlarda küt cisim akışları konusu üzerinde önemle durulmaktadır. Büyük yapılar, rüzgar kaynaklı büyük genlikli titreşimlerden sakınılacak şekilde dizayn edilmiş olmalıdır. Küt cisimler ve yapılar etrafındaki rüzgar akımı, bu cisimler etrafında bir basınç dağılımı meydana getirmektedir. Bu basınçlar, cisme zarar verebilen veya rahatsız edici bir şekilde titreştirebilen kuvvetler üretecek şekilde, cismin yüzeyi boyunca rol oynamaktadırlar. Mühendisler 19. yy süresince dizaynlarında rüzgarın etkisini hesaba katmaya başlamışlardır. Küt cisim etrafındaki akım parametreleri, türbülans şiddeti ve vorteks kopmaları sistemde dinamik zorlamalar meydana getirir. Vorteks kopması, dairesel veya dikdörtgen kesitli küt cisimler ile yüksek hücum açılarında kanat veya plakalar etrafında meydana gelen önemli bir olaydır. Vorteks kopması vasıtasıyla üretilen çalkantılı kuvvetler, doğal frekanslarında yapılarda titreşimlere sebep olabilmektedir. Bu bakımdan vorteks kopmasının araştırılması, aerodinamik kuvvetler, yapısal titreşim ve türbülans karışımı açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada, Reynolds sayısının 1x1 04 ile 1.5x1 05 aralığında (kritik altı akım), yüzeyden ayrılma noktasının yerinin Reynolds sayısı ile değiştiği dairesel kesitli silindir ile yüzeyden ayrılma noktasının yerinin hemen hemen sabit olduğu en/boy oranı 0.5^w/hi2 olan dikdörtgen kesitli silindirler etrafında akım parametreleri ve basınç dağılımı deneysel olarak incelenmiştir. Bundan başka, özellikle türbülans kararsızlığı (instability) olayına etkili parametrelerin belirlenmesi için dairesel kesitli silindirin ve değişik hücum açılarında dikdörtgen kesitli silindirlerin arkalarındaki iz (wake) bölgelerinde spektral ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler neticesinde, iz bölgesinin değişik x,y konumlarında spektral yoğunluk, güç spektrum, otokorelasyon ve kroskorelasyon dağılımları elde edilmiştir. Vorteks-kopması (vortex- shedding) olayının hangi konumlarda meydana geldiği, model cinsine ve akım şartlarına bağlı olarak tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler : Küt Cisim, Vorteks kopması, Küt Cisim Aerodinamiği, îz Bölgesi, îz Akışı, Yüzeyden Ayrılma
Sıcak daldırma yöntemiyle çeliğin çinko ve çinko alüminyum alaşımı ile kaplanması
Bu çalışmada, TS Fe 37 standardına uygun çelik parçalar sıcak daldırma yöntemiyle saf çinko ile ZnA15 ve ZnA125 alaşımlarıyla kaplanarak, banyo sıcaklığı ve daldırma süresinin kaplama kalınlığına, kaplama tabakasının yapısına ve yapışma kalitesine etkileri incelendi. Ayrıca, söz konusu metal ve alaşımlarla kaplanan numunelerle, hiç kaplanmamış numunelerin nitrik asit çözeltisi içerisindeki gerilmeli korozyon dirençleri incelenerek bulunan sonuçlar karşılaştırıldı. Çinko ve ZnA15 alaşımı ile yapılan kaplamalarda, daldırma süresi arttıkça kaplama kalınlığının çok az miktarda arttığı ve banyo sıcaklığının artması durumunda da kaplama kalınlığının çok az miktarda azaldığı görüldü. Ayrıca, ZnA125 alaşımı ile yapılan kaplamalarda ise uzun daldırma sürelerinde ve yüksek banyo sıcaklıklarında kaplama kalınlığının aşın şekilde arttığı gözlendi. Öte yandan, yüksek banyo sıcaklıklarında yapılan kaplamaların mat görünümlü olduğu görüldü. Özellikle ZnA125 alaşımı ile yapılan kaplamalarda banyo sıcaklığı ve daldırma suresinin belirli bir seviyeyi aşması durumunda kaplama tabakasında mikro çatlakların oluştuğu veya kaplama tabakasının ana metalin yüzeyinden ayrıldığı belirlendi. Ayrıca, sıcak daldırma ile yapılan kaplamaların nitrik asit çözeltisi içerisindeki çelik parçaların gerilmeli korozyon direncini artırdığı belirlendi. Öte yandan, ZnA15 alaşımı ile kaplanan numunelerin, Zn ve ZnA125 alaşımı ile kaplanan numunelerden daha üstün gerilmeli korozyon direncine sahip oldukları görüldü. Anahtar Kelimeler: Sıcak Daldırma ile Kaplama, Kaplama Kalınlığı, Kaplama Kalitesi ve Gerilmeli Korozyon
AA 2014 matrisli-B4C parçacık takviyeli kompozit üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
ÖZET Bu çalışmada matris malzemesi olarak AA 2014 alüminyum alaşımı, parçacık olarak da bor karbür (B4C) kullanılarak sıvı ortamda
Komşu duvarları farklı sıcaklıkta tutulan dikdörtgensel kapalı ortamlarda doğal taşınım
ÖZET Bu çalışmada, iki boyutlu dikdörtgensel kapalı ortamlardaki laminer doğal taşınım sayısal olarak çalışılmıştır. Akım fonksiyonu-girdap formülasyonu ve Boussinesq yaklaşımı ile elde edilen temel denklemler sonlu fark yöntemleriyle çözülmüştür. Çözümlemede iki durum ele alınmıştır: Daimi ve daimi olmayan doğal taşınım. Daimi doğal taşınım durumu için, Rayleigh sayısı, Prandtl sayısı ve kapalı ortamın boyut oranının akış alanı ve enerji geçişi üzerindeki etkileri bir yan duvarı ısıtılmış, üst duvarı soğutulmuş ve diğer duvarları adyabatik olan bir kapalı ortam için ayrıntılı olarak olarak araştırılmıştır. Hesaplamalar Rayleigh sayısının l02-101 değerleri, Prandtl sayısının 0.01-100 değerleri ve boyut oranının 0.25-4 değerleri için yapılmıştır. Rayleigh sayısının artan değeriyle akış için üç farklı rejim tanımlaması yapılmıştır: İletim, geçiş ve sınır tabaka rejimleri. Akış üzerindeki taşınım etkilerini göstermek için analitik olarak iletim çözümü elde edilmiştir. Prandtl sayısı etkisiyle ilgili bulguları desteklemek için bir skala analizi yapılmıştır. Komşu duvarları farklı sıcaklıklarda tutulan kapalı bir ortam için 0° ve 360° arasındaki eğim açılarında, eğim açısının etkisi araştırılmıştır. En yüksek ve en düşük ısı geçişinin gerçekleştiği açı değerleri belirlenmiştir. Daimi olmayan doğal taşınım durumu için, başlangıçta durgun ve eşsıcaklıklı bir akışkan içeren bir kapalı ortam, bir yan duvarından aniden ısıtılırken üst duvarından aniden soğutulmuş ve bu adım değişikliğinden sonra akış ve sıcaklık alanlarının gelişimi incelenmiştir. Bu çalışmada geliştirilen bilgisayar yazılımını test etmek ve doğruluğunu onaylamak için düşey duvarları farklı sıcaklıkta tutulan karesel bir kapalı ortam gibi farklı konfigürasyonlar ele alınmış ve elde edilen sonuçların literatürde mevcut sonuçlarla karşılatırılması çok iyi bir uyum göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Kapalı ortam akışları, doğal taşınım, daimi ve daimi olmayan ısı geçişi, sayısal benzeşim.
Alüminyum 2024 T351 malzemenin delik delme işleminde kesme parametrelerinin kesme kuvveti ölçümü ile optimizasyonu
Talaşlı imalat oldukça yaygın bir üretim yöntemidir. Ayrıca delik delme operasyonları da tüm talaşlı imalat proseslerinin %33'ünü ve tüm talaş kaldırma proseslerinde harcanan enerjinin %25'ini oluşturmaktadır. Delik delmenin imalat sektörü içerisindeki yaygınlığı göz önünde bulundurulduğunda, delik delinen proseslerde takım aşınmasını, harcanan enerjiyi ve süreyi minimize ederek maliyeti düşürmek amaçlanır. Bu da delik delmeye etki eden parametrelerin optimizasyonu ile mümkündür. Bu çalışma kapsamında havacılık ve uzay endüstrisinde oldukça fazla tercih edilen dolayısıyla binlerce delik delme işlemine tabi tutulan Al 2024 T351 alaşımı kullanılarak delik delme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen kesme kuvveti değerlerine göre kesme parametrelerinin optimum seviyeleri tespit edilmiştir. Kesme parametreleri olarak, kesme hızı (50, 70, 90 ve 110 m/dk) ve diş başı ilerleme miktarı (0,06/0,08/0,1 ve 0,12 mm/diş) ele alınmıştır. Deneyler Taguchi L16(4^2) deney tasarımına göre 8 mm çaplı üç takım türü (HSS, HSSE-Co5, HSSE-Co5 TiAlN kaplamalı) için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Deneylerin gerçekleştirilip kuvvetlerin elde edilmesinde; FANUC kontrol paneline sahip Taksan TMC-700 V CNC dik işleme tezgâhı, ESİT AX3 yük hücresi, NI cDAQ-9188 veri toplama ünitesinin NI 9237 modülü ve FlexLogger yazılımı kullanılmıştır. Deneylerde elde edilen tüm kuvvet verilerine, Excel yazılımında üstel düzeltme veri çözümleme metodu uygulanarak sinyal gürültülerinin neden olduğu anlam ifade etmeyen veriler azaltılmaya çalışılmıştır. Her bir delik için işleme yönündeki (z ekseni) maksimum kuvvetler tespit edilmiştir. Tespit edilen bu maksimum kesme kuvvetleri kullanılarak Minitab 19 yazılımı yardımıyla Taguchi optimizasyonları, varyans analizleri (ANOVA) ve regresyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca maksimum kesme kuvveti ve işlem süresini birlikte minimize eden kesme parametrelerinin çoklu yanıt optimizasyonları (yanıt yüzey metodu) da gerçekleştirilmiştir. Üç takım türü için de maksimum kesme kuvvetleri açısından parametrelerin optimum seviyeleri; kesme hızı için 50 m/dk olarak, diş başı ilerleme miktarı için ise 0,06 mm/diş olarak Taguchi optimizasyonu ile tespit edilmiştir. Üç takım türünde de kesme kuvveti üzerinde en etkili kesme parametresinin diş başı ilerleme miktarı olduğu sonucuna varyans analizi yardımıyla varılmıştır. Regresyon analizleri neticesinde maksimum kesme kuvveti ile kesme parametreleri arasındaki ilişkiyi tanımlayan matematiksel modeller elde edilmiştir. Maksimum kesme kuvveti ve işlem süresini birlikte minimize eden kesme parametrelerinin optimum seviyeleri, kesme hızı için 110 m/dk olarak diş başı ilerleme miktarı için ise 0,06 mm/diş olarak çoklu yanıt optimizasyonu ile tespit edilmiştir.
Otonom temizlik aracına ait emiş sisteminin tasarımı ve prototip imalatı
Fanlar, motordan elde ettikleri enerjiyi fan içerisinde bulunan akışa aktaran turbomakinelerdir. Toz, parçaçık ve partikul bulunduran akışının taşınması, iklimlendirme, soğutma ve havanlandırma vb. pek çok sektörde kullanılmaktadır. Yüksek debi ve basınç gerektiren durumlar için en büyük tercih sebebidir. Fanlar birçok başlık altında sınıflandırılmıştır. Temel olarak fanlar akışın giriş ve çıkış yönüne göre radyal (santrifüj) ve eksenel fan olmak üzere iki temel başlıkta sınıflandırılmıştır. Eksenel fanlarda akış kanata eksenel olarak girer ve çıkar. Radyal fanlarda ise akış kanata girişi ve çıkışı arasında 90°'lik açı vardır. Radyal fanlar birçok parçadan oluşmak üzere rotor ve salyangoz olmak üzere iki ana parçadan oluşmaktadır. Rotor, fanın eksenel olarak hareket eden elemanı olup akışı bir ortamdan basınçlandırarak istenilen ortama istenen basınç ve debi değerlerinde iletilmesini sağlamaktadır. Salyangoz, rotor kanatlarından çıkan akışın toplanması ve istenilen konuma yönlendirilmesi sağlamaktadır. Tez kapmasında otonom temizlik aracına ait emiş sisteminin tasarımı, simülasyonu ve prototip yapılmıştır. Otonom temizlik aracında hedeflenen fan debi değeri 186 m3/h'tir. Yüksek verim ve yüksek basınç ihtiyacından dolayı otonom temizlik aracının emiş sisteminde geriye eğik kanatlı radyal fan türü tercih edilmiştir. Radyal fan tasarımı için teorik sonuçlar yardımıyla Solidworks programını kullanılarak CAD dosyaları elde edilmiştir. Analiz için Ansys programı içerisinde bulunan Fluent programı yardımıyla HAD analiz çalışmaları yapılmıştır. Analiz aşamasında optimum sonuçların elde edilebilmesi için radyal fan geometrisi üzerinde bazı parametreler değiştirilerek analizler aynı sınır şartlarında tekrarlanmıştır. Tasarım güncellemeleri radyal fanın kanat parametrelerinden biri olan kanat açısı değiştirilerek simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Radyal fanın kanat giriş açısı olan β1 parametresi sabit tutularak kanat çıkış açısı olan β2 parameteresi değiştirildikten sonra β2 paremetesi sabit tutulup β1 parametresi değiştirilerek elde edilen veriler karşılaştırılmıştır. Daha sonra radyal fanın farklı kanat açı durumuna göre farklı kanat sayılarında değişiklikler yapılarak hız ve basınç değerleri incelenmiştir. Fanın kanat yapısında gerçekleştirilecek değişimlerle kanat açısı ve debi farkını da dikkate alınarak basınç farkının arttırılması amacıyla emişin istenilen seviyeye ulaşabileceği nihai fan tasarımı elde edilmiştir. Elde edilen verilere göre deneysel çalışmalar yapılarak fan performans parametreleri elde edilmiştir.
Mikro/mezo şekillendirme işlemleri için bir malzeme modelinin oluşturulması
Son yıllarda metal şekillendirme uygulamalarında proses tasarım aşamasında sonlu elemanlar benzeşimlerinden gitgide daha çok yararlanılmakta ve gerçeğe yakın sonuçlar alınmaktadır. Geleneksel metal şekillendirme yöntemlerinin mikro-meso boyutta uygulanmasından ibaret olan mikro şekilllendirme işlemlerinde minyatürleşmenin doğal sonucu olarak ortaya çıkan boyut etkileri nedeniyle; geleneksel metal şekillendirme işlemlerinde kullanılan malzeme modelleri yetersiz kalmaktadır. Bu tez kapsamında Hall-Petch bağıntısı ve yüzey tabakası modeli birlikte kullanılarak mikroşekillendirme uygulamalarında kullanılabilecek bir malzeme modeli oluşturulmuştur. Yüzey tanelerinin deformasyonunun modellenmesinde Sachs Modeli, iç tanelerinin deformasyonunun modellenmesi içinde Taylor Modeli, Hall-Petch bağıntısı birlikte kullanılmıştır. Geliştirilen malzeme modeline göre, bir malzemeye ait Hall-Petch sabitlerinin bilinmesi durumunda, her hangi bir numune boyutu-tane boyutu kombinasyonu için malzemeye ait akma eğrileri hesaplanabilmektedir. Geliştirilen malzeme modeli, ayrıca, bir malzemenin belirli bir tane boyutuna ait bir akma eğrisinin bilinmesi durumunda, söz konusu tane boyutu için her hangi başka bir numune boyutuna ait akma eğrisinin hesaplanarak tahmin edilmesine izin vermektedir. Yeni geliştirilen malzeme modelini doğrulamak amacıyla CuZn30 alaşımından imal edilmiş farklı tane ve numune boyutuna sahip numunlere mikro basma deneyleri uygulanmış ve 12 farklı numune tane boyutu kombinasyonu için akma eğrileri elde edilmiştir. En büyük numune boyutuna ait üç akma eğrisi kullanılarak deney malzemesinin Hall-Petch sabitleri belirlenmiş ve bu Hall-Petch sabitlerinin malzeme modeline yerleştirilmesiyle, 12 deneysel akma eğrisi ortalama % 2,68 hata oranıyla tahmin edilmiştir. Ayrıca modelin doğruluğu literatürde farklı numune ve tane boyutu kombinasyonları için gerilme –genleme eğrileri mevcut iki farklı alaşıma ait gerilme- genleme eğrileri için de gösterilmiştir. Bu tez kapsamında oluşturulan yeni model ile hesaplanan tahmini akma gerilme değerlerinin, bu malzemelere ait deneysel akma eğrileri ile sırasıyla %3,45 ve %3,56 hata oranıyla uyumlu olduğu gösterilerek, modelin geçerliliği farklı malzemeler için de ilave olarak gösterilmiştir. Oluşturulan malzeme modelinin mikro-şekillendirme işlemlerinin benzeşimlerinde kullanışlılığının gösterilmesi amacıyla mikro-ekstrüzyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonrasında, malzeme modeli kullanılarak sonlu elemanlar analizleri yapılmış ve deneysel sonuçlar ortalama %3 hata oranıyla yakın bir biçimde tahmin edilmiştir. Bu sayede geliştirilen modelin mikro-şekillendirme uygulamalarında kullanılabileceği ortaya konulmuştur.
Petrokimya endüstrisinde kullanılan bir basınçlı kabın ASME standartlarında tasarımı ve sayısal yöntemlerle incelenmesi
Basınçlı kaplar, özellikle endüstriyel alanlar için önemli bir unsurdur. Basınçlı kapların kullanılmasındaki temel amaç; sıvı, gaz ve parçacık içerikli bir çok maddeyi muhafaza etmektir. Bu sebepten dolayı basınçlı kaplarla ilgili bir çok standart ortaya çıkmıştır. Bu standartların bazıları yaygın olarak bir çok sektörde kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalarda ortaya çıkan değerlendirmelere göre, basınçlı kapların kullanım alanının genişliği, tasarımın önemini artırmaktadır. Yapıları gereği içerdikleri yüksek basınçlı, yanıcı ve patlayıcı maddelerin insan sağlığını tehlikeye atmayacak şekilde muhafazası en önemli tasarım kriteridir. Tasarım aşamasında her türlü yük (sıcaklık, basınç, vakuum etkisi, vb.) dikkate alınmıştır. Bu tez çalışmasında özel bir ekipman olan hava ön ısıtıcısı tüp demeti yüksek sıcaklıkta tasarlanıp durum değerlendirilmesi yapılmıştır. Bir tüp demeti alt ve üstü toplam 3056 adet borudan oluşmaktadır. Tasarım öncelikle katı modelleme ile tanımlanmış ardından da sonlu elemanlar metodu ile modellenmiştir. Bu kapsam içerisinde ekipman için plastik deformasyona karşı koruma, bölgesel hasarlara karşı koruma, burkulmadan kaynaklı oluşan deformasyona karşı koruma ve döngüsel yüklerden kaynaklanan hasarlara karşı koruma durumuna bakılmıştır. Ekipman tüp demetlerinden oluştuğu için tüp içerisinde ful vakum da dikkate alınmıştır. Tasarım için sonlu elemanlar yöntemi sırasında ANSYS versiyon 19.2 kullanılmıştır. Eğme gerilimi kalınlık boyunca sonlu eleman analizi sırasında yok sayılmıştır. Analizin ardırdan tasarım kodu olarak belirlenen ASME Kısım VIII Bölüm 1 ve 2'ye göre kontrolleri sağlanmıştır. Analiz edilen yük koşulları için ASME kodu limit doğrulaması, tüm verilen yük koşulları için tasarımın güvenli olduğunu göstermiştir. Basınçlı ekipman bir birine flanşlı bağlıdır. Bu flanşlı bağlantıdan dolayı ekipmanın önemli bir parçası olan conta gerilmeleri için, conta gerilmelerinin conta genişliğinde olması gerekenin üzerinde olduğu ve her iki hidrotest koşulunda da contayı sızdırmaz hale getirmeye yeterli olduğu görülmüştür. Ayrıca cıvatalı bağlantının rijitliği karşılandığı da görülmüştür. Ekipman için en son olarak yorulma durumuna bakılmıştır. 50000 döngü sayısı için yapılan analizlerde tasarım için oluşturulan malzeme kalınlıklıkları ve gelebilecek ek yükler dikkate alındığında bu döngü sayısını karşıladığı da görülmüştür. Yapılan analizlere göre ekipmanın imalatı gerçekleştirilmiş ve bir petro kimya tesisinde çalıştığı gözlemlenmiştir.
Katı oksit yakıt hücresi (KOYH) ejektörü akış kanalının sayısal yöntemlerle geliştirilmesi
Fosil enerji kaynaklarının sürekli yükselen maliyetleri ve çevresel etkileri enerji sistemlerinde verimliliğin önemini artırmaktadır. Geliştirilmekte olan katı oksit yakıt hücreleri (KOYH), konutlarda mikro birleşik ısı ve güç üretimine (mBIG), dolayısıyla da en yüksek verimle, dağıtık elektrik üretimine olanak sağlar. Anot atık gazının geri beslenmesi, yüksek maliyetleri nedeniyle boyutları sınırlı tutulan KOYH'lerinde verimi artırmasının yanında, KOYH girişindeki yakıt dönüştürücüye su buharı ve ısı enerjisi de sağlar. Küçük güçlü KOYH'lerinde (Pel <5 kWe), yüksek sıcaklıklardaki (~1000°C) anot atık gazının geri beslenmesinde ejektörler tercih edilir. KOYH'nin performansını doğrudan etkileyen ejektörün geri besleme oranı (GBO); işletme koşullarına ve ana akış kanalı boyunca en-kesitlerin geometrik boyutları ile değişen sıkıştırılabilir akış yapılarına bağlıdır. Sunulan tezde, 2 kWe elektriksel güç üreten bir KOYH'nin sıcak anot atık gazını geri besleyen ejektörün ana akış kanalı tasarlanmıştır. Bu amaçla; emme odası daralma açısının (α2), emme odası uzunluğunun (Ls), karışım odası çapının (Dm), karışım odası uzunluğunun (Lm), difüzör genişleme açısının (α3), difüzör uzunluğunun (Ld) ve birincil lüle ıraksak bölümü uzunluğunun (Lnd) GBO üzerindeki etkileri, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ve Taguchi deney tasarımı yöntemleriyle incelenmiştir. Öncelikle literatürde ejektörler için önerilen 1-B termo-hidrodinamik sıkıştırılabilir akış modelleri ile yakınsak-ıraksak birincil lülenin boğaz çapı (Dt) gibi kritik akış en-kesitlerinin geometrileri belirlenmiştir. Daha sonra ejektörün ana akış kanalının, hesaplamalarla doğrudan belirlenemeyen diğer geometrik boyutlarının her biri için, açık literatürde önerilen aralıklarda üçer seviye seçilmiştir. İlk kademe HAD deneylerinde kullanılacak ejektör modellerinin tasarımında, seçilen beş akış kanalı geometrik parametresinin alt seviyeleri, Taguchi'nin önerdiği L27(35) ortogonal dizisine göre eşleştirilmiştir. HAD analizleri SolidWorks Flow Simulation yazılımı ile yapılmıştır. HAD analizlerinin sonuçları ile hesaplanan GBO'ları, Taguchi'nin önerdiği "en-büyük en-iyi" sinyal/gürültü (S/G) oranına göre değerlendirilmiştir. İlk kademe analizlerde ele alınan beş geometrik parametrenin en uygun seviyeleri ve etki dereceleri sırasıyla; α3= 9° (%32,09), Ls= 8,1mm (%23,54), α2= 15° (%16,97), Lm= 24,4mm (%11,23) ve Ld= 48,7mm (%0,1) olarak belirlenmiştir. Bu sonuçlar literatürle uyumludur. Üç farklı karışım odası çapı (Dm/Dt= 6, 9 ve 12) için yapılan ikinci kademe analizlerde, her bir karışım odası çapı için hazırlanan 27 adet ejektör modeline (toplamda 81 adet farklı ejektör modeli) HAD analizleri uygulanmıştır. Bu analizlerde, KOYH için hedeflenen GBO'na (7,2) en yakın sonuçlar Dm/Dt= 9 için hazırlan ejektör modelleri ile elde edilmiştir. İkinci kademe analizlerde ele alınan altı geometrik parametrenin en uygun seviyeleri ve etki dereceleri sırasıyla; α3= 7° (%35,01), Lm= 27,3mm (%25,85), Lnd= 0,58mm (%12,75), α2= 25° (%7,65), Ld= 54,5mm (%7,13) ve Ls= 3,0mm (%1,67) olarak belirlenmiştir. Bu değerler literatürle uyumludur. GBO bakımından ejektör akış kanalının en önemli geometrik tasarım parametreleri, beklendiği gibi karışım odasının çapı (Dm) ve uzunluğudur (Lm). Karışım odasının çapı büyüdükçe gerekli uzunluk kısalmaktadır ve bu iki parametrenin en uygun oranları Dm/Dt= 9 ve Lm/Dm= 5-7 olarak belirlenmiştir. Difüzör genişleme açısı (α3) da önemli parametrelerdendir ve belirlenen en uygun açı literatürle uyumlu olarak 8°'dir. Emme odası daralma açısının (α2) GBO'na etkisi buraya kadar bahsedilen parametrelerden daha azdır. Elde edilen sonuçlara göre bu açı 20°'den büyük olmalıdır. Karışım odasının çapı büyüdükçe, emme odası ve birincil lüle ıraksak bölüm uzunluklarının GBO'na etkileri artmaktadır. Difüzör uzunluğu GBO'na etkisi en düşük olan ejektör akış kanalı parametresidir. Dolayısıyla, difüzör olabildiğince kısaltılarak ejektörün toplam uzunluğu kısaltılabilir. Genel bir değerlendirme olarak, KOYH'ne özgü anot atık gazı geri besleme ejektörüne ait ana akış kanalı tasarımının sayısal yöntemlerle (Taguchi deney tasarımı ve HAD analizleri) geliştirilebileceği gösterilmiştir.
Yüksek hızlı trenin rüzgâr ve esnek zemin etkisi altındaki titreşimlerinin yapay zekâ algoritmaları ile aktif kontrolü
Yüksek hızlı trenlerde tren ve ray arasındaki etkileşim probleminden dolayı raylı aracın sürüş güvenliği ve yolcu konforu olumsuz etkilenir. Bu problemlerin başında ray düzgünsüzlükleri, esnek zemin etkisi ve rüzgâr yükü ve sismik yükler gibi dış etkiler gelmektedir. Bu tez çalışmasında tren-track-köprü etkileşim (TTKE) sisteminin dinamik cevaplarını belirlemek amacıyla bir simülasyon yazılımı geliştirilmiştir. Tam tren modeli yatay ve dikey yöndeki dinamik cevaplarını da incelemek amacıyla 31 serbestlik dereceli olarak modellenirken, köprü ve ray ise Euler-Bernoulli kiriş teromine göre modellenmiştir. Ayrıca bu tez çalışmasında yapay zekâ algoritmaları ile aktif süspansiyon sisteminin kullanılması da incelenmiştir. Aktif süspansiyonun temel amacı trenin rahatsız edici etkilerini ikincil süspansiyona yerleştirilen doğrusal eyleyici ile bertaraf etmektir. Ayrıca yüksek hızlı trenin maruz kalabileceği rüzgâr yükünün etkisini azaltmak da oldukça önemlidir. Çünkü tarihte rüzgâr nedeniyle yıkılan köprüler ve raydan çıkan trenler mevcuttur. Tren ve köprü kirişine ait ikinci dereceden hareket denklemleri Lagrange yöntemi ile çıkarılmış ve sonra durum uzay formları yardımıyla birinci dereceden diferansiyel denklemlere indirgenmiştir. Dördüncü dereceden diferansiyel denklem olan basit mesnetli köprü ve ray kirişleri Galerkin yöntemi kullanılarak ikinci dereceden hareket denklemlerine dönüştürülmüştür. Bu diferansiyel denklemler dördüncü dereceden Runge-Kutta algoritması kullanılarak zaman alanında yüksek hassasiyette ve kısa sürede çözdürülmüştür. Bu çalışma da sunulan yöntemin sayısal sonuçlarını doğrulamak amacıyla literatürde kabul görmüş birkaç çalışmalarla da kıyaslanmıştır. Köprü parametreleri kullanılarak hesap edilen kirişin ilk dört doğal frekansı belirlenmiş ve bu belirlenen frekansa karşılık gelen trenin kritik hızları olan rezonans hızları hesaplanmıştır. Rezonans hızlarında hareket eden tren özellikle düşük sönümlü kirişlerde maksimum ivmelenme genliklerinin artmasına neden olmaktadır. Bu tez çalışmasında trenin değişken hızlarında maksimum dinamik cevaplar belirlenmiş ve kritik hızların tren ray etkileşimi açısından önemli bir kavram olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca iyi sönümlenen kirişlerin maksimum dinamik cevapları azalttığı da görülmüştür. Bu tez çalışmasında tren ile köprü arasında bulunan travers ve balasttan oluşan track yapısının etkisi de incelenmiştir. Track yapısı demiryollarında neredeyse iki asırdan beri kullanıldığı için bu çalışmanın içeriğine de eklenmesi önem arz etmektedir. Bu kapsamda track yapısı ve track parametrelerinin yüksek hızlı trenlerin dinamik davranışı üzerindeki etkisi detaylıca incelenmiştir. Yüksek hızlı trenlerin rüzgârlı bölgelerde köprü geçişleri esnasında hem rüzgârdan hem de köprü titreşimlerinden kaynaklanan bozucu etkilerin azaltılması amacıyla PID, kendinden uyarlamalı bulanık PID ve Kayan kipli kontrol olmak üzere 3 farklı yapay zekâ destekli aktif kontrolcüler kullanılmıştır. Bu kontrolcülerin vagonun dikey ve yanal yöndeki dinamik cevapları üzerindeki performansları detaylıca incelenmiştir. Bu kapsamda rüzgârın trene etki etme açısı ve rüzgâr hızı gibi değişkenlerde ayrı ayrı analiz edilmiştir. Yapay zekâ destekli aktif kontrolcüler kullanılarak pasif kontrole göre üstün performans sergilediği görülmüştür. Sonuç olarak bu tez çalışmasında modellenen TTKE sistemi yazılımı sayesinde tren, track ve köprüye ait tüm parametrelerin etkisi, tren hızının etkisi, rüzgâr açısı ve hızı gibi değişkenlerin etkisi zaman alan ve pahalı olan deneysel çalışmalara gerek kalmadan belirlenebilmektedir. Bu çalışmada sunulan tez yedi başlık altında incelenmiştir. Birinci başlıkta yüksek hızlı trenlerin dünyada ve ülkemizde sahip olduğu özelliklere ve önemine vurgu yapılmıştır. Ayrıca artan tren hızlarının mühendislik açıdan oluşturduğu problemlere değinilerek bunlara çözümler önerilmiştir. Tezin ikinci bölümünde şimdiye kadar yüksek hızlı trenlerin ve bağlantılı olabileceği konuların araştırılması yapılmış ve detaylı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Üçüncü bölümde ise yüksek hızlı trenlerin detaylıca analizlerinin gerçekleştirilebilmesi amacıyla matematik modeli oluşturulmuştur. Bu tez çalışmasında tamamen gerçekçi bir analiz yapılacağından dolayı bir trende incelenebilecek tüm parametreler dikkate alınarak 31 serbestlik dereceli tam model oluşturulmuştur. Bunların yanısıra yüksek hızlı trenlerin geçtiği köprülerin detaylı modellemesi ve demiryolu hattında bulunan track yapısının modellemesi de analizlere dahil edilmiştir. Ayrıca esnek zemin olarak dikkate alınan köprülerin dışında bu tez çalışmasında rüzgâr yükü de dikkate alınmıştır. Literatürdeki rüzgâr yükü analizleri de incelenerek özellikle köprü geçişleri esnasında yüksek hızlı trenin maruz kaldığı rüzgâr yükü de modellenmiştir. Yüksek hızlı trenin matematik modellemesi oluşturulduktan sonra analizlerinin gerçekleştirilmesi için hareket denklemleri elde edilmiş ve daha sonra Matlab yazılımı kullanılarak hareket denklemleri çözdürülmüştür. Bu çalışma da önerilen çözme yönteminin doğrulanması ise bu tezin dördüncü bölümünde verilmiştir. İncelenen yüksek hızlı trenin modeli çok karmaşık olduğundan dolayı basit iki farklı model oluşturularak bu çalışma da kullanılan çözme yöntemi ile çözdürülmüş ve literatürde bulunan sonuçları ile kıyaslanarak çalışmanın doğruluğu yapılmıştır. Bu tez çalışmasında sunulan yüksek hızlı tren ve köprü etkileşim modelinin analiz sonuçları beşinci bölümde verilmiştir. Öncelikle tren-köprü etkileşim analizi gerçekleştirilmiş ve daha sonra track yapısı dikkate alınarak tren-track-köprü etkileşim analizi yapılmış olup bu ikisi birbiri ile kıyaslanarak track yapısının etkisi incelenmiştir. Bu analizlerin yapılmasından önce incelenen köprünün titreşim mod sayısı ve çözme adımının etkisi belirlenmiştir. Ayrıca bu bölümde vagon kütlesi, köprü uzunluğu, track parametrelerinin etkisi, köprü sönümü gibi faktörler de detaylıca araştırılmıştır. Altınca bölümde bu tez çalışmasında titreşimlerin kontrolünü sağlamak amacıyla kullanılan yapay zeka destekli aktif kontrolcüler sunulmuştur. Yüksek hızlı trenlerin köprü geçişleri ve rüzgâr etkisi altında meydana gelen titreşimler PID, kendinden uyarlamalı bulanık PID ve kayan kipli kontrol kullanılarak azaltılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda vagon ile boji arasına yerleştirilen dört adet eyleyici aracılığıyla vagonun dikey yöndeki deplasmanlarının en aza indirilmesini amaçlayan bir kontrolcü simülasyon yazılımı yapılmıştır. Kullanılan kontrolcülerin performansları trenin sabit ve değişken hızı, vagonun farklı kütlesi, değişken köprü uzunluğu, rüzgârın hızı ve açısı gibi birçok parametre dikkate alınarak kıyaslanmıştır. Sonuç olarak yüksek hızlı trenin titreşimlerinin kontrolünde sırasıyla kayan kipli kontrol, kendinden uyarlamalı bulanık PID ve PID kontrol daha başarılı olmuştur. Ayrıca kayan kipli kontrolün diğer kontrolcülere kıyasla oldukça başarılı sonuç verdiği analiz sonuçlarından anlaşılmaktadır. Bu tez çalışmasının yedinci ve son bölümünde ise çalışma da yapılan tüm analizlerin tartışmalı sonuçları detaylıca verilmiştir.
Hibrit fiber kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi
Mekanik özelliklerin iyileştirilmesi ve maliyetlerin azaltılması için geliştirilen yeni imalat teknolojileri ve alternatif malzemelerin kullanımı en önemli araştırma konularındandır. Savunma sanayi, havacılık sektörü, otomotiv endüstrisi, uzay teknolojileri ve enerji gibi pek çok sektöre ait çalışmalarda kullanılan mevcut malzemelere alternatif malzeme olarak araştırılan malzemelerden biri de hibrit kompozit malzemelerdir. Hibrit kompozitler, günümüzde farklı elyaf türlerinin takviye elemanı olarak kullanılabilmesi ile ilgi çekici hale gelmiştir. Hibrit kompozitler farklı takviye malzemelerinin sahip oldukları özellikleri tek bir yapıda bulundurdukları için mekanik özellikleri üstünlük göstermektedir. Bu malzemelerin özellikleri ile ilgili sürekli araştırma yapılmaktadır. Bu malzemelerin performanslarını arttırmak için farklı elyaflar, farklı diziliş sıraları aynı kompozit yapıda kullanılarak hibrit kompozit yapılar elde edilecektir. Bu çalışmada takviye malzemesi olarak aramid fiber, karbon fiber ve cam fiber kullanılmıştır. Karbon fiber olarak plain dokuma ve yoğunluğu 200 g/mm2 olan serisi kullanılmıştır. Aramid fiber olarak twill dokuma ve yoğunluğu 170 g/mm2 olan serisi kullanılmıştır. Cam fiber olarak twill dokuma ve yoğunluğu 280 g/mm2 olan serisi kullanılmıştır. Epoksi reçine ağırlıkça 100/40 oranında sertleştirici ile homojen bir karışım hazırlanmıştır. Karbon fiber, cam fiber ve aramid fiberler epoksi reçinesi ile birleştirilerek farklı kombinasyonlarda 6 adet hibrit plaka oluşturulmuştur. Hazırlanmış olan hibrit yapıdaki kompozit plakalar 6 katmanlıdır. Oluşturulan hibrit plakalar elle yatırma yöntemi ile üretilmiştir. Karbon fiber, aramid fiber ve cam fiberler ile oluşturulan farklı kombinasyonlardaki 6 hibrit plaka 1 gün boyunca oda sıcaklığında bekletilmiştir. Oluşturulan hibrit plakalar CNC dikey işleme merkezinde kesilerek numuneler elde edilmiştir. Bu çalışmada el yatırma yöntemi ile cam, karbon ve aramid fiberlerin farklı diziliş sıraları için mekanik özellikleri incelenmiştir. Mekanik özellikleri incelemek amacıyla çekme, üç nokta eğme ve darbe deneyleri gerçekleştirilmiştir. Çekme testinde gerilme-birim şekil değiştirme grafikleri oluşturulmuştur. Üç nokta eğme testinde kuvvet-deplasman grafikleri oluşturulmuştur. Darbe testinde ise farklı hibrit kompozit yapıların darbe dayanımları incelenmiştir. Çekme deneyi sonuçları incelendiğinde 3K+3C numunesi en yüksek çekme dayanımına, 2K+2C+2A numunesi ise en düşük çekme dayanımına sahip olduğu görülmüştür. Elastiklik modülü en yüksek olan numune 3K+3C, en düşük olan numune ise 3A+3C numunesinde elde edilmiştir. Eğme deneyi sonuçları incelendiğinde en yüksek yük taşıma kapasitesine sahip olan numune 2C+2A+2K kombinasyonuna, en düşük yük taşıma kapasitesine sahip olan numune ise 3A+3C kombinasyonuna aittir. Eğme deneyinde kombinasyonların diziliş sırasının yanında kombinasyonların ters çevrilmesi mekanik özellikleri etkilediği görülmüştür. Darbe deneyinden elde edilen verilerde ise darbe enerjisi en yüksek olan kombinasyon 2K+2C+2A, en düşük darbe enerjisine sahip kombinasyon ise 3K+3C'dir. Elde edilen sonuçlara göre farklı fiber türlerinin diziliş sırasının hibrit kompozit malzemeler üzerinde etkisinin olduğu görülmüştür.
Eksenel gerilmeye maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık mod kırılma analizleri
Tasarım ve analizlerde geleneksel yaklaşım, malzemelerin mukavemeti konseptini kullanarak hesaplamalar yapmaktır. Bu yaklaşımda uygulanan yüklemeye bağlı olarak parçada oluşan gerilmeler hesaplanır. Malzemede oluşan gerilmenin, hasar kriterine bağlı olarak akma veya çekme dayanımını aşmasıyla hasar meydana gelir. Fakat malzemelerde çatlak gibi kusurların varlığı özellikle çatlak etrafındaki gerilmeleri arttırır ve bu malzemeler geleneksel yöntemler kullanılarak tahmin edilen ömürden daha önce hasara uğramaktadır. Bunun sonucunda ağır can ve mal kaybına sebebiyet verilebilir. Kırılma mekaniği bir çatlak veya kusuru olan bir parçanın mevcut şartlarda hasara uğrayıp uğramayacağını teşhis edip maruz kaldığı yükleme durumuna göre ömrünü tahmin etmektedir. Kırılma mekaniği yaklaşımında parçanın maruz kaldığı gerilmenin, çatlak boyutunun ve parça geometrisinin bir fonksiyonu olarak gerilme şiddet faktörü hesaplanmaktadır. Gerilme şiddet faktörü (GŞF), bir malzeme özelliği olan kırılma tokluğunu (Kc) aştığında ani kırılma meydana gelmektedir. Bu sebeple GŞF'lerinin önceden bilinmesi gerekli bir durumdur. Bu tez çalışmasında eksenel çekme gerilmesine maruz içi boş silindirlerde dönmüş eliptik yüzey çatlaklarının; çatlak derinliği/çatlak genişliği (a/c), çatlak derinliği/silindir et kalınlığı (a/t), silindir iç yarıçapı/silindir dış yarıçapı (Ri/Ro), çatlak dönme açısı (α) parametrelerine göre FCPAS programı kullanılarak karışık mod kırılma analizleri gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamındaki analizlere başlamadan önce literatürdeki çalışmalarla kıyaslamalar yapılıp paralel sonuçlar elde edilmiştir. Çatlak ucu bölgesinde eleman boyutu ve çatlak önü bölüntüleme sayısı için yakınsama çalışmaları yapılmıştır. Karışık mod kırılma analizleri sonucunda her model için KI, KII, KIII GŞF'leri dağılımları elde edilmiştir. Çatlak önü boyunca elde edilen GŞF dağılımları normalize edilerek dönme açısının değişimine bağlı olarak her bir senaryo için grafiklerde gösterilmiştir. α dönme açısının artmasıyla KI değerinin azaldığı, KII ve KIII değerlerinin ise arttıkları gözlemlenmiştir. Dönme açısı parametresi dışında a/c arrtıkça KI ve KII'nin azaldığı, çatlak ucu dip noktasında sıfır değerini alan KIII'ün serbest yüzey noktalarına gidildikçe arttığı gözlemlenmiştir. a/t ve Ri/Ro artışı ise KI'i arttırmış, KII ve KIII'e neredeyse hiç etki etmemiştir. Paylaşılan grafiklerle GŞF'lerinin ilgili parametrelere göre grafikten kolayca okunması amaçlanmıştır. Ayrıca problem için ele alınan parametre değerleri arasında kalan tüm olası modellerin çatlak ucu dip ve serbest yüzey noktalarında GŞF'lerini hesaplayabilecek empirik denklemler, çoklu regresyon analizi ile geliştirilmiştir. Denklem sağlamaları için ara değer modelleri oluşturulup bu modellerden elde edilen GŞF'leri, empirik denklem sonuçlarıyla karşılaştırılılıp sonuçlar grafiklerde paylaşılmıştır.
Eğilme momentine maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık mod kırılma analizleri
Tasarlanan mühendislik yapılarının ve makine parçalarının hasara uğraması sıklıkla karşılaşılan sorunlardan biridir. Karşılaşılan bu sorunlar çoğunlukla üretim yöntemine ve malzemenin iç yapısındaki kusurlara bağlı olarak ele almak mümkün olabilmektedir. Çoğunlukla malzemedeki bu kusurlar, yüzeyde veya iç yapıda meydana gelen mikro çatlaklar sonucu oluşabilmektedir. Bu mikro çatlaklar mühendislik yapılarının ve makine parçalarının üretim yöntemine bağlı olarak da meydana gelebilmektedir. Parçaların servis ömrü boyunca maruz kaldığı yükler altında, malzemenin iç yapısında veya yüzeyinde bulunan mikro çatlakların ilerlemesi sonucu kırılma hasarı meydana gelebilmektedir. Hasara uğramış yapıların incelenmesi sonucunda, nasıl hasara uğradığı çoğunlukla tespit edilebilmektedir. Bu tespite göre hasara uğramış parça bölgesel olarak; içinde veya yüzeyinde çatlak barındıran levha, içi boş silindir ve dolu silindir gibi daha küçük geometrik modellere indirgenebilmektedir. Elde edilen bu geometrik modeller için, kırılma mekaniği yöntemleri kullanılarak gerilme şiddet faktörleri hesaplanabilmektedir. Bu çalışmaların sonucunda meydana gelebilecek hasarları en aza indirgemek mümkün olabilmektedir. Malzemelerin yükleme durumuna bağlı olarak çatlakların üç farklı kırılma modu vardır. Karışık modlu gerilme şiddet faktörleri ; Mod-I (açılma modu), Mod-II (düzlem içi kayma modu), Mod-III (düzlem dışı kayma modu) olarak ifade edilmektedir. Karışık mod gerilme şiddet faktörlerinin elde edilme yöntemlerinden biri de zenginleştirilmiş sonlu elemanlar yöntemidir. Bu tez çalışması kapsamında, eğilme momentine maruz içi boş silindirik yapılarda dönmüş dış yüzey çatlaklarının karışık modlu gerilme şiddet faktörlerinin problem parametrelerine olan etkisi incelenmiştir. Problemi tanımlayan parametreler şunlardır; çatlak şekil oranı (a/c), çatlak derinliği/silindir et kalınlığı (a/t), silindir iç yarıçapı/silindir dış yarıçapı (Ri/Ro), çatlak dönme açısı (α)'. ANSYS APDL'de problem parametreleri ile modeller oluşturulmuştur. Bu modellere eğilme yükü ve sınır şartları uygulanarak FCPAS programında kullanılmak üzere çıktılar elde edilmiştir. FCPAS'den elde edilen sonuçlar, normalize edilerek gerilme şiddet faktörleri elde edilmiştir. Bu elde edilen gerilme şiddet faktörleri her bir parametre için karşılaştırmalı olarak grafik halinde sunulmuştur. Gerilme şiddet faktörleri ve problem parametrelerine bağlı olarak; serbest yüzey noktası ve çatlak ucu derinlik noktası için empirik denklemler geliştirilmiştir. Geliştirilen bu empirik denklemler, ara değer parametre analizlerinin sonuçları ile doğrulanarak uyum içinde olduğu sonucuna varılmıştır.
Eksenel gerilme, eğilme ve burulma yüklerine maruz katı silindirik yapılarda dönmüş yüzey çatlaklarının karışık mod kırılma analizleri
Mekanik tasarımı yapılan makine ve yapısal parçalarda imalat hataları nedeniyle başlangıç kusur veya çatlakları ve/veya yorulma yükleri altında çatlak başlangıcı ve ilerlemesi meydana gelebilmektedir. Bu parçaların güvenli bir şekilde işlevlerini sürdürebilmeleri için mukavemet ve kırılma mekaniği prensipleri kullanılarak emniyet ve ömür hesaplarının yapılması gerekmektedir. Dairesel kesite sahip çubuk, kiriş ve miller de, pratikte oldukça yaygın olarak kullanılan mekanik parçalardandır. Dolayısıyla, bu tür yüklere maruz silindirik parçalarda oluşabilecek bir başlangıç yüzey çatlağının kırılma analizlerinin gerçekleştirilebilmesi, emniyet ve ömür değerlendirmelerinin yapılabilmesi oldukça önemlidir. Sonlu elemanlar yöntemi, özellikle bu çalışmada analitik çözüm elde etmenin zor olduğu yapısal mekanik problemlerine kesin çözümler sunmak için kullanılmıştır. Karmaşık sınır koşullarına sahip diferansiyel denklemleri çözebilmek için problemin olduğu bölge bir dizi küçük alt ögelere ve düğümlere bölünmektedir. Bu bağlamda gerekli katı silindir modellemeleri, ANSYS Mechanical APDL arayüzünde gerçekleştirilirken daha ince sonlu eleman ağ yapısı elde edebilmek için silindirler kısımlara bölünmüştür. Zenginleştirilmiş sonlu eleman çözücüsü FRAC3D'yi barındıran FCPAS (Fracture and Crack Propagation Analysis System) yazılımına, gerekli sonlu eleman (öge) modeli bilgileri aktarılarak kırılma analizleri yapılmıştır. Analizler sonucunda gerilme şiddet faktörü değerleri boyutsuz duruma getirilerek grafiklerde sunulmuştur. Çatlak derinliği/silindir çapı (a/D), çatlak derinliği/çatlak genişliği (a/c), dönmüş yüzey çatlağının yatay eksenle konumlandırıldığı açı () gibi parametrelerdeki değişimlerin gerilme şiddet faktörleri üzerine etkileri açıklanmıştır. Katı silindirlerin alt ve üst yüzeylerine doğrusal yayılı basınç yükü tanımlanarak eksenel üniform gerilme yükü oluşturulmuştur. Silindir merkezinde sıfır olmak koşuluyla doğrusal yayılı eğimli basınç yükü tanımlanarak da eğilme momenti oluşturulmuştur. Her iki yük türünde yatay eksenle açının sıfır olduğu yüzey çatlağı problemlerinde sadece açılma modunu oluşturan boyutsuz KI değerleri hesaplanmaktadır. Dönmüş çatlak problemlerinde yatay eksenle açının sıfırdan farklı olduğu durumlarda açılma moduna ek olarak kayma ve yırtılma modları da aktif olmaktadır. Kayma modu için hesaplanan boyutsuz KII değerleri genellikle negatiftir. Yırtılma modu için derinlik noktasına göre grafiklerde genellikle bir bölge pozitif ve bir bölge negatiftir. Katı silindirlerin alt ve üst dairesel alanını çevreleyen çizgilerinde bulunan düğüm noktalarından kuvvet tanımı yapılarak burulma momenti oluşturulmuştur. Yüzey çatlağının yatay eksenle sıfır derece açılı olduğu durumlarda açılma modu oluşmazken kayma ve yırtılma modları aktif olmaktadır. Yatay eksenle açının sıfırdan farklı olduğu durumlarda açılma modu da aktif hale gelmektedir. Açılma modu sonuçlarında, temas mekaniği modellemesi yapılmadığı için çatlak önü boyunca bazı bölgelerde negatif değerler hesaplanmıştır. Problemin fiziğini daha net gözlemleyebilmek adına ANSYS yazılımında yapısal analizler yapılmıştır ve sonuçlar kontur resimler şeklinde paylaşılmıştır. Negatif değerler olarak hesaplanan bölgelerde çatlak yüzeyleri kapanması oluştuğu görülmüştür. Elde edilen çözümlerin pratikte kullanılabilmesi amacıyla, karışık mod gerilme şiddet faktörü çözümlerindeki derinlik ve serbest yüzey noktaları için, ilgili parametrelerin tanımlanan aralıklarında geçerli olan empirik denklemler oluşturulmuştur. Empirik denklemler, Minitab yazılımı yardımıyla geliştirilmiştir. Eksenel gerilme ve eğilme yükleri için elde edilen serbest yüzey ve derinlik noktalarındaki boyutsuz gerilme şiddet faktörü değerleri kullanılarak denklem oluşturma işlemleri tamamlanmıştır. Burulma yükü için açılma modu durumlarında temas mekaniği modellenmediğinden dolayı denklem oluşturulmamıştır. Son olarak analiz kütüphanesinde yer almayan ve problemi tanımlayan parametrelerin ara değerlerini içeren birçok farklı problem için empirik denklemlerin doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Derinlik bölgesinde hesaplanan boyutsuz KI ve KII değerleri ile empirik denklem sonuçlarının oldukça tutarlı olduğu görülmüştür. Serbest yüzey bölgesinde boyutsuz KI değerleri ile empirik denklem sonuçlarının oldukça tutarlı olduğu, boyutsuz KII ve KIII değerlerinde ise empirik denklemler tarafından yaklaşık değer tahmininin yapılamayacağı tespit edilmiştir.
Anizotropik plastik akma yüzeyine dayalı sayısal hasar modelinin geliştirilmesi ve deneysel doğrulaması
Otomotiv, havacılık ve uzay sanayileri gibi büyük endüstriler büyük oranda sac metalden üretilen ürünlerinin seri üretimine bağlıdırlar. Dolayısıyla sac şekillendirme proseslerinde meydana gelen bir hasarın doğrudan maliyete, malzeme kaybına ve üretimde hız düşüşüne sebebiyet verdiği bilinmektedir. Bu sebeple, bu hasarların önceden tahmin edilebilmesi, bu hasarların önlenebilmesi hususunda büyük bir rol üstlenmektedir. Gerçekleştirilen bu tahminlere göre sac taslak üzerinde şekilsel optimizasyonlar, kalıp ölçülerinde geliştirmeler, pot çemberi kuvveti üzerinde optimizasyonlar vb. yapılabilmektedir. Günümüzde ortaya çıkan bir diğer gereksinim ise, özellikle otomotiv endüstrisinde yakıt emisyonunun düşürülmesi ve buna bağlı olarak hava kirliliğinin azaltılmasıdır. Bu durum büyük oranda otomotiv sanayisinde kullanılan parçaların hafifletilmesine bağlıdır. Bu durum, yüksek mukavemete sahip ve şekillendirilebilirliği yüksek parçaların kullanılması gerekliliğinin yanında, otomobil parçalarının önceden kullanılan konvansiyonel malzemelere göre de hafif olması gerekliliği doğurmaktadır. Bu açıdan da yeni nesil çelikler ve alüminyum alaşımları öne çıkmaktadır. Bu tez kapsamında bir malzeme modeli geliştirilmiştir ve geliştirilen bu model kullanıcı tanımlı bir malzeme alt programı vasıtasıyla implisit bir algoritmaya sahip olan Marc sonlu elemanlar yazılımına entegre edilmiştir. Mevcut malzeme modeli gelişmiş bir plastisite modelinden ve farklı sünek kırılma kriterlerinden oluşmaktadır. Geliştirilen bu modelin hasar tahmin performansı, birbirinden farklı malzemelerin Nakajima testleri, delik genişletme testleri, kare ve silindirik kap çekme işlemleri gibi şekillendirme testlerinde ve uygulamalarında incelenmiştir. Çelik malzemeler için ağırlıklı olarak yeni nesil çelikler kullanılmış olup, bunların yanında AISI304 paslanmaz çeliği de incelenmiştir. Alüminyum alaşımları için ise AA6016-O ve AA6016-T4 malzemelerinin şekillendirme işlemleri incelenmiştir. Çalışma kapsamında kullanılan bütün sac malzemelerinin akma yüzeyinin sınırlarının belirlenmesi için dördüncü dereceden homojen polinom tipi bir akma fonksiyonu kullanılmıştır. İlk aşamada gelişmiş bir kriter olan homojen polinom tip akma fonksiyonunun, yırtılma başlangıç tahmin kabiliyeti üzerindeki etkisini değerlendirmek amacıyla genelleştirilmiş plastik iş sünek kırılma kriteri kullanılmıştır. Çalışmanın ileri aşamasında ise mevcut akma fonksiyonu, gerilme üçeksenliliğini dikkate alan VGM kriteri ve hem gerilme üçeksenliliğini hem de Lode parametresini dikkate alan DF2012 kriteri kullanılarak yırtılma başlangıç tahmin performansı üzerindeki gelişme incelenmiştir. Plastik iş kriteri kullanılarak yürütülen çalışmalarda, kritik hasar parametreleri standart tek eksenli çekme testlerinden elde edilmiştir. Bu kriter kullanılarak yürütülen çalışmalarda tahmin performansının, boyun verme durumunun gözlemlenmesiyle artışa geçen gerilme üçeksenliliğinden olumsuz etkilendiği görülmüştür. Ancak kayda değer bir kararsızlık sergilemeyen malzemelerde polinom tipi akma fonksiyonunun plastik iş kriteri ile kullanımının başarılı sonuçlar verdiği de görülmüştür. VGM ve DF2012 kriterleri kullanılarak elde edilen sonuçlar doğrultusunda, gerilme üçeksenliliğini ve Lode parametresinin etkisini dikkate alan sünek kırılma kriterlerinin şekillendirme proseslerindeki tahmin kabiliyetini arttırdığı görülmüştür. Bunun yanında, akma fonksiyonunun yırtılma başlangıcının açısal lokasyonunun tahmininde daha baskın olduğu ve homojen polinom tipi akma fonksiyonunun bu açıdan başarılı olduğu görülmüştür.
B segmenti bir binek araçta amortisör yayının kırılma analizi
Bilindiği üzere süspansiyon helezon yayı, yol topografyasına bağlı olarak darbeleri yumuşatıp süspansiyon sisteminin sarsılmadan stabil kalmasını sağlayarak araç parçalarını korumanın yanı sıra aracın sürüş konforuna da katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, B segmenti bir araçta helezon yay kırılmasının nedeni sistematik olarak araştırılmıştır. Hasarlanan yay araçta ön süspansiyonda kullanılmakta olup, tel çapı 12 mm, uzunluğu 350 mm olan yayın sarımlar arası mesafesi ise 75 mm'dir. Süspansiyon yayının kullanıldığı aracın hasar öncesi 220 000 km'yi aşmış olduğu tespit edilmiştir. Araç genellikle asfalt yolda kısmen de düzgün olmayan toprak zeminde kullanılmıştır. Coğrafya ve mevsimsel şartlar göz önüne alındığında araç zaman zaman yağmur ve kar suyuna/tuzlu su maruz kalmaktadır. İnceleme kapsamında mikroskopi çalışmaları (optik ve taramalı elektron), sertlik ve metalografik çalışmalar gerçekleştirilmiş ve yaydaki gerilme dağılımını belirlemek için sonlu elemanlar analizi kullanılmıştır. Yay malzemesinin iç yapısının temperlenmiş marteztit olduğu yapılan SEM ve optik mikroskop incelemeleriyle birlikte ortaya koyulmuştur. Merkez ve yüzeye yakın bölgelerden alınan sertlik ölçümlerinin ortalama olarak 594 HV değerlerine ulaşması malzemenin iç yapısının temperlenmiş martenzit yapıda olduğunu desteklemektedir. Hasar analizi sonuçları, kırılmanın yorulma kaynaklı olduğunu ve çatlak başlangıcının ilginç bir şekilde gerilmenin maksimum olduğu yayın iç yüzeyinde değil, yayın üst yüzeyi ile dışa bakan kısımlar arasında yer alan korozyon oyuklarında olduğunu göstermiştir. Yayda kullanılan çeliğin (AISI 9254) mikroyapı, sertlik gibi özellikleri ve sonlu elemanlar analizinden (FEA) elde edilen gerilme değerleri dikkate alındığında tasarım, malzeme seçimi, ısıl işlem ve imalat süreçleri açısından herhangi bir sorun olmadığı anlaşılmıştır. FEA sonuçları, korozyon kaynaklı oyuklaşmanın nominal gerilmeyi 1,70-1,85 oranında artırdığını göstermektedir. Bununla birlikte maksimum asal gerilme dikkate alındığında, oyuk içinde çentik katsayısının 2,6 değerini aşmış olması, yayların mekanik davranışlarının değerlendirilmesinde maksimum asal gerilmenin daha belirleyici olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Parça yüzeyine uygulanan son boyama işleminin yayı yol yüzeyinden gelen yağmur suyu/tuzlu kar suyu gibi bozucu etkilere karşı korumakta yetersiz kaldığı anlaşılmış ve boya kalitesinin iyileştirilmesi ve/veya yayı yol yüzeyinden gelen etkilere karşı koruyacak polimerik bir parça takılmasının sorunun çözümünde faydalı olacağı sonucuna varılmıştır.
Tel üretim hattındaki çelik makaralarda titreşim analizi ile balanssızlık tespiti
Tel üretim hattında kullanılan çelik makaralarda zaman içerisinde aşınma ve bozulmalar meydana gelmektedir. Makaralarda oluşan balans bozukluğu ve dengesizlik, makinelerde titreşime ve telin makaraya düzgün sarılmamasına neden olur. Bu yüzden, ani arızalar meydana gelmekte, hatalı ürünler oluşmakta ve üretim planını da aksatarak büyük maddi kayıplar oluşmaktadır. Bu durumun neticesinde makinenin kullanım ömrünü kısalır, ani arızalanmalara yol açar, üründe oluşan kayıplara bağlı olarak firmada maddi kayıplar oluşur. Bu hataların geneli, makaralarda oluşan dengesizliğin (balanssızlığın) tespit edilmesi ve giderilmesi ile engellenebilmektedir. Bu çalışmada, tel üretim hattında üretime geçmeden önce makaranın yüzeyindeki bozulmaları tespit etmek, titreşim ölçümlerini yapmak ve dengesizlik durumunu teşhis edebilmek için bir test cihazı tasarlanmıştır. Titreşim analizi yapılıp spektrum faz açısı ve grafikleri vasıtasıyla hangi çeşit dengesizlik arızaları tespitinin nasıl yapılabileceği ortaya konulmuştur. Makara dengesizlik arızasını çözümlemek noktasında bu teşhise bağlı makaranın balans ve salgı durumuna göre hangi işlemin yapılması gerektiğine karar verilmiş olur. Test cihazına bağlanan makaranın Programlanabilir Mantık Kontrol-Programmable Logic Control (PLC) yardımıyla belirli hızlarda döndürülmesi esnasında titreşim analizörü ve mesafe ölçme sensörleri sayesinde titreşim ve dengesizliğe ait ölçümlerin yapılması ve tasarlanan PLC yazılımı ile eş zamanlı toplanan titreşim ve salgı verilerinin izlenmesi, raporlanması ve uyarıların oluşması hedeflenmiştir. Toplanan verilerin analiz edilmesi ve makaranın değerlendirilmesi, ISO 1940, TS ISO 1940/1, S2.19-1972, BS 6861-part 1 ve VDI 2060 balans standartları, ISO 10816 titreşim standartları ve DIN 46397 yüzey toleransın standartlara göre uygunluk durumu kontrol edilerek yapılmaktadır. Makara dengesizlik arızasını çözümlemek noktasında bu teşhise bağlı makaranın balans ve salgı durumuna göre hangi işlemin yapılması gerektiğine karar verilmiş olur. Makaradaki dengesizlik giderilerek tekrar sisteme aktarılır. Bakır tel sektöründe çeşitli üretim aşamalarında kullanılan çelik makaraların her kullanımından sonra dengesizlik durumu ölçülmelidir. Çelik makarada üretime tekrar girmeden önce dengesizlik ve sarım yüzeylerinde yapılan ölçümler doğrultusunda gerçekleştirilmelidir çünkü çelik makara dengesizliği ve sarım yüzeyindeki salgı ani duruşlar ile sarım hataları şirkete büyük maddi kayba yol açmaktadır. Makaraların dengesizlik ve salgı durumu kontrol edilip, makaranın dengesizlik durumuna göre hangi makineye bağlanacağına karar verilmelidir. Eğer dengesizlik durumuna göre tamir edilmesi gerekiyorsa salgı ve dengesizliği giderildikten sonra kullanılması gerekmektedir.
Mini kanallı gövde borulu ısı değiştiricide nanoakışkan kullanımının deneysel incelenmesi
Gövde borulu ısı değiştiricilerde pasif ısı geçişi iyileştirme yöntemlerinden, kanal boyutlarının makrodan miniye düşürülmesi; malzeme, hacim ve enerji tasarrufu sağlayarak, maliyetleri azaltacaktır. Ayrıca kompaktlık artışıyla, daha küçük hacimde, daha az ısı geçişi alanıyla, daha yoğun ısı geçişi sağlanırken, kullanılacak aracı akışkanların miktarı da azalacaktır. Buna ek olarak diğer pasif ısı geçişi iyileştirme yöntemiyle, aracı akışkanlara katı partiküller eklenerek, ısı değiştiricilerin performansı artırılabilir. Bu amaçla saf aracı akışkanlara (su, yağ, etilen glikol gibi) nano partiküllerin eklenmesiyle ve termofiziksel özelikler değiştirilerek elde edilen nanoakışkanlarla, ısı geçişinin daha da iyileştirilebileceği düşünülmektedir. Bu çalışmada, Kern yöntemine göre tasarlanan, tek geçişli mini kanallı gövde borulu ısı değiştiricide, boru tarafındaki taşınımla ısı geçişi ve basınç düşümü deneysel incelenmiştir. Deneyler, gövde tarafındaki sıcak akışkandan (40C'deki sıcak su) boru tarafındaki soğuk akışkana (20C'deki soğuk su ve nanoakışkanlar), zıt akış koşullarında yapılmıştır. Boru tarafındaki su ve altı farklı (%0,02, %0,1, %0,2, %0,4, %0,6 ve %0,8) hacimsel oranda hazırlanan Al2O3-su nanoakışkanlarının ısı geçişi ve basınç düşümü performansları, geçiş akışı ve türbülanslı akış koşullarında (1900
GG25 pik döküm malzemenin talaşlı imalatının incelenmesi
Talaşlı imalat yöntemi endüstride en sık kullanılan imalat yöntemidir. Dönen bir iş parçası üzerinden kesici takım ile talaş kaldırılır veya dönen bir kesici takım sabit duran iş parçası üzerinden talaş kaldırır. Farklı talaşlı imalat yöntemlerinin ortak nihai amacı ham iş parçası üzerinden kesici takım yardımıyla talaş kaldırmak ve istenilen ölçü ve boyutları sağlamaktır. Ölçü ve boyutsal özelliklere ek olarak tasarımcı imalatçıdan ürünün özelliklerine göre ürünün belirli yüzeylerinde bir hassasiyet ister. Bu yüzey hassasiyet yüzey kalitesi olarak tanımlanır. Talaşlı imalatta istenilen yüzey kalitesi değerine etki eden birçok faktör bulunmaktadır. Bu faktörler proses parametreleri ve prosesten bağımsız kullanılan kesici takım ve tezgaha bağlı faktörler de olabilir. Bu çalışmada, talaşlı imalatta yüzey kalitesine etki eden proses parametreleri üzerinde deneysel araştırmalar yapılmıştır. Proses parametreleri olarak kesici takımın dönme yönü, kesme hızı, devir başına ilerleme ve talaş derinliği kullanılmıştır. Takımın dönme yönü olarak; eş ve zıt yönlü, kesme hızı olarak; 282m/dk, 314m/dk ve 342m/dk, devir başına ilerleme olarak; 0,15mm/devir, 0,40mm/devir ve 0,65mm/devir, talaş derinliği olarak; 0,2mm, 0,5mm ve 0,8mm kullanılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda Taguchi yönteminden yararlanılmıştır. Deneysel çalışmalar Taguchi'nin en küçük en iyidir fonksiyonu kullanılarak gerçekleştirilmiş ve toplam 18 deney farklı faktörlerin farklı seviyelerinde yapılmıştır. Faktörlerin istatistiksel anlamlılıklarını ve deney çıktısı üzerindeki etkisini araştırmak için ANOVA uygulanmıştır. Kesme yönü ve devir başına ilerleme değerlerine bağlı olarak, regresyon denklemleri elde edilmiştir. Minitab 19 üzerinden herbir deneyin tahmini sonucu hesaplatılmış ve tahmini sonuçlar gerçek deney sonuçları ile karşılaştırılarak deney modelinin geçerliliği araştırılmıştır. Taguchi metodu ile elde edilen optimum proses parametrelerine göre 10 adet doğrulama deneyi yapılmış ve doğrulama deneylerinin ortalama sonuçları, Minitab 19 üzerinden elde edilen ortalama tahmini değer ile karşılaştırılarak optimizasyon çalışmasının %95 güven aralığında geçerliliği araştırılmıştır. Taguchi yöntemine göre zıt yönlü kesme, 282 mm/dk kesme hızı, 0,15 mm/devir ve 0,5 mm talaş derinliği optimum sonuçlar olarak bulunmuştur. ANOVA sonuçlarına göre yüzey kalitesi üzerindeki en etkili parametre devir başına ilerleme olarak bulunmuştur. Kesme hızı dışındaki tüm parametreleri istatistiksel olarak yüzey kalitesi üzerinde etkilidir. Tahmini deney sonuçları ile gerçek deney sonuçlarının karşılaştırılması sonucunda deney modelinin geçerliliği R2 değeri %91,4 olarak bulunmuştur. Optimum parametre değerleri ile yapılan doğrulama deneyleri sonuçlarına göre, optimizasyon çalışması %95 güven aralığında geçerli bulunmuştur.
PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması
Sera gazlarının zararlı çevresel etkilerinin azaltılması ve küresel ısınmayla mücadelede, geleneksel fosil yakıtlardan sürdürülebilir-temiz yakıtlara geçiş oldukça elzem bir hale gelmiştir. Dünyada bol miktarda bulunan ve enerji içeriği yüksek olan hidrojen, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretildiğinde sürdürülebilir ve çevre dostu bir yakıt olarak nitelendiriliyor. Bu bağlamda taşımacılık, sanayi, enerji, havacılık ve uzay gibi birçok sektörde gelecek vaad ettiği söylenebilir. Yenilenebilir enerjiye geçişle birlikte suyun elektrolizini gerçekleştiren elektrolizörlere olan talep önemli ölçüde artmıştır. Suyun elektrolizi, sudan geçen bir elektrik akımı vasıtası ile suyun oksijen ve hidrojen gazına ayrışması işlemidir. Su elektrolizörleri saf sudan en az %99.9 saflıkta hidrojen üretmek için yaygın olarak kullanılan elektrokimyasal cihazlardır. Elektrolizörler kullanılan elektrolit çeşidine göre sınıflandırılmaktadır (katı veya sıvı elektrolit). Sıvı elektrolit yaygın olarak alkali elektrolizörlerde, katı elektrolit ise genellikle PEM elektrolizörlerde ve katı-oksit elektrolizörlerde kullanılmaktadır. Mevcut teknolojiler arasında Polimer Elektrolit Membranlı (PEM) elektroliz hücreleri, diğer elektroliz hücresi türlerine kıyasla yüksek akım yoğunluklarında çalışabilme ve daha düşük özgül enerji tüketimi ile bilinmektedir. Ancak PEM elektrolizörünün performansından tam olarak yararlanmak için dayanıklılığını, güvenilirliğini ve çalışma koşullarını iyileştirmek önemlidir. PEM elektroliz hücre performansı, elektroliz hücresi tasarımı ve montajı, çalışma koşulları ve bipolar plaka tasarımı gibi birçok faktöre bağlıdır. Mevcut tez çalışması, maksimum akım ve hidrojen üretim hızı için sistemin performansını etkileyen PEM elektrolizörün kritik çalışma koşullarını bulmaya odaklanmaktadır. Bu tez 3 ana bölümden oluşmaktadır: Comsol Multiphysics kullanarak elektroliz hücresinin anot bipolar plakasındaki karmaşık yapıdaki çift fazlı akışın modellenmesi ve literatürdeki referans bir çalışma ile doğrulanması, deneysel elektroliz hücresinin performans testleri, Taguchi ve yanıt yüzeyi yöntemi (RSM) ile elektrolizörün optimum çalışma koşullarının belirlenmesi, ANSYS Mechanical'da sonlu elemanlar yöntemini kullanarak deneysel hücrenin mekanik davranışının incelenmesi ve son olarak simülasyon sonuçlarının deneysel sonuçlarla doğrulanması. Tezin ilk bölümünde, PEM elektrolizörünün anot bipolar plakasının üç boyutlu, kararsız sayısal modeli geliştirilmiş, literatürden paralel akış alanına sahip bir PEM elektrolizörün deneysel sonuçlarıyla doğrulanmış, akış kanallarındaki çift fazlı akış karakterize edilmiş, son olarak giriş ve çıkış manifoldları arasındaki kanalların sayıları değiştirilerek basınç, hız ve oksijen gaz kabarcıklarının dağılımları simüle edilmiştir. Sayısal sonuçlar, kanal sayısı N=4'ten N=14'e arttığında basınç düşüşünün azaldığını ve oksijen gazı fraksiyonunun arttığını göstermiştir. Anot bipolar plakada giriş ve çıkış manifoldlarındaki hızın merkez bölgeye kıyasla daha yüksek olduğu gözlenmiş ve akış hızı dağılımının üniform olmadığı ortaya çıkmıştır. PEM elektroliz hücrelerinin performansı, çalışma ve tasarım koşullarının optimize edilmesiyle önemli ölçüde artırılabilir. Çalışmanın deneysel kısmında öncelikle 9 cm² aktif alana sahip PEM elektrolizör hücresi toplanmış, hücre performansını önemli ölçüde etkileyen şartlandırma işlemi tamamlandıktan sonra 40-80°C sıcaklık aralığında performans testleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar kaydedilmiştir. PEM elektrolizör hücre performansını iyileştirmek ve çalışma koşullarının optimum kombinasyonunu belirleyebilmek için deney sistemine Taguchi yöntemi uygulanmıştır. Taguchi yöntemi deney süresini ve maliyetlerini önemli ölçüde azaltan mükemmel bir optimizasyon aracıdır. Sıcaklık, su akış hızı ve hücre voltajı deney sisteminin bağımsız değişkenleri, akım ve hidrojen akış hızı ise bağımlı değişkenleridir. Deneysel sonuçlar, maksimum hücre performansının 80°C sıcaklıkta, 16.5 ml/dk su debisinde ve 2.4 V hücre voltajında elde edildiğini göstermektedir. Optimum çalışma koşullarında hidrojenin alt ve üst ısıl değerlerine göre hesaplanan verim değerleri sırasıyla %59.6 ve %70.4'tür. Optimizasyon sonuçlarının üç boyutlu yüzey ve pertürbasyon grafikleriyle görselleştirilmesi farklı bir optimizasyon aracı ile gerçekleştirilmiştir. Benzer şekilde kontrol faktörlerinin performans üzerindeki etkilerini ve optimum seviyelerini analiz etmek için Design-Expert 13 (deneme sürümü) yazılımı kullanılmış, yanıt yüzey yöntemi (RSM) ile optimize edilmiştir. RSM sonuçları hücre voltajı, sıcaklık ve hücre voltajı-sıcaklık arasındaki etkileşimin PEM elektrolizör hücre performansını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. PEM elektroliz hücresinin ömrünü etkileyen temel sorunlardan biri de MEÜ ve gaz difüzyon tabakasının (GDL) mekanik bozulmasıdır. Elektrolizör hücre bileşenlerinde meydana gelen herhangi bir hasar kütle transferi sürecini ve ardından hücre performansını olumsuz yönde etkileyecektir. Sıkıştırma kuvveti arttıkça hücre performansı artar ancak optimum değeri aştığında GDL geçirgenliği azalır ve hücre performansı düşebilir. Bu tezde PEM elektrolizör montajı için kullanılan sıkıştırma torkunun hücre bileşenleri üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Hücre performansını önemli ölçüde etkileyebilecek olan su akış hızı, sıkıştırma torku ve hücre voltajı deneysel sistemin girdi faktörleri olarak tanımlanmış, RSM ile optimize edilmiştir. İstatistiksel sonuçlar, su akış hızının hidrojen akış hızı üzerinde önemli bir faktör olduğunu ve hücre voltajı, tork ve hücre voltajı-tork etkileşiminin akımı önemli ölçüde etkilediğini gösterdi. Tüm performans testleri 80°C sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon sonuçlarından PEM elektrolizörünün maksimum akım ve hidrojen akış hızları sırasıyla 23.821 A ve 189.972 ml/dk olarak elde edilmiştir. Deneysel PEM elektrolizörün üç boyutlu model geometrisi SpaceClaim yazılımında geliştirilmiş, herbir bileşenin malzeme özellikleri programa tanımlanmıştır. Modelin mesh yapısı hex-dominant mesh yöntemiyle ANSYS Mechanical Mesh'te oluşturulmuş, daha sonra sayısal analiz için matematiksel model ANSYS Mechanical'a aktarılmıştır. PEM elektrolizör anot uç plakasına 3, 6.5 ve 10 Nm'lik üç farklı sıkıştırma torku uygulanmış, MEÜ üzerinde üretilen von Mises gerilme ve deformasyonlar sonlu elemanlar yöntemiyle (FEM) sayısal olarak analiz edilmiştir. PEM elektrolizör kalbi olarak nitelendirilen MEÜ yerine basınç ölçüm filmleri yerleştirilmiş, üç farklı sıkıştırma torkunda test edilmişlerdir. Son olarak, sayısal ve deneysel sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmış, sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Basınç ölçüm filmlerin merkezinde kırmızı yoğunluğun oldukça az olduğu, bipolar plaka kanal tasarımının da daha az görünür olduğu gözlemlenmiştir. Bu durum basınç ölçüm filminin merkezinde basınç değerlerinin oldukça düşük bir seviyede olduğuna işaret etmektedir. Sıkıştırma torkları sırasıyla 3, 6.5 ve 10 Nm olduğunda, MEÜ üzerinde üretilen maksimum gerilme değerleri sırasıyla 34.891, 75.597 ve 116.3 MPa'dır.
Bir otomobil salıncağının topoloji optimizasyonu
Otomotiv endüstrisindeki rekabetin arttığı son yıllarda teknolojinin ve imkanların genişlemesiyle, üreticiler otomobil parçalarında önemli iyileştirmeler yapabilir duruma gelmiştir. Bu iyileştirmelere kalitenin arttırılması, maliyetlerin azaltılması gibi örnekler verebiliriz. Üreticiler daima kısa sürede, uygun maliyete, en uygun satış fiyatına ve kaliteye sahip olacak ürünler üretmeyi hedeflemektedir. Otomotiv üreticileri de yaptıkları iyileştirmeler sayesinde rakiplerinin önüne geçebilmektedirler. Bu iyileştirmeler kapsamındaki en önemli olanı gereksiz malzeme tüketimini ortadan kaldırmaktır. Gereksiz malzemelerin ortadan kaldırılmasıyla üretilen araçlardaki ağırlığının azalması sağlanmaktadır. Buna bağlı olaraktan yakıt tüketiminde azalma ve enerji kullanım verimliliğinde artma sağlanacaktır. Yakıt tüketiminde düşüş sağlanarak doğaya salınan zararlı emisyon gaz oranlarında da azalma görülmektedir. Bu bağlamda tasarım iyileştirme süreçleri ele alındığında optimum sonuca hızlı, ucuza ve doğru şekilde yakınsayan yöntemlerin kullanılması gerekmektedir. Parçalardaki ağırlığı azaltmak için malzeme dağılımını en etkin görebileceğimiz yöntem topoloji optimizasyonudur. Topoloji optimizasyonu, belirli bir tasarım hacmi içerisinde, belirli sınır şartları ve kısıtlamaları için sayısal bir amaç fonksiyonu oluşturarak sonrasında bağlantı arayüzlerini değiştirmeden kullanılan malzeme miktarının en aza indirgenmesini sağlayan bir tasarım aracıdır. Topoloji optimizasyonun amacı; ağırlığı azaltmak, maliyeti azaltmak, üretilebilirliği kolaylaştırmak, sağlamlığı artırmak vb..'dir. Topoloji optimizasyonun uygulandığı sektörler; makine endüstrisi, otomotiv ana sanayii ve yan sanayi endüstrisi, savunma sanayi endüstrisi, inşaat sektörü, uzay-havacılık sanayi, sağlık sektörü gibi birçok alanda kullanıldığı uygulama alanları bulunmaktadır. Bu yöntem hızlı, çözüm odaklı ve maliyet olarak düşük bir yaklaşımdır. Bu tezde, bir otomobil salıncağına topoloji optimizasyonu yapılmasını ve çıkan sonuçların değerlendirmelerini içermektedir. Çıkan sonuca göre optimum ürün elde edilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın başlangıcında üç boyutlu modelleme çalışması, bilgisayar destekli tasarım aracı olan CATIA programında gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar analizinin uygulaması ve topoloji optimizasyonu aktiviteleri için bilgisayar destekli analiz programı olan ANSYS ile yürütülmüştür. Bu tezde yapılanlar yukarda belirtilen sektörlerde yapılacak benzer çalışmalara yol gösterip, firmalara ve akademik çalışanlara hitap edecektir.
Ökzetik (auxetic) çok hücreli kiriş yapıların eğilme davranışı
Son yıllarda ince cidarlı kiriş yapılar, hafif, mükemmel yük taşıma kabiliyeti ve enerji absorbe edici özelliği yanında, uygun maliyet avantajı nedeniyle havacılık, uzay, askeri, otomotiv ve inşaat gibi birçok mühendislik uygulamalarında yaygın bir şekilde tercih edilmektedir. Kara ve hava taşıtlarının kazaya maruz kalması halinde hem dinamik hem de statik dış yüklemelerden oluşan karmaşık zorlanmaların etkisinde taşıtın yapısal bütünlüğünün bozulmasının yanı sıra, parçaların da hasara uğraması söz konusu olduğundan, mühendislik uygulamalarında yapısal bütünlüğün korunması en önemli başlıklar arasındadır. Genelde yüksek mekanik beklentiler beraberinde yapıların ağırlık artışına yol açması, sadece taşıtların performansını düşürmekle kalmaz, aynı zamanda yakıt tüketiminde de artışa yol açar. Bu nedenle, yük taşıyıcı elemanların mekanik verim açısından geliştirilmesi için farklı geometriler önerilmiştir. Petek yapılar, altıgen veya düzenli çokgen şekilli, birbirine bağlı hücrelerden oluşan geometrilerden oluşur. Bu yapılar, mühendislik uygulamaların birçok alanında kullanılmasının nedeni, diğer geometrilere göre daha düşük ağırlıkla, daha yüksek yük taşıma (yüksek mekanik verim) kabiliyeti sergilemesidir. İnce cidarlı kiriş yapıların mekanik performansın arttırılmasında, kesiti petek yapıya sahip uygulamaların bulunmasına rağmen, bu yapıların yeteri hafiflikte ve aynı zamanda rijit ve yük taşıma kabiliyeti kombinasyonları sınırlıdır. Dolayısıyla, yüksek mekanik verime sahip özgün tasarımla birlikte, yeni malzeme türlerinin de geliştirilmesi kaçınılmazdır. Ökzetik yapı/malzemeler negatif Poisson oranına sahip olmaları nedeniyle, geleneksel malzemelerden farklı olarak, çekme gerilmesi altında genişleme, basma gerilmesi altında ise daralma eğilimi gösterir. Ökzetik malzemeler, nadiren doğada bulunan yapılarda örneğin ağaç özü, mercanlar ve süngerlerin mikro yapılarında gözlemlenmektedir. Ökzetik malzemelerin bu mükemmel mekanik özellikleri taklit edilerek yapısal hasarların azaltılması veya ortadan kaldırılmasıyla, mühendislik tasarımlarında mekanik verim açısından daha yüksek performanslar elde edilmiştir. Bu kapsamda bir dizi ökzetik malzeme ve yapılar keşfedilmiş, teorik olarak tasarlanarak üretimi yapılmıştır. Katmanlı imalat (Kİ) tekniklerindeki gelişmeler, karmaşık hücresel mimarilere sahip malzemelerin üretilmesini mümkün kılmıştır. Doktora tez çalışmasında, eğilme yükü altında çalışan kirişler için hafif ve yük taşıma kabiliyeti yüksek kesitlerin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Pozitif ve negatif Poisson oranına sahip petek yapılar ile kesiti en az farklı iki petek hücrelerden meydana gelmiş hibrit yapıların eğilme zorlanması altında deformasyon davranışları, yük taşıma ve enerji absorbe etme kabiliyetlerinin deneysel, sayısal ve teorik olarak incelenmiştir. Çalışma üç ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde, içi boş ince cidarlı kiriş yapının üç nokta eğme davranışı altında sergilediği deformasyon davranışı ve mekanik performansı detaylı olarak incelenmiş ve hasara uğrama nedeni detaylı olarak ele alınmıştır. Daha sonra, kiriş boyutları aynı olan, aynı hücre sayısı ve yüksekliği için kesiti kare (kare), altıgen (6gen), sekizgen (8gen) ve ökzetik (Aux) çok hücreli kiriş yapıların eğilme davranışı sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmiştir. Doğrusal olmayan sonlu eleman kodu LS-DYNA kullanılarak negatif ve pozitif kiriş kesitlerine sahip yapılar arasındaki yük taşıma ve enerji absorbe etme kabiliyetleri karşılaştırmalı bir çalışması yapılmıştır. Kurulan sonlu elemanlar analiz sonuçları, katmanlı imalat yöntemiyle 316L paslanmaz çelikten üretilen (Doğrudan Ergitme Lazer Sinterleme -DMLS) ökzetik kesite sahip Aux kiriş yapının deneysel eğme sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonlu elemanlar yönteminde kullanılan malzeme parametreleri aynı şekilde katmanlı imalat yöntemiyle ASTM E8/E8M–15a standartlarına göre çekme testlerinden elde edilen veriler kullanılmıştır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, analiz ve deney sonuçlarının iyi bir uyuma sahip olduğu görülmüştür. İçi boş kiriş yapısında (BT), mandrelin temas alanındaki burkulma ve katlanma etkisiyle parçanın üst köşesinde kırılmanın meydana geldiğini göstermiştir. Kare, 6gen ve 8gen kiriş yapıları için kırılma, girintinin temas ettiği üst bölgelerdeki hücre cidarlarının burkulmanın neden olduğu lokalize stres nedeniyle meydana gelmiştir. Öte yandan, ökzetik hücrelerden oluşan yapının kesiti eğilme yükü altında yanal olarak daha az şekil değiştirmiş, cidarların merkeze doğru yönlendiği tespit edilmiştir. Böylece, yüksek deplasmana rağmen, yerel burkulma etkisi en aza indirilebilmiştir. Bu durum, kesit atalet momentindeki düşüşün sınırlı kalmasına sağlamıştır. Sonuç olarak yük taşıma kabiliyeti ve buna bağlı olarak enerji absorbe etme kapasitesi daha yüksek olan bir yapı elde edilmiştir. İncelenen farklı hücre kesitlerinin performansının değerlendirilmesinde kiriş hacmi ve hasar deplasmanının kesit atalet momentindeki değişim etkisi incelenerek boyutsuz bir büyüklük "hasar duyarlılığı" (HD) tanımlanmıştır. Sonuçlara göre, hesaplanan "Hasara duyarlılık" değeri beklendiği üzere, içi boş kiriş (BT) için en yüksek ve içi dolu kesit için ise en düşük olduğu görülmüştür. Aux kiriş, çok hücreli kiriş yapılar arasında hasar duyarlılığı en düşük olan yapıdır. Ayrıca, içi dolu kirişe göre yapıların mekanik özelliklerini ifade etmek için bir diğer yaklaşım olarak, çok hücreli yapının hasar duyarlılığının içi dolu yapının hasar duyarlılığına oranlanmasıyla eğilme performansı indeksi (EPI) tanımlanmıştır. Aux kirişin benzer şekilde EPI değeri, içi dolu kirişten sonra en iyi olduğu tespit edilmiştir. Yapılan incelemeler neticesinde Aux yapının spesifik yük taşıma (SYT) kapasitesi 6gen, kare ve 8gen kiriş yapılarından sırasıyla %45,6, %29 ve %11,4 daha yüksektir. Ayrıca, spesifik enerji absorbe (SEA) kapasitesi açısından da 6gen, Kare ve 8gen petek kirişli çok hücreli kirişten sırasıyla 11.3, 3.8 ve 1.8 kat daha iyi performans göstermiştir. Buna göre, ökzetik kesitin yüksek deformasyon altında daha yüksek mekanik performans sergilediği anlaşılmıştır. İlginç bir şekilde ilk bölümde, kiriş kesitinin negatif Poisson oranına sahip hücrelerden oluşturulması, kesitteki deformasyon yönünü değiştirebileceğini ve yapının daha uzun deplasmanlarda yük taşıma kabiliyetini sürdürdüğü tespit edilmiştir. İkinci bölümde çalışma, ökzetik hücre kol açısının ve cidar kalınlığının fonksiyonel olarak derecelendirilmesinin kiriş performansına olan etkisi üzerine yoğunlaşmıştır. Bu kapsamda ökzetik hücrelerin kiriş ekseni boyunca yönlendirildiği kiriş yapısının 55, 65,75 ve 85 derece kol açısı ve üç tip fonksiyonel olarak derecelendirme durumu için cidar kalınlığının etkisi deneysel ve sayısal olarak sistematik biçimde incelenmiştir. Kiriş ağırlığın sabit tutulması şartıyla birim hücre kolunun açısının arttırılmasıyla, Aux kiriş kesitinin negatif Poisson oranında değişim meydana getirmesiyle beraber kiriş yapının yük taşıma kabiliyeti ve enerji absorbe etme yeteneğinin belli bir noktaya kadar iyileşmesinde faydalı olduğu görülmüştür. Hücre kol açısının daha büyük değerler alması kirişin eğilme performansında sınırlı bir iyileştirme sağlamasına rağmen daha düşük deplasmanlarda hasar meydana gelmiştir. Birim hücre cidar açısının 55 dereceden 75 dereceye çıkarılmasıyla Aux kiriş yapının eğilme performansı SYT ve SEA'sında sırasıyla %11 ve %12.4 oranında iyileşme sağladığı bulunmuştur. Elde edilen en iyi hücre açısı (75) esas alınarak yapının hücre kolu kalınlıkları tarafsız eksenden dış cidara doğru fonksiyonel derecelendirilerek arttırılması halinde ise ağırlıkta artışa rağmen, spesifik değerlerde, SYT ve SEA sırasıyla %19.4 ve %25.4 gibi daha ileri iyileştirmelerin gerçekleştirilebilmesi mümkün olduğu anlaşılmaktadır. Üçüncü bölümde ise, Aux çok hücreli kirişlerin ile ökzetik ve sekizgen hücreli yani hibrit (AuxOcta) bir (literatür için yeni) kiriş tasarım üzerinde durulmuştur. Ökzetik yapılar 316L paslanmaz çelik ile DMLS katmanlı imalat yöntemiyle üretilmişlerdir. Üç nokta eğme testi sonuçları, Aux kiriş yapının kesitin de kademeli lokal deformasyon gösterdiğini, AuxOcta kirişin kesitindeki hücrelerinin ise deformasyonun kesitin geneline yayıldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, AuxOcta yapının yük taşıma ve enerji absorbe etme kapasitelerini iyileştirmek için hücre cidar kalınlıkları tarafsız eksenden dış cidara doğru optimize edilmiştir. Bu optimize edilmiş AuxOcta yapısı (AuxOcta-G) test sonuçlarına göre üstün eğilme performansı sunmaktadır. Aux yapısı ile karşılaştırıldığında, yukarıdaki AuxOcta-G yapısının özgül yük taşıma (SLC) kapasitesindeki iyileşme 5 mm deplasman için %15 iken, özgül enerji absorbe etme (SEA) kabiliyetindeki iyileşme yaklaşık %16'ya ulaşmaktadır. Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) sonuçları, AuxOcta ve AuxOcta-G yapılarının geniş bir deplasman aralığında tercih edilen bir deformasyon davranışı sunduğunu göstermiştir. Bu çalışma, negatif Poisson oranlı kesite sahip ökzetik ve/veya hibrit kiriş tasarımının gelecekteki araştırmaları için bir temel oluşturması beklenmektedir.
Elektrikli araçlar için lityum iyon batarya paketinin termal yönetimi
Küresel ısınmanın etkisi ve karbon ayak izinin azaltılması kapsamında yenilebilir enerji kaynakları önem kazanmıştır. Bu kapsamda tüm sektörlerde olduğu gibi binek araçlarda da fosil yakıt kullanan içten yanmalı motorlara sahip araçlar yerini elektrikli araçlara bırakmaktadır. Son yıllarda kullanımı giderek artan elektrikli araçlarda elektronik donanım yardımıyla kontrol edilebilir yüksek enerji yoğunluğuna sahip lityum-iyon bataryalar tercih edilmektedir. Bunun yanı sıra lityum-iyon bataryalar, ideal çalışma şartlarının altındaki veya üzerindeki sıcaklıklarda çalışması durumunda performans kaybı, ömürlerinin azalması veya patlama riskleri gibi farklı reaksiyonlar gösterebilmektedir. Bundan dolayı bataryaların termal yönetim ihtiyacı bulunmaktadır. Bu amaçla düşük sıcaklıklarda bataryanın ısıtılması, yüksek sıcaklıklarda ise soğutulması gerekmektedir. Literatürde lityum iyon piller için uygun çalışma sıcaklığının 15 ila 35 °C arasında olması gerekliliği belirtilmişse de, lityum iyon hücrelerin optimum çalışma sıcaklığı yaklaşık 23-25 °C'dir. Bir diğer çalışmada ise pillerin uygun çalışma sıcaklığının yaklaşık 10 ila 35 °C arasında olduğu belirtilmiştir. Bununla birlikte, lityum iyon kimyasallarının çoğu yaklaşık -20 °C'den yaklaşık 45 °C'ye kadar çalışmaya devam eder. Bu sıcaklık aralığında normal çalışma sırasında batarya ömründe herhangi bir azalma yaşanması beklenmez. -20 ila -40 °C arasında elektrolitler donmaya başlayabilir ve düşük sıcaklıklar hücre içindeki empedansı artırarak iyon akışına direnç gösterir, kapasite ve performansı azaltır. 60 °C'nin üzerinde birçok lityum iyon hücre kimyasının değişmeye başladığı literatürde kayıt altına alınmıştır. Termal yönetim sistemi ile en soğuk hücreden en sıcak hücreye kadar yaklaşık 2–3 °C'lik sıcaklık farkının koruyabilmesi hedeflenmektedir. Ancak, çok büyük batarya paketleri için 6–8 °C'ye kadar olan farklar da kabul edilebilmektedir. Yüksek performanslı bir batarya termal yönetim sisteminin (BTYS) geliştirilmesi, bataryanın yüksek verimliliğini ve güvenliğini koruması açısından çok önemlidir. Genel olarak BTYS, soğutma ortamının fiziksel özelliklerine göre faz değiştiren malzemeler (FDM), sıvı ve hava dahil olmak üzere üç kategoriye ayrılabilmektedir. FDM soğutma sistemlerinin ağırlıkları ve hava soğutma sistemlerinin düşük verimlilikleri nedeni ile temaslı soğutma sistemleri ön plana çıkmıştır. Diğer taraftan, literatürde direk temaslı-sıvı daldırma sistemlerin de kullanımındaki güçlükler ifade edilmektedir. Aşırı ısınma durumunda elektrikli araçların batarya sistemiyle ilgili yangın tehlikesi nedeniyle de bataryanın termal güvenliği son derece önemlidir. Bundan dolayı, bataryanın termal güvenliğinin artırılması için gaz çıkış valflerinin kullanımı, termal bariyer ve sensör kullanımı gibi hususlar literatürde ele alınan konular arasında bulunmaktadır. Gerçekleştirilen çalışmada, lityum-iyon batarya paketinin termal yönetimi sayısal yöntemler ile yapılacaktır. Bu amaçla Ansys/Fluent programı kullanılarak oluşturulan üç boyutlu model ile bataryaların olması gerektiği sıcaklık aralıklarında tutmak için kullanılan soğutma plakalarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri yapılmıştır. Bataryanın soğutma plakası performans testinden alınan hücre sıcaklıkları ile HAD analizin doğrulanması sağlanmıştır. HAD analizinden elde edilen sonuçlar test verileriyle iyi bir uyum göstermektedir. Referans model ile kıyaslandığında, soğutma plakasındaki optimum boru yerleşimiyle batarya hücrelerinin arasındaki maksimum sıcaklık farkı 8 °C'den 3,3 °C'ye düşürülmüş ve homojen bir sıcaklık dağılımı elde edilmiştir. Aynı zamanda batarya paketinin çalışma sıcaklığı 30-22 °C aralığından, 27-23,7 °C aralığına çekilmiştir. Sabit hidrolik çap ve boru uzunluğu için batarya paketi üzerindeki boru serimi değiştirilerek elde edilen farklı tasarımlar ile yapılan HAD analizlerinde soğutma performansının boru serimine bağlı olarak değişim gösterdiği tespit edilmiştir. En iyi soğutma performansını veren boru dizilimi tespit edilmiş ve debi değişimiyle soğutma performansının nasıl etkilendiği incelenmiştir. Optimum boru dizilimine sahip soğutma plakasının soğutma performansının, iki katına çıkan sıvı debisiyle %16'lık artış gösterdiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, farklı boru serimlerine sahip tasarımlarla mevcut şartlar altında daha iyi soğutma performansı elde edilebileceği ortaya koyulmuştur. Bunun en önemli nedeni ise soğutma sıvısının daha fazla yüzey alanı ile modüllere temasından kaynaklanmaktadır. Bu sonuçlar, soğutma plakalarının kanal yapısının ısı transferini önemli ölçüde etkilediğini ve tasarımların optimizasyonu ile batarya performans ve ömür anlamında iyileştirmelerin yapılabileceğini göstermektedir. Yapılan optimizasyon çalışması ile hücre iç direncin %12,6 oranında azalmasına, kapasite kaybında %3,45 oranında iyileşme sağlaması ve elde edilen %11'lik soğutma verimi artışı ile batarya ömrünün ve performansının %10 ila %20 arasında iyileşmesi sağlamaktadır.
Çarpmalı jet ve rib kullanımının kanal yüzeyindeki soğutma performansına etkilerinin araştırılması
Jet çarpmalı soğutma (JIC), genellikle gaz türbin kanatlarının ön kenarı gibi yüksek sıcaklıklara maruz kalan yüzeylerin soğutulması için kullanılan bir tekniktir. Bu yöntemde, yüksek hızda bir akışkan jeti hedef yüzeye yönlendirilir, bu da yüzeydeki ısı transferini artırarak malzemenin aşırı ısınmasını önlemeye yardımcı olur. Jet çarpmalı soğutma enerji üretiminde ve havacılıkta sıkça kullanılan bir soğutma yöntemidir. Gaz türbin teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, gaz türbin kanatları daha yüksek sıcaklıklara maruz kalmaktadır. Bu durum, hedef yüzeyin sürekli olarak artan maksimum çalışma sıcaklığına maruz kalması anlamına gelir. Hedef yüzeyin homojen bir şekilde soğutulmaması durumunda, yüksek yerel yüzey sıcaklıkları performansı düşürebilir ve kanat malzemesinin kullanım ömrünü azaltabilir. Gaz türbin kanatçıklarının dâhili soğutma kanallarında hedef yüzey üzerindeki ısı transferini artırmak ve ısı transfer dağılımını üniform hale getirmek amacıyla yüzey üzerinde pin ve rib gibi kanatçıklı yapılar tercih edilmektedir. Bu çalışmada düz hedef yüzeye sahip uzatılmış jet çarpmalı model kullanılmıştır. Düz hedef yüzey, öncelikle eliptik ve slot biçimli pinler ile pürüzlendirilmiş ve pinlerin ısı transfer performansına etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Dikdörtgen bir kanal akışında değişken nozul uzunlukları, farklı pin düzenlemeleri ve Reynolds sayıları (Re) için çeşitli pin yüksekliklerinin konvektif ısı transferi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Pinler kademeli ve dairesel bir düzende hedef yüzeye yerleştirilmiştir. Elde edilen sayısal sonuçlar ve sayısal çözüm prosedürü literatürdeki deneysel verilerle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Sınır koşulları dikkate alınarak SST k-ω türbülans modeli ile analizler gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan sayısal model, pürüzsüz ve pin-pürüzlü hedef yüzeyler için ısı transferini ve basınç düşümünü makul bir şekilde tahmin etmiştir. Deneysel verilerle doğrulanmış model kullanılarak ilgili yüzeydeki ortalama Nusselt sayıları (Nu) ve basınç düşümleri, farklı boyutsuz pin yükseklikleri (Hp/d = 0, 167, 0,417, 0,667), çeşitli pin düzenlemeleri (R1, R2, R3), boyutsuz nozul uzunlukları (G/d = 1,0, 2,0, 6,0) ve Re sayıları (16250, 27100, 32500) için sayısal olarak belirlenmiştir. Sayısal sonuçlar, orifis plakalı diğer bir deyişle geleneksel çarpan jet modeli (G/d = 6,0 ve Hp/d = 0) ile de karşılaştırılmıştır. Eliptik pinli düz hedef yüzey için elde edilen sonuçlar geleneksel çarpan jet modeliyle karşılaştırıldığında, Re = 16250'de R2_G/d = 1,0 ve Hp/d = 0,167 için ortalama Nu sayısının %35,82'ye kadar arttığı görülmüştür. Sistemin akış özellikleri ve termal performans kriteri (TPC) dikkate alındığında tüm Re sayıları için optimum parametreler R3_G/d = 1,0 ve Hp/d = 0,167 olarak belirlenmiştir. Ayrıca eliptik pin sıra sayısının arttırılması, yerel ısı taşınım katsayısı dağılımının homojenliğini de artırmıştır. Buna ilave olarak slot pin geometrisi kullanıldığında maksimum ısı transfer artışı R1_G/d = 1,0 ve Hp/d = 0,167 parametrelerinde %33,2 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca deneysel olarak jet akışı ile çapraz akış arasındaki etkileşimi azaltmak ve jet akışının potansiyel çekirdek bölgesinde hedef yüzeye çarpması için jetler nozullar ile hedef yüzeye doğru uzatılmıştır. Son olarak, kanal içindeki konvektif ısı transferini ve türbülans yoğunluğunu artırmak için jetlerin hemen hizasında olacak şekilde hedef yüzey konik pinler ile pürüzlendirilmiştir. Boyutsuz nozul yüksekliklerinin G/d (1, 2, 3 ve 6), boyutsuz konik pin yüksekliklerinin Hc/d (0,67, 1,00 ve 1,33) ısı transferi ve akış karakteristikleri üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Deneysel verilerin elde edilmesi aşamasında Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği TLC Laboratuvarı kullanılmıştır. Belirlenen modeller üzerindeki ısı taşınım katsayısını belirlemek için sıvı kristal termografisi yöntemi tercih edilmiştir. Optimum nozul uzunluğu ve konik pin geometrisi belirlenerek en iyi termal performansa sahip model parametreleri belirlenmiştir. Aynı zamanda, önerilen model ile ihmal edilebilir bir basınç kaybı artışı ile birlikte hedef yüzey üzerindeki ortalama ısı taşınım katsayısında yaklaşık olarak minimum %5'lik bir artış elde edilmiştir. Yukarıda bahsedilen çalışmalar daha ziyade düz hedef yüzeyler üzerine gerçekleştirilmiştir. Gaz türbin kanatlarının iç yüzeyleri genellikle konkav bir geometriye sahiptir. Söz konusu pin konfigürasyonları, özellikle içbükey yüzeylerde, ısı transferini artırmak ve sıcaklık dağılımını daha homojen hale getirmek amacıyla da kullanılabilir. Bu sayede soğutucu akışkanın yüzeyle etkileşimini artırarak daha etkili bir soğutma sağlanabilir. Sonuç olarak düz hedef yüzeylerde olduğu gibi, içbükey yüzeylerdeki pin konfigürasyonları jet çarpmalı soğutma sistemlerinin genel ısı transfer performansını artırmaya yönelik bir strateji olarak benimsenebilir. Bu kapsamda, çarpmalı jet dizisine sahip yarım daire şeklindeki bir kanal akışında içbükey yüzey eliptik ve aerofoil pinlerle pürüzlendirilmiştir. Bu çalışmaların temel amacı, uzatılmış jet deliği ile eliptik ve aerofoil pin kombinasyonlarının ısı transfer performansı ve akış özelliklerini belirlemek ve bir türbin kanadının soğutulmasında uygulanabilirliğini ortaya koymaktır. Ayrıca farklı bir çalışmada aynı model için pinlerin yanı sıra uzatılmış jet ve rib etkileşimi de incelenmiştir. Sayısal çözüm prosedürünün ısı transferi ve akış özelliklerini doğrulamak için mevcut literatürdeki deneysel veriler kullanılmıştır. Türbülans denklemlerinin çözümünde düşük Re düzeltmeli SST k-w türbülans modeli tercih edilmiştir. İçbükey hedef yüzeye eliptik pinlerin yerleştirildiği modellerdeki sayısal çalışmalarda sabit üç sıra (R3) sıralı pin dizilimi tercih edilmiş ve analizler farklı Reynolds sayıları (Re = 5000, 15000 ve 25000), boyutsuz nozul-hedef yüzey mesafeleri (0,5 ≤ G/d ≤ 8,0) ve boyutsuz orifis plakası-hedef yüzey mesafeleri (H/d = 4,0 ve 8,0) altında gerçekleştirilmiştir. İçbükey hedef yüzeye aerofoil pinlerin monte edildiği fiziksel modellerde ise H/d = 8,0 olarak alınmıştır. Buna ilave olarak, bir sıra (R1), iki sıra (R2) ve üç sıra (R3) sıralı pin dizilimlerinin içbükey yüzey boyunca konvektif ısı transferi üzerindeki etkisine ilişkin bir değerlendirme yapılmıştır. Pürüzsüz ve pinli hedef yüzeylerdeki ortalama Nu sayıları, yerel Nu konturları, akış özellikleri ve termal performans kriteri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Sonuçlar, geleneksel çarpan jet ile karşılaştırıldığında G/d'nin azaltılması ve yüzeyin pinlerle pürüzlendirilmesiyle yerel ve alan ortalamalı Nu sayılarının arttığını göstermiştir. Re = 25000 için H/d = 8,0'da uzatılmış jet (G/d = 0,5) ve eliptik pin-pürüzlü yüzey tasarımı ile maksimum ısı transfer artışı %55,68 olarak elde edilmiştir. Ayrıca, eliptik pinli modelde en yüksek TPC değeri, Re = 25000'de G/d = 2,0 ve H/d = 8,0 parametreleri için 1,10 olarak hesaplanmıştır. Aerofoil pin tasarımı ile konkav yüzeydeki en yüksek ısı transfer artışı ise R2 sıralı pin dizilimi ile Re = 25000'de G/d = 0,5 için %52,81 olarak hesaplanmıştır. Maksimum TPC değeri ise R2 sıralı pin dizilimi ile Re = 25000'de G/d = 2,0 için 1,12 olarak elde edilmiştir. Farklı bir çalışmada ise, içbükey pürüzsüz yüzey analizlerinde kademeli jet dizilimi ve konkav yüzeyin eğrilik etkisi nedeniyle komşu çarpan jetler arasında ilave bir ölü akış bölgesi oluştuğu görülmüştür. Bu bölge konkav yüzeyde düşük ısı transfer bölgelerine yol açmıştır. Bu dezavantajı ortadan kaldırmak için durma noktasının oluştuğu bölgelere dikdörtgen kesitli V-şekilli ribler (VSR) yerleştirilmiştir. Konvektif ısı transferini arttırmak ve termal stres etkisini nispeten azaltarak daha homojen bir ısı transfer dağılımı elde etmek için farklı boyutsuz rib yüksekliklerinin (Hr/d = 0, 0,2, 0,3 ve 0,4), boyutsuz nozul-hedef yüzey mesafelerinin (G/d = 0,5, 2,0, 4,0 ve 8,0) ve rib açılarının (α = 30˚, 45˚, 60˚ ve 90˚) konkav yüzey üzerindeki etkisi de nümerik olarak araştırılmıştır. Sonuçlar, geleneksel jet çarpma konfigürasyonuna kıyasla genel ısı transferinde bir artışa ve daha üniform bir ısı transferine yol açmıştır. Uzatılmış jetlerin VSR ile kombinasyonu sonucu elde edilen en önemli ısı transfer artışı, α = 45˚ için G/d'nin 0,5'e düşürülmesiyle Hr/d = 0,2'de %47,23 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca önerilen modelde en yüksek TPC değeri G/d = 2,0, Hr/d = 0,2 ve Re = 25000'de 1,07 olarak belirlenmiştir. Sonuçlar dikkate alındığında, pin ile pürüzlendirilmiş yüzeyler, uzatılmış JIC sistemlerinde ortalama ve yerel ısı taşınım katsayılarının yüzey üzerindeki homojenliğini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu sayede termal gerilmelerin ilgili yüzey üzerindeki olumsuz etkisi azaltılabilir ve kanat malzemesinin ömrü uzatılabilir. Sonuç olarak, pürüzsüz yüzeye kıyasla yüzeyin soğutma performansı artarılırken yerel sıcaklıklar önemli ölçüde azaltılarak bölgesel aşırı ısınma riskini en aza indirilmektedir. Eklemeli imalat teknolojilerinin gelişmesi, gaz türbin kanatlarının dâhili soğutma kanallarında bu tip geometrilerin kullanılmasını mümkün kıldığı için bu çalışma sonucunda literatüre önemli bir katkı sağlanacaktır.
DİNAMİK TİTREŞİM SÖNÜMLEYİCİLERDEKİ KATMANLI KİRİŞ TİPİ YAPILARIN TİTREŞİM ANALİZİ
Bu tez çalışmasında, katmanlı-kiriş-tipi dinamik titreşim sönümleyicilerin titreşim sönümleme davranışları araştırılmıştır. Katmanlı kiriş yapısının ve uç kütlenin dönme ataletinin, dinamik titreşim sönümleyicisi (DTS)'nin verimliliği üzerindeki etkileri analitik ve deneysel olarak incelenmiştir. Katmanlı-kiriş tipi DTS'nin matematiksel modeli oluşturulurken, kiriş boyunun kiriş kalınlığına oranı (L/h)>10 olduğu için Euler-Bernoulli kiriş teorisine göre kabuller yapılmış ve Hamilton prensibi kullanılarak hareket denklemi elde edilmiştir. Uç kütlenin dönme ataleti, D'alambert Prensibi kullanılarak hareket denklemlerine dahil edilmiştir. Ayrıca, katmanlı kirişlerin eşdeğer eğilme rijitliği de elde edilerek hareket denklemine dahil edilmiştir. Son olarak, elde edilen sınır koşulları hareket denklemine dahil edilerek katmanlı-kiriş tipi DTS'nin frekans denklemi elde edilmiş ve bu frekans denklemi çözülerek DTS'ye ait doğal frekanslar elde edilmiştir. Bu şekilde DTS'lerin sönümleme yaptığı frekans aralığı / frekanslar analitik olarak belirlenmiştir. DTS'lerin doğal frekansları farklı kütle oranları, katman malzemeleri, bağlantı noktası ile uç kütlenin ağırlık merkezi arasındaki mesafeler ve diğer ilgili faktörler dahil olmak üzere fiziksel ve geometrik parametrelerin farklı kombinasyonları için hesaplanmıştır. Ayrıca, uç kütlenin dönme ataletinin, çeşitli kiriş katmanı malzemelerinin, kiriş katmanlarının sayısının ve değişen kütle oranlarının DTS'nin doğal frekansları üzerindeki etkileri de sunulmuştur. Elde edilen bulgular, uç kütlenin dönme ataletindeki artışın DTS'nin düşük frekansları üzerinde daha önemli bir etkisi olduğunu göstermiştir. Ayrıca beklenildiği gibi katman kalınlığının arttırılmasının DTS'nin frekanslarını arttırdığını göstermektedir. Analitik ve deneysel sonuçları elde edilen DTS'lerin, titreşim sönümleme verimliliklerinin araştırılması amacıyla, elde edilen DTS'ler, kütle-yaydan oluşan ana bir sisteme eklenmiştir. Ana sisteme eklenen DTS'ler, modal sarsıcının bağlı olduğu bir tabla üzerine yerleştirilerek, sisteme belirli genlik ve frekanslarda zorlayıcı kuvvet uygulanmıştır. Uygulanan kuvvet harmonik sinüs fonksiyonu olarak ayarlanmıştır. DTS eklenmemiş ve DTS eklenmiş sistemde meydana gelen genlikler elde edilmiştir. DTS ekli yapıya ait titreşim genlikleri, sarsıcı zeminine, ana kütle üzerine ve DTS uç kütlesine ivmeölçerler bağlanarak elde edilmiştir. Böylelikle uç kütlenin dönme ataletinin, farklı katman malzemelerinin, kiriş katmanlarının sayısının ve değişen kütle oranlarının DTS'nin titreşim sönümleme verimliliği üzerindeki etkileri deneysel olarak elde edilmiştir. Çalışmanın sonuçları, katmanlı kirişli yapıların enerji toplayıcıları, mikromekanik sensörler ve kiriş tipi dinamik titreşim sönümleyiciler dahil olmak üzere birçok mühendislik yapılarının tasarımına katkıda bulunacaktır.
Alüminyum 5083-H111 malzemenin delik delme işleminde kesme parametrelerinin yapay sinir ağları ile optimizasyonu
Alüminyum alaşımlar gerek hafif olmaları gerekse dayanıklılıkları ve fiziksel özellikleri dolayısıyla birçok yeni kompozit ve alaşım malzemenin yanında sıkça tercih edilir duruma gelmiştir. Bu alaşımlar daha çok otomotiv, uçak sanayii, denizcilik, inşaat gibi sektörlerde rahatlıklar kullanılabilmektedir. Alüminyum alaşımlarının bu sektörlerde kullanılır hale gelmesiyle yine bu sektörlerin imalat aşamasında karşılaşılan bağlantı elemanlarının kullanımı noktasında delik delme ihtiyacı oldukça artmıştır. Nitekim delik delme işlemi talaşlı imalat sektöründe %33- 40'lık bir bölümü kapsamaktadır. Bu durumda hem çok sayıda hem de seri bir şekilde delik delebilmek önem arz etmektedir. Bu esnada malzemenin yıpranma miktarı ve kesici takımların yorulma ömrü, kullanım ömrü gibi parametreler daha da önemli olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu sebeple bu çalışmada alüminyum alaşıma delik delinmesi işleminde optimum parametrelerin belirlenmesi ve daha sağlıklı ve uzun ömürlü delik delme prosesi geliştirmek amaçlanmıştır. Ayrıca bu çalışmada delik delme deneyleri haricinde yapay zekadan da faydalanılacaktır. YSA (Yapay Sinir Ağları) adı verilen yapay zeka destekli tahmin programı kullanılarak, yürütülen deneylerin güvenilirliği sorgulanacak, aynı zamanda tahmin sonuçlarıyla deney sonuçları da karşılaştırılarak yapay zekanın bu noktada ne kadar verimli çalıştığı görülebilecektir. Bu sayede bundan sonraki çalışmalarda yapay zeka yardımıyla belirli parametreler ile analizler yapılabilecek, belirli bir hata yüzdesi aralığında ne kadar kesme kuvveti ile karşı karşıya kalınabileceği kestirilebilecektir. Dolayısıyla hem malzeme, hem zaman hem de imalat maliyeti açısından avantajlı olunacaktır. Bu çalışmada AA5083 H111 alaşımı ile çalışılmış ve deneylerde 3 parametre belirlenmiş, her bir parametre 3 ayrı seviyeye bölünmüştür. Bu kombinasyonlarla deneyler yürütülmüş olup toplamda 27 adet delik açılmıştır. Deneylerde 3 farklı kesme hızı (80,100,120 m/dk), 3 farklı diş başına ilerleme miktarı (0.06, 0.09, 0.12 mm/diş), 3 farklı soğutma tipi (kuru, hava soğutmalı ve sıvı soğutmalı) olmak üzere 3 parametre ile çalışılmıştır. TiAlN kaplamalı HSSE-Co5 matkap kullanılmıştır. Deneyler Taksan TMC-700 V marka ve model CNC dik işleme merkezi, ESİT AX3 yük hücresi, NI cDAQ-9188 veri toplama ünitesi ve FlexLogger yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Delinen her deliğin Z ekseninde kesici takımı maruz bıraktığı direnç kuvveti dikkate alınmıştır. Yapay zeka tahminleri ise MATLAB paket programının NNTools modülü aracılığıyla yürütülmüştür. Nitekim yapay zeka tahminleri, yapılan 3 farklı deneyde ortalama %3.63 hata oranıyla gerçek deneylere yaklaşmıştır.Yapılan deneyler ve tahminler sonucu görülmüştür ki, çalışılan kesici takım ve malzeme şartlarında optimum parametreler 100 m/dk kesme hızı, 0,06 mm/diş, diş başı ilerleme ve sıvı soğutmalı olarak karşımıza çıkmaktadır.
Farklı geometrideki çukurlu yüzeylerin ısı transferi ve akış özelliklerine etkisinin incelenmesi
Isı aktarımı, sıcaklıkları farklı iki veya daha fazla nesne arasında iletim, taşınım ya da ışınım yoluyla (veya bu yolların birbirleri ile olan birleşimleri yoluyla) gerçekleşen enerji aktarımının incelenmesidir. Taşınımla ısı aktarımı temel olarak moleküllerin kitleler halinde hareketinden kaynaklanır. İki farklı sıcaklıktaki yüzey arasında hareket halindeki akışkan bu hareketi sırasında ısı taşınımını sağlar. İletimle ısı aktarımı ise durgun bir ortamda gerçekleşir. Birbirleriyle temas halindeki moleküllerin kafes yapısındaki titreşimler sayesinde ısı bir sonraki moleküle taşınır. Işınımla ısı aktarımında ise ısı aktarımı için bir ortama ihtiyaç duyulmaz. Birbirini gören yüzeyler arasında sıcaklık farkı olduğu sürece ışınımla ısı aktarımının olduğunu söylemek mümkündür. Bilim ve mühendisliğin birçok alanında, belirli bir sıcaklık farkı olması durumunda, ortama bağlı olarak sıcaklık dağılımının ve ısı geçişinin bulunması önemli bir konudur. Belirli sürede verilen ısı geçişini sağlayacak bir cihazın boyutlandırılması, uygulanmasının yapılıp yapılmayacağını ve kullanışlı olup olmadığının incelenmesi, maliyetinin tahmin edilmesi için kapsamlı bir ısı geçişi analizi yapılmalıdır. Sürekli olarak fosil yakıtların tüketilmesi sonucu enerji talebinin azalmasıyla yenilebilir enerji kaynaklarını kullanmanın yanı sıra enerjiyi verimli kullanmakta oldukça önem taşımaktadır. Enerji verimini arttırmanın en önemli süreçlerinden bir tanesi de ısı transferi gerçekleşen alanlardır. Mühendislikte, bilimde, sanayide ve pek çok alanlarda kullanılan ısı değiştiricilerinde verim artışını da sağlamak için genişletilmiş yüzeylerde ısı transferini arttırma çabaları da en çok kullanılan yöntemlerdendir. Bu çalışmada da dikdörtgen tipli kanalda dairesel ve elips kesit alanına sahip çukurlu yüzeylerin taşınımsal ısı transferine ve sürtünme faktörüne etkisi ele alındı. Elips kesit alanına sahip çukurların etkisini incelemek için 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° ve 90° olmak üzere 7 farklı açı belirlendi. Bahsedilen şekillerin dizilimleri üçgen şeklinde seçildi ve çukurlar arasındaki akışa paralel mesafe 2 farklı değer (21,6mm-24mm) olacak şekilde ele alındı.Derinlik çapa oranı için ise 0,067-0,1-0,2 değerleri hem dairesel hem de elips çukurlarda belirlendi. Bu çukurlu yüzeylerin ısı transferine ve sürtünme faktörüne etkisini incelemek için sayısal çözümlerde Ansys-Fluent programı kullanıldı. Çözüm esnasında dikdörtgen kanal içerisinde akışkan olarak hava kullanıldı. Isı transferine etkisinin incelenmesi için 6 çeşit Reynolds sayısı (10000-60000 değerleri) ele alındı. Belirtilen aralıktaki Reynolds sayılarının herbiri için denk gelen hızlar hesaplandı. Belirlenen 6 çeşit Reynolds sayısının etkisini görmek için çukurların arasındaki akışa paralel mesafe olan 2 farklı SL değerine, hem dairesel hem de elips çukurlarda derinliğin çapa oranı için 3 farklı çap değerine ve 7 farklı açıya göre ayrı ayrı toplamda 252 adet analiz yapıldı. Yapılan analizler sonucunda giriş çıkış basınç değerleri, kütlesel debi miktarı ve giriş çıkış sıcaklık değerleri not edildi. Hava önce 250mm lik bölümden geçerek 298K sıcaklıkta modele girdi. Daha sonra kanalın alt tarafında bulunan dairesel ve elips çukur kombinasyonundan geçti. Modelde çukur kombinasyonunun bulunduğu levha 318K de sabit sıcaklıkta tutuldu. Modelde hava çukurlar vasıtasıyla karşılaştırılarak ısı geçişi aktarılması hedeflendi. Modelden geçen hava model çıkışına geldi. Çukur şeklindeki geometriler, ısı transferinin artmasına ve akışın artmasına neden olan bir tür pürüzlülük oluşturmak için yüzeyde girintili geometriler dizisi olarak tanımlanır. Elmas şekli kullanıldığında optimum performans veren pim kanatlarının aksine en iyi çukur performansı düzenlemeye, çıkıntıların derinliğine ve alan yüzeyinin baskısına göre gerçekleştirilir. Türbülans, bir akışkanın hareket halindeki düzensizliğidir. Akışkanın düzenli katmanlar halinde aktığı laminer akışın aksine türbülanslı akışlar düzensiz biçimde karışarak hareket eder. Akışın hangi rejimde olduğu atalet kuvvetlerinin viskozite kuvvetlerine oranını belirten boyutsuz Reynolds sayısı ile tahmin edilebilir. Örneğin tipik bir boru akışı için Reynolds sayısı 2300 ü geçtikten sonra akış, türbülanslı rejime geçer. Bu çalışmada da Reynolds sayısı için 10000-60000 değer aralığı baz alındı. Kullanılan Reynolds aralığından da görüldüğü üzere türbülanslı akış sistemde gerçekleşti. Türbülans modellerinde en uygun modeli seçmek için en yüksek Reynolds sayısı kullanılarak çözümlemeler yapıldı. Yapılan çözümlemelerin hem Nusselt sayısı için hem de sürtünme faktörü için sağlaması yapıldı. Yapılan sağlamalar sonucunda Reynolds sayısının, Nusselt sayısına, sürtünme faktörüne ve ısı transferine olan etkisi incelendi. Yapılan incelemeler sonucunda tablolar oluşturuldu ve kıyaslamalar yapıldı. Konu ile alakalı kaynak araştırmaları yapıldı ve tezde yer verildi.
Toz metalurjisi ile üretilen gözenekli ısı alıcıların akış kaynama performansının deneysel incelenmesi
Bu tez çalışmasında mikrokanallı ısı alıcıları için gözenekli bakır plakalar üretilmiştir. Üretim sürecinde farklı boyutlara sahip bakır tozları kullanılmış ve toz metalurjisi adımları takip edilmiştir. Sinterleme sıcaklığı, süre, basınç ve toz boyutu arasındaki gözeneklilik seviyesini etkileyen parametrelerin belirlenmesi için Taguchi deneysel tasarım yöntemi kullanılmıştır. Deneylerde 5 µm ve 50 µm boyutunda bakır tozları kullanılmış olup, tozlar kalıpta 50 ve 60 bar olmak üzere iki farklı basınçta sıkıştırılarak 700 ⁰C ve 900 ⁰C sıcaklıklarda 30 ve 60 dakika sinterlenmiştir. L8 ortogonal dizisi, Taguchi yönteminde en yüksek gözenekliliğe sahip yüzey hedeflenerek seçildi. Her tasarım parametresinin gözeneklilik üzerindeki etki oranları varyans analizi (ANOVA) ile belirlendi. Üretilen numunelerin mikroyapısı, termal ve mekanik özellikleri karşılaştırmalı olarak analiz edildi. Bu çalışma, geleneksel toz metalurjisi işlemiyle üretilen dikdörtgen kesitli paralel mikrokanallara sahip ısı alıcılarında akış kaynaması üzerine yeni bir deneysel çalışma sunmaktadır. Mikrokanallı ısı alıcıların boyutları 20 mm x 20 mm' dir. Testlerde kullanılan tüm ısı alıcıların kanal boyutları ve kanal sayıları aynıdır. Kaynama akış testleri, deiyonize su ile 238,2 ve 430,32 kg/m 2 s kütlesel akıda gerçekleştirildi. Akışkan, ısı alıcıya 80°C' de tamamen sıvı olarak girer. Testler sabit ısı akısı koşulları altında gerçekleştirilmiştir ve ısı akıları 46,5 ve 61,5 W/cm 2 'dir. Deneysel çalışmalar, en yüksek gözenekliliğe sahip soğutucudaki ısı taşınım katsayılarının, saf bakır ısı alıcıya göre yüzde 28 ile 33,3 daha yüksek olduğunu göstermiştir. Deneysel ısı taşınım katsayıları artan kütlesel akıyla artar ve artan ısı akısı ve buhar kalitesiyle azalır. Öte yandan gözenekliliği en yüksek olan ısı alıcısının basınç düşümü değerleri saf bakır soğutucuya göre bir buçuk kat daha fazla ölçüldü. Mevcut bağıntı ve literatür verileri ile karşılaştırılarak mikro ölçekte akış kaynaması ve ısı transferi konusundaki bilgiye katkı sağlama amacı gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, elde edilen verilerin, endüstriyel uygulamalardan laboratuvar araştırmalarına kadar geniş bir yelpazede kullanılabilecek kapsamlı bir temel oluşturmasını hedeflenmiştir. Çalışma neticesinde hem akademik hem de endüstriyel bir perspektiften, mikrokanallı ısı alıcıları üzerine yapılan araştırmalara yeni bir bakış açısı getirmek amaçlandı.
Alüminyum 6061 T651 alaşımının delme işleminde kesme parametrelerinin optimizasyonu
Alüminyum ve alaşımları son yüzyılda büyük bir popülerlik kazanmış ve kullanımları hızla artmıştır. Alüminyum, diğer demir esaslı metallere göre çok daha kolay şekil verilebilen, üç kat daha az ağırlığa ve korozyon direncine sahip bir malzemedir. Bu özellikleri nedeniyle kullanım alanları çok çeşitlenmiştir. Bu artan kullanım, alüminyum alaşımları üzerinde çalışmaların artmasına ve alaşım kompozisyonlarının araştırılmasının önünü açmıştır. Delme, tüm işleme işlemleri arasında en yaygın kullanılan yöntemdir ve metal işleme operasyonlarının yaklaşık %25-33'ünü oluşturur. Delme, mekanik bileşenlerin ve yapıların montajında genellikle en iyi seçenek olan çok önemli bir işlemdir. Bu çalışmanın amacı alüminyum 6061 T651 alaşımının delme işlemi sırasındaki kesme parametrelerinin optimize değerlerini tespit etmektir. Kesme parametreleri soğutma yöntemi, ilerleme miktarı ve kesme hızı olarak belirlenmiştir. Kesme hızı olarak (75,95,115) m/dk, ilerleme hızı olarak (0,5/0,7/0,9) mm/diş ve soğutma yöntemi olarak kuru soğutma, hava soğutma, sıvı soğutma seçilmiştir. Deney tasarımı Taguchi L27(3^3) sistemine göre yapılmıştır. Deneyde 8 mm çapında HSSE-Co5 yüksek hız çeliğinden yapılmış matkap kullanılmıştır. Deneyler TAKSAN TMC-700V dik işleme merkezinde yapılmıştır. NI xDAQ-9188 veri toplama ünitesinden alınan veriler FlexLogger yazılımı ile işlenmiştir. Alınan verilerdeki gereksiz gürültüler excel yazılında üstel düzeltme yöntemi uygulanarak minimize edilmiştir. Minitab 19 programı ile elde edilen veriler işlenerek varyans analizleri, regresyon analizleri ve Taguchi optimizasyonları yapılmıştır. En optimize değeri bulabilmek için ise yanıt yüzey metodu yöntemi kullanılmıştır. Varyans analizi sonuçları incelendiğinde kesme hızı parametresinin kesme kuvveti üzerindeki etkisi %38,8'dir. Bu değer parametreler arasındaki en etkili değerdir. Diş başı ilerleme miktarının etki oranı %28,57, soğutma yönteminin etki oranı ise %24,46 olarak tespit edilmiştir. Varyans analizi sonuçlarına göre hata etki oranı %8,19'dur. Bu çalışmanın sonucunda farklı soğutma yöntemleri ile yapılan deneylerde; kesme hızı parametresinin optimize edilmiş değeri 75 m/dk olarak, diş başı ilerleme miktarı optimize edilmiş değeri 0,05 mm/diş, soğutma yönteminin optimize edilmiş değeri ise sıvı soğutma olduğu yanıt yüzey yöntemi ile belirlenmiştir.
Globoid dişli sistemleri için alternatif dişli malzemelerinin belirlenmesi ve incelenmesi
Globoid teknolojisi, dünya çapında kullanılan yüksek teknoloji sınıfındaki üç farklı dişli teknolojisi harmonic, cycloid, globoid arasında en gelişmiş ve en zor olanıdır. Diğer dişli sistemlerinin aksine globoidin giriş ve çıkış milleri birbirine tam 90 derece açıyla durur. Bu sayede globoid dişli teknolojisi, 90 derece açıyla çalışması gereken yüksek teknoloji uygulamalarında tek çözüm olmaktadır. Bu çalışma kapsamında savunma sanayinde oldukça fazla kullanılan globoid dişli-vida setinde dişli malzemesi için alternatif bir malzeme aranmaktadır. Alternatif malzeme aramamızdaki amaç malzemenin ekonomik yönden istenilen maliyetleri ve kırılma tokluğu olarak istenilen aralığı sağlayacak malzemeyi seçmektir. Her malzeme için spektrometre raporu alınacak ve alternatif malzemeler oluşturulacaktır. Bu kapsamda 3 farklı türde 6 adet malzeme belirlenmiştir. Bunlar bronz alaşımlarından alüminyum bronz, fosfor bronzu; çelik alaşımlarından 8620, 4140, 1050; Kestamid türünden ise kestlub olarak belirlenmiştir. Farklı türde malzemelerin denenmesindeki amaç ise globoid dişli setinden oluşturulan redüktörlerin küçük hacim, düşük ağırlık ve yerine göre düşük devirlerde kullanılmak istenmesidir. Tez kapsamında belirlenen deney düzenekleri ve deney numune sayısı ise şu şekildedir: Her malzeme için minimum 3 adet olacak şekilde çekme, sertlik ve V çentik darbe deney numunesi, 6 malzemeden 1'er adet 2 inç dişli ve 1'er adet karşılık vidası olacak şekildedir. Numunelerin boyutları ve şekilleri ASTM E8 referans alınarak belirlenmiş ancak standartta deney cihazının yapısına göre değiştirilebileceği belirtilen noktalar, deneyi yapacak olan akademisyen tarafından belirlenmiştir. Mevcut olarak kullanılan bronz alaşımlarının küçük boyutlarında tedarik imkanı oldukça zor olduğu için sertlik testleri dişli üzerindeki fatura yüzeyi üzerinden yapılmıştır. Deneyin asıl amaçlarından biri ise dişliyi karşılık vidasından tahrik ederek kırmaya çalışmaktır. Bu sebeple üretilen setler kırılma testi için standart bir gövde içine alınarak incelenecek ve ardından grafikler ile karşılaştırmalar yapılacaktır. Grafiklerin karşılaştırmalarından çıkan sonuçlar dikkate alınarak kullanım koşullarına göre dişli ve vida için en uygun malzemeler belirlenecektir. Buna göre, her koşul için tek bir malzeme cinsi kullanılması yerine; kullanım koşullarına göre en uygun malzeme belirlenmiş olacaktır. Bu sayede maliyet ve tedarik süreleri de optimize edilmiş olacaktır. Globoid dişli sistemleri üzerine faaliyet gösteren firma; AGMA 6135 A02 göre üretim yapmakta ve buna göre malzeme seçimlerini yapmaktadır. TSEK belgesi için çalışmalarını sürdürmekte ve buna yönelik olarak malzeme seçimleri için kendi standartlarını belirlemek istemektedir. Bu bağlamda malzeme seçimi kriterleri, tarafımca yapılmış olan deneylere göre belirlenecektir. Malzemelerin tedariği ve üretimi firma bünyesinde gerçekleştirilmiş, mevcut deneyler Sakarya Üniversitesi laboratuvarlarında yapılmıştır.
Farklı amortisör kuvvetleri için amortisör iç ve dış sıcaklıklarının termal matematiksel modelinin tasarımı ve 1D termal analiz incelemesi
Bu tez çalışmasında, farklı sönümleme kuvvetleri altında çalışan ve HRS (Hydraulic Rebound Stop) sistemi içeren bir amortisörde, amortisörün iç kısmındaki hidrolik yağ ile dış tüp üzerindeki sıcaklık dağılımının zamana bağlı olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda hem deneysel çalışmalar hem de termal matematiksel modelleme yaklaşımları birlikte ele alınmıştır. Ayrıca geliştirilen matematiksel modelin doğrulanması amacıyla SimCenter Amesim yazılımı kullanılarak 1D termal analizler gerçekleştirilmiştir. Amortisörler, özellikle ömür testleri sırasında uzun süreli ve sürekli çalışmaya maruz kalmaktadır. Bu durum, amortisör içerisinde enerji kayıplarından kaynaklı olarak hidrolik yağ sıcaklığının artmasına neden olmaktadır. Hidrolik yağ sıcaklığındaki bu artış, amortisörün en kritik bileşenlerinden biri olan keçe üzerinde doğrudan etki göstermektedir. Keçenin sıcaklığa bağlı olarak sahip olduğu teknik sınır değerlerin aşılması durumunda, malzeme özelliklerinde bozulma meydana gelmekte, deformasyon oluşmakta ve sonuç olarak yağ kaçağı riski ortaya çıkmaktadır. Bu tür arızalar hem testlerin süresini uzatmakta hem de test maliyetlerinin artmasına yol açmaktadır. Bu olumsuz etkilerin önlenebilmesi amacıyla, ömür testleri sırasında amortisör dış yüzeyine bir su ceketi monte edilerek aktif bir soğutma sistemi uygulanmaktadır. Amortisörün dış tüpüne yerleştirilen sıcaklık sensörleri yardımıyla belirlenen üst ve alt sıcaklık limitleri doğrultusunda test süreci kontrol edilmektedir. Standart amortisörlerde bu sıcaklık sınırları belirli prosedürlere göre tanımlanmışken, HRS sistemi içeren amortisörlerde bu değerler çoğunlukla deneme-yanılma yöntemi ile belirlenmektedir. Bu yaklaşım, test sürelerinin uzamasına ve test maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Bu tez çalışmasının temel amacı, HRS sistemi içeren bir amortisörde hidrolik yağ sıcaklığı ile dış tüp sıcaklığı arasındaki ilişkiyi zamana bağlı olarak tanımlayabilen bir termal model geliştirmektir. Bu doğrultuda, öncelikle amortisörün termal davranışını tanımlayan temel fiziksel prensipler ele alınmış ve ilgili ısıl direnç denklemler oluşturulmuştur. Ardından, sistemin termal analizinde açık sayısal çözüm yöntemi kullanılarak sıcaklık dağılımları hesaplanmıştır. Modelleme sürecinde piston çubuğu, hidrolik yağ, kılıf, silindir tüpü, rezerve ve dış boru gibi temel bileşenler ayrı ayrı ele alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, amortisörün farklı darbe kuvvetlerine maruz kalması durumunda iç ve dış sıcaklıklarda belirgin değişimler meydana geldiğini göstermektedir. Özellikle HRS sisteminin bir alt komponenti olan kontrol halkasının yapısı ve valf sisteminin yapısı, hidrolik yağ sıcaklığındaki artışa neden olduğu ve yağın termal özelliklerinin de hidrolik yağ sıcaklığında etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Bu çalışma, amortisör tasarımında termal yönetimin önemini ortaya koymakta ve gelecekte yapılacak tasarım iyileştirmeleri ile test optimizasyonu çalışmaları için önemli bir altyapı sunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Amortisör, Termal Matematiksel Model, 1D Analiz, Isı Transferi, Sayısal Analiz