4,795
Archived Theses
7
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Latis malzemelerin enerji emme ve ezilme davranışlarının statik ve dinamik yüklemeler altında incelenmesi
Latis malzemeler, yoğun katılara kıyasla, hafiflik, yüksek mukavemet ve yüksek enerji emme kapasitesi gibi bir dizi üstün özelliklere sahiptir. Bu üstün özelliklerinden dolayı latis malzemeler makine, inşaat, havacılık, uzay, otomotiv, biyomedikal ve kişisel koruyucu ekipmanlar dâhil olmak üzere çeşitli endüstrilerde yapısal bileşenler olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Eklemeli imalat teknolojilerinde son yıllarda yaşanan ilerlemeler, geleneksel üretim metotları ile üretilemeyen geometriye sahip latis malzemelerin üretilebilir hale gelmesini mümkün kılmıştır. Bununla birlikte, teknolojinin gelişmesiyle daha yüksek enerji emme kapasitesine sahip malzemelere olan ihtiyaçların artması, farklı birim hücre geometrilerine sahip latis malzemelerin enerji emme ve ezilme davranışlarının incelenmesini önemli bir araştırma konusu haline getirmiştir. Ancak, bu tür malzemeler üzerine yapılan çalışmalar, günden güne artmakla birlikte, genellikle Altıgen ve diğer klasik latis malzemelerle sınırlıdır. Bu çalışmada, üstün mekanik özelliklere sahip, Karma Altıgen-2 Üçgen, Hiyerarşik-3 Üçgen, Değiştirilmiş Kagome-I, Değiştirilmiş Kagome-II ve Değiştirilmiş Kagome-III adında beş yeni izotropik latis malzemenin (C Tekoğlu. Truss-lattice materials consisting of mixed polygons, 2023. World Intellectual Property Organization, Başvuru numarası:PCT/TR2022/051154.) düzlem içi enerji emme ve ezilme davranışları sonlu elemanlar analizleri ile incelenmiştir. Sonuçlar, Altıgen ve Üçgen-Üçgen latislere ait analizlerle karşılaştırılmıştır. Latislerin ezilme davranışları gözlemlenerek yükleme hızına göre 3 farklı deformasyon modu tanımlanmıştır: sanki statik, geçiş ve dinamik mod. Enerji emme ve ezilme davranışları, literatürde sıklıkla kullanılan beş farklı metrik kullanılarak karşılaştırılmıştır: yoğunlaşma birim şekil değiştirmesi, tepe çarpışma gerilmesi, ortalama plato gerilmesi, toplam enerji emilimi ve ideallik parametresi. Sanki statik ve geçiş modlarında Üçgen-Üçgen latis ile birlikte Değiştirilmiş Kagome-II latis yapısı en düşük enerji emme kapasitesine sahiptirler. Karma Altıgen-2 Üçgen, Hiyerarşik-3 Üçgen, Değiştirilmiş Kagome-I ve Değiştirilmiş Kagome-III latis yapıları, Altıgen latise kıyasla sanki statik modda sırasıyla, %19.6, %20.2, %19 ve %27, geçiş modunda ise sırasıyla, %17, %11.6, %10.8 ve %29.5 daha yüksek enerji emme kapasitesi sergilemiştir. Dinamik modda ise Altıgen latis en düşük enerji emme kapasitesine sahiptir. Karma Altıgen-2 Üçgen, Hiyerarşik-3 Üçgen, Üçgen- Üçgen, Değiştirilmiş Kagome-I, Değiştirilmiş Kagome-II ve Değiştirilmiş Kagome-III latis yapıları dinamik modda sırasıyla, Altıgen latise kıyasla, %22.5, %5, %5.1, %9.9, %10.8 ve %26.1 daha yüksek enerji emme kapasitelerine sahiptir. Tüm deformasyon modlarında en yüksek enerji emme kapasitesine sahip latis Değiştirilmiş Kagome-III'tür. İdeallik parametresi açısından ise Hiyerarşik-3 Üçgen latis yapısı ideal bir enerji emiciye en yakın davranışı sergilemiştir. Bu çalışma, tez kapsamında incelenen latislerin enerji emme ve ezilme uygulamalarında sıklıkla kullanılan Altıgen ve diğer klasik latis malzemelere önemli rakipler olduklarını açıkça ortaya koymaktadır.
Biyo ilhamlı hibrit bir enerji sönümleyici profilin enerji sönümleme performansının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Biyo ilhamlı yapılar sahip oldukları yüksek mukavemet ve hafiflikten dolayı otomotiv, savunma, uzay ve havacılık ve biyomedikal gibi birçok endüstriyel sektörde kullanılmaktadır. Son yıllarda üç boyutlu baskı ile üretim ve simülasyon teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte biyo ilhamlı yapılar enerji sönümleyici profiller olarak kullanılmaya başlanmıştır. Hurma ağacının (Lat. Phoenix dactylifera) gövdesinin kesitinden esinlenilerek elde edilen spiral parça, içi boş aluminyum tüpün içerisine eklenerek biyo ilhamlı hibrit bir enerji sönümleyici profil elde edilmiştir. Bu biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin enerji sönümleme performansı deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. ANSYS LS-DYNA kullanılarak oluşturulan benzetim modelleri, eksenel ezilme testleriyle doğrulanmıştır. Üç farklı tasarım değişkenine (spiral devri, et kalınlığı ve hücre sayısı) sahip biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin enerji sönümleme performansını arttırmak için Yanıt Yüzey Metodu ve Kriging vekil modelleri oluşturularak tasarım eniyilemesi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Başlangıç tasarımındaki biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin, içi boş aluminyum profile göre özgül enerji sönümleme kapasitesinin (SEA) ve ezilme kuvveti verimliliğinin (CFE) sırasıyla %17,2 ve %4,6 daha yüksek çıktığı saptanmıştır. Eniyileştirilmiş biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin, başlangıç tasarımına göre SEA ve tepe kuvvetinin sırasıyla %32,9 ve %47,6 oranında düştüğü fakat CFE'nin %37 oranında arttığı saptanmıştır. Ek olarak, eniyileştirilmiş biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin SEA'sı, içi boş aluminyum tüpe göre %21,3 oranında düşüş yaşarken, CFE'nin ise %43,3 oranında artış yaşadığı saptanmıştır.
Bal peteği dolgulu hibrit yapıların enerji sönümleme kapasitelerinin incelenmesi ve optimizasyonu
Enerji sönümleyici yapılar birçok sektörde kullanılan önemli bir yapısal elemandır. Otomotiv sektöründe enerji sönümleyici yapıların araç içerisinde bulunan sürücü ve yolcuların güvenliğini sağlamaktadır. Önden çarpışma durumlarında çarpışma kutuları ortaya çıkan enerjiyi sönümlemekle görevlidir. Çarpışma kutularının hafif ve yüksek mukavemete sahip olmaları beklenmektedir. Bu tez çalışmasında bal peteği dolgulu hibrit enerji sönümleyici yapıların çarpışma performansı nümerik olarak belirlenecektir. Deney tasarımında farklı geometrik ve yapısal seviyeler bulunduğu için Taguchi deney tasarımı kullanılmıştır. 36 Deney tasarımı sonucunda çok kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan TOPSIS yöntemi kullanılarak en uygun tasarıma ulaşılması hedeflenmektedir. Analiz modellerinde kullanılacak malzeme kartları literatür doğrulaması ile hazırlanmıştır. Analiz modelinde çok fazla kontak ve eleman bulunması analiz çözüm sürecini oldukça uzatmaktaydı. Bu sorunun çözülebilmesi için ağırlık ölçeklendirme çalışması gerçekleştirilmiştir. %10 Ağırlık arttırması analiz süresini yarıya düşürmüştür. Uygun analiz modeli Python programlama dili kullanılarak geliştirilen TOPSIS kodu ile elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde en yüksek enerji sönümleme kapasitesine sahip modelin TOPSIS puanı en yüksek olmaktadır. En yüksek puana sahip model boş alüminyum tüpe göre %22 daha fazla enerji sönümleme kapasitesine sahip olmaktadır. En yüksek TOPSIS puanına sahip modeller incelendiğinde dış tüp malzemesinin karbon fiber destekli kompozit tüp olduğu gözlemlenmiştir. En düşük puana sahip modellerde ise dış tüp ve iç tüp kalınlığının 1 mm ve iç dolgunun dolu olduğu modeller olduğu gözlemlenmiştir. En düşük tepe ezilme değerine sahip modellerde dış tüp malzemesinin alüminyum olduğu, dış dolgunun dolu, dış tüp çapının 80 mm ve dış tüp kalınlığının 1 mm olduğu gözlemlenmiştir.
Sıvı yakıtlı roket motorlarında kullanılan körüklü mafsalın tasarımı ve eniyilemesi
Körüklü mafsallar hidrolik hatlarda, inşaatlarda ve nükleer istasyonlar gibi çeşitli alanlarda akıştan ve dış kuvvetlerden kaynaklanan enerjiyi sönümlemek, hatlara esneklik sağlamak ve bu sayede akış hatlarında çatlama, bozulma gibi hasarların önüne geçmek amacıyla sıklıkla kullanılan parçalardır. Eksenel, yanal ve açısal hareketlere imkân sağlayan körüklü mafsallar eksenel tipli, gimbal tipli, menteşe tipli vb türde kullanılmaktadır. Sıvı yakıtlı roket motorlarında itki vektör kontrolüne yardımcı olan körüklü mafsallar füzenin yapacağı yönelme hareketleri sırasında hidrolik hatların hasar görmesine engel olurlar. Roket motorlarında hatlara bu esnekliği sağlarken sıvı motor lülesini hareket ettiren lineer eyleyicilere karşı ilave kuvvet oluştururlar. Oluşan bu ilave kuvvet daha büyük eyleyicilere ihtiyaç duyulmasına dolayısıyla daha fazla ağırlığa ve hacim zarfına sebep olmaktadır. Literatürde basınç altında çalışan körüklü mafsalların yorulma ve basınca karşı dayanım çalışmaları sıkça çalışılan konulardandır. Hareket sırasında oluşan eğilme momenti ve hareket kaynaklı dayanım çalışmaları ise nadir olarak çalışılan ve incelenmesi zor konulardandır. Bu çalışmada iç basınç altında çalışan körüklerin tasarımı lüle hareketine olanak sağlayacak olan eyleyicilere aktarılacak kuvveti yani körüklü mafsalın bu hareketten kaynaklanan eğilme momentini minimize edecek şekilde yapılmıştır. Yapılan eniyileme çalışması sonucunda, tez konusu körüklü mafsal için gerilme kısıtları ihlal edilmeksizin (yani körüklü mafsalın yapısal bütünlüğü tehlikeye atılmaksızın) eğilme momentinin %75 gibi önemli bir oranda düşürülebildiği görülmüştür. Eniyileme çalışmalarının ardından elde edilen tasarım parametreleriyle hesaplanan analitik sonuçlar sonlu elemanlar yöntemleri ile karşılaştırılmıştır. Sonlu elemanlar yönteminde basınç ve hareket analizleri için ayrı yöntemler ve sınır koşulları kullanılmış modeller ayrı ayrı incelenmiştir.
Doğrudan mürekkeple katmanlı imalat yöntemi kullanılarak kompozit malzemelerin üretilmesi ve mekanik özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi
daha sonra doldurulacaktır
Dijital ikiz çatıyapısı altında yapısal kirişlerin fizik bilgili sinir ağları ile dinamik modellenmesi
Dijital İkiz (DT)'ler birçok alanda olduğu gibi yapısal parçaların çalışma anında maruz kaldıkları yüklere göre durum takibini yapmak için de kullanılmaktadır. Fiziksel ürünün dijital kopyasının oluşturulması aşamasında ise Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) sıklıkla görev almaktadır. FEM uygulamalarında parça geometrisinin kompleksliği ve mesh detayları önemli olmakla beraber analiz sürelerini ve dolayısıyla DT oluşum süresini etkilemektedir. Doğruluğu yüksek ve gecikme süresi düşük bir dijital kopya oluşturulması aşamasında, birçok alanda kendisine yer bulan Yapay Zeka (AI)'dan faylanmak mümkündür. Bu çalışmada, yapısal kirişlerin DT'lerinin oluşturulması sırasında, içinde barındırdığı probleme ait Kısmi Diferansiyel Denklem (PDE)'lerden faydalanan, daha az veriyle yüksek doğruluklu modellemeler yapabilen Fizik Bilgili Sinir Ağları (PINN) yapısı ve bu yapının kullanıldığı bir DT çatıyasıpı önerilmektedir. Çalışmalar sırasında probleme ait analitik denklemler yardımıyla sentetik veriler üretilmiştir. Daha sonra üretilen veriler, PINN modeline beslenerek ileri problem çözülmüş ve ters problem çözümüyle de sistem parametreleri tahmin edilmiştir. Yüksek frekanslı öğrenmede spektral yanlılık (bias) fenomeni ile başa çıkmak için Neural Tangent Kernel (NTK) ile kendinden uyarlamalı ağırlık güncellemesi metodu uygulanmıştır. PINN tahminleri, geliştirilen yöntemin doğruluğunu kanıtlamak için Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) çıktıları ile karşılaştırılmıştır. Sentetik verilerle yapılan çalışmalar sonrasında, deney düzeneğinden toplanan gerçek veriler ile de bir çalışma yapılmış ve PINN'lerin doğrusal olmayan yüksek dereceli PDE'lerin
Yüksek kavrama oranına sahip düz dişli çiftlerinin uç-kökgirişim analizi ve yük taşıma kapasitesinin belirlenmesi
Yüksek kavrama oranına (YKO) sahip düz dişli çiftleri, yük taşıma kapasitesinin standart kavrama oranlı (SKO) dişlilere nazaran daha yüksek olmasına ihtiyaç duyulan durumlarda kullanılmaktadır. YKO dişlilerinin diş yapıları standart dişlilere oranla daha uzun ve incedir. Bu durum, çalışma esnasında dişliler arasında uç girişimi oluşma riskini artırmaktadır. Bu sebepten dolayı, diş üstü çapı katsayısı, diş dibi katsayısı, merkezler arası çalışma mesafesi ve basınç açısı gibi parametreler için kısıtlamalar tayin edilerek uygun değer aralıkları seçilmelidir. Tez çalışması kapsamında, SKO geometrisine sahip dişli çiftlerinin farklı senaryolar dahilinde YKO geometrisine çevrimi gerçekleştirilmiştir. Bu işlem için Matlab yazılımı ile bir kod geliştirilerek uç-kök girişimi ve diş üstü kalınlığı gibi geometrik kısıtlamalar uygulanmıştır. Geliştirilen kod, gerekli isterler girilerek SKO ve YKO dişli profilleri oluşturabilmekte, SKO'dan YKO'ya çevrim için tüm geometrik alternatifleri belirleyebilmekte ve yük taşıma açısından en uygun YKO dişli çiftini sunabilmektedir. Dişli profillerinin tasarım süreci boyunca AGMA-913-A98, AGMA-908-B89 ve AGMA-2001-D04 standartları referans olarak kullanılmıştır. SKO'dan YKO'ya çevrilen dişli geometrileri endüstride yaygın olarak kullanılan KissSoft yazılımı ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Ayrıca, SKO'dan YKO'ya çevrilen dişli çiftleri için diş dibi gerilim hesabı yapılarak, alternatifler arasından en fazla yük taşıyabilecek YKO dişli çifti belirlenmiştir. Bu sayede, SKO'dan YKO'ya çevrim yapılarak ne kadar yük avantajı sağlandığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, YKO dişli çiftleri SKO dişli çiftleri ile kıyaslandığında yaklaşık olarak %32'ye kadar daha fazla yük taşıma kapasitesi sağlayabilmektedir.
Titanyum alaşımına uygulanan bilyalı sertleştirme işlemi parametrelerinin sayısal yöntemler ile incelenmesi
Metal eklemeli imalat teknolojisi son yıllarda önemli bir gelişme göstermiş ve imalat sanayinde yeni bir devrim yaratmıştır. Bu teknoloji sayesinde, geleneksel yöntemlerle üretilmesi zor ve maliyetli olan parçaların üretimi kolaylaşmış ve aynı zamanda karmaşık geometriye sahip, topoloji optimizasyonundan dolayı açık gözenekleri bulunan parçaların üretimi mümkün hale gelmiştir. Bu avantajlar, özellikle havacılık ve biyomedikal endüstrilerinde, yüksek dayanımlı titanyum alaşımları gibi zorlu uygulamalarda büyük bir önem taşımaktadır. Elektron demeti ile ergitme (EDE) ve lazer demeti ile ergitme (LDE) gibi metal katkılı üretim teknolojileri, bu alanda en çok kullanılan ve hızla gelişen teknolojiler arasındadır. Ancak, eklemeli imalat teknolojisiyle üretilen parçalarının düşük yüzey kalitesi ve iç yapı kusurlarının daha fazla bulunması sebebiyle, yorulma ömrünün geleneksel yöntemlerle üretilen işparçalarına göre daha düşük olması önemli bir sorun teşkil etmektedir. Bu nedenle, eklemeli imalat yöntemleriyle üretilen Ti-6Al-4V gibi yüksek dayanımlı titanyum alaşımlarının yorulma özelliklerinin iyileştirilmesi için bilyalı sertleştirme işlemi uygulanmaktadır. Bilyalı sertleştirme işleminin etkin bir şekilde uygulanabilmesinde optimum işlem parametrelerinin belirlenmesi sonuçların öngörülebilirliği açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, farklı imalat yöntemleri ile üretilmiş titanyum metali ve Ti-6Al-4V alaşımına uygulanan bilyalı sertleştirme işlemi ile oluşan kalınlı gerilmeleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Tek bilya atışından oluşan bir sonlu elemanlar modeli oluşturularak, bilyalı sertleştirme işleminin bilya hızı, bilya çapı ve bilya atış açısı olmak üzere farklı parametreleri ile işparçasının kalıntı gerilmesi profili arasındaki ilişki analiz edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, Ti-6Al-4V alaşımında titanyum malzemesi ile aynı kalıntı gerilmeleri elde etmek için daha düşük bilya hızı kullanmanın yeterli olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, EDE yöntemi ile üretilen Ti-6Al-4V alaşımının geleneksel yöntemler ile üretilen Ti-6Al-4V alaşımı ile bilyalı sertleştirme işlemi sonrasında normalize kalıntı gerilmesinde aynı artışı elde edebilmek için bilya çapınının 1 mm yerine 2 mm kullanılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca, Ti-6Al-4V alaşımı geleneksel yöntemler ile veya EDE yöntemi ile üretildiğinde, basma yönündeki maksimum kalıntı gerilmesini aynı oranda arttırmak için bilya hızını 50 m/s'den 125 m/s'ye, titanyum malzemesinde ise kalıntı gerilmesi üzerinde aynı artışı sağlamak için bilya hızını 50 m/s'den 75 m/s'ye çıkartmak gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada, geleneksel üretim yöntemleri ile ve metal eklemeli imalat teknolojisiyle üretilen Ti-6Al-4V alaşımı ile titanyum malzemesinin yorulma ömrünü istenen ölçüde iyileştirebilecek bilyalı sertleştirme işlemi parametrelerinin belirlenmesini amaçlayan araştırmalar için temel oluşturmaktadır. Ek olarak, bu çalışmada sunulan bulgular, havacılık ve biyomedikal endüstrilerinde yüksek dayanımlı parçaların tasarımında ve üretiminde kullanılabilir. Ayrıca, temel parametrelerin ve hassas modelleme tekniklerinin uygulanması yoluyla tasarlanan bilyalı sertleştirme işleminin daha verimli bir şekilde uygulanmasına olanak sağlar ve verimliliğin arttırılmasını sağlar.
Cıvatalı flanş bağlantıları olan montajlı rotor modüllerindeçoklu vekil modeller kullanılarak yapısal bütünlüğündoğrulanması
Cıvatalı flanş bağlantı yapıları, uçak motorlarının montajında kritik bir rol oynar. Bu yapılar, motorun sabit ve hareketli parçalarını bir araya getirerek, motorun güvenli ve etkili bir şekilde çalışmasını sağlar. Tasarım sürecinin ilk aşamalarında, flanşların boyutları, cıvataların sayısı ve boyutları, ve bunların yerleşim düzeni gibi çeşitli tasarım parametreleri göz önünde bulundurulur. Bu parametrelerin seçimi, motorun yapısal bütünlüğünü sağlayacak şekilde yapılır. Yapısal bütünlüğü garantilemek ve en uygun tasarımı belirlemek amacıyla, sonlu elemanlar analizi kullanılarak kapsamlı simülasyonlar yapılır. Motorun çalışması sırasında, montajlı rotor grubu çeşitli ısıl ve mekanik yüklere maruz kalır. Bu yüklerin her biri, rotor grubunun yapısal bütünlüğünü etkileyebilir. Dolayısıyla, her bir yükleme durumunda rotor grubunun bu bütünlük kriterlerini karşıladığından emin olunması gerekir. Bu kriterler, gerilmeler, cıvataların ön yükleme kuvvetleri ve temas noktalarının durumu gibi ölçütleri içerir. Tasarım süreci, çok sayıda değişkenin göz önünde bulundurulması gerektiğinden, karmaşık ve zaman alıcı olabilir. Bu nedenle, tasarım sürecinin etkinliğini artırmak ve yeni tasarım yaklaşımları geliştirmek için çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bu çalışmada, NASA'nın E3 Yüksek Basınçlı Türbin Test Donanımı için yapılan detay tasarım raporunda açıklanan gibi, cıvatalı flanş bağlantı tasarımının optimizasyonu için çoklu vekil modelleme yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem, tasarım sürecini hızlandırmanın yanı sıra, daha doğru ve etkili sonuçlar elde etmeyi amaçlar. Çalışma, E3 türbin modülü benzeri bir rotor grubu üzerinde yapılmış ve her bir flanş için ayrı sonlu elemanlar modelleri geliştirilmiştir. Tasarım parametreleri, vekil modeller için girdi olarak kullanılmış ve bu modeller, Latin Hiperküp Örnekleme (LHÖ) ve Genetik Birleştirme Yanıt Yüzeyi (GARS) metotları ile oluşturulmuştur. Optimizasyon için Çok Amaçlı Genetik Algoritma (MOGA) kullanılarak optimum tasarımlar elde edilmiştir. Elde edilen tasarımlar, rotor modülüne beslenmiş ve rotor modülünün bir bütün olarak sonlu elemanlar modeli kurulmuştur. Rotor modülünün flanş bölgeleri için elde edilen gerilme ve tepki kuvveti değerleri %0.1 mertebesinde bir fark ile, vekil modellerin optimizasyonundan alınan sonuçlar ile örtüşmektedir. Optimize edilen birinci flanş bölgesinde başlangıç durumuna göre kütle olarak %3.27 seviyesinde artış olsa da, başlangıç durumundaki flanş bölgesi konfigürasyonunda tork transferinin eksiksiz sağlanabilmesi için beşinci yükleme adımında istenen minimum flanş tepki kuvveti sağlanamamaktadır. Gerilmeler ise başlangıç durumuna göre birinci flanşta bulunan üç adet delikte sırasıyla %5.10, %3.03, ve %1.75 seviyelerinde iyileşmeler sağlanmıştır. İkinci flanş bölgesi için %2.97 seviyesinde kütle artışı ve ikinci flanşta ortada delik bölgesinde ise gerilmelerde %1.94 seviyesinde kötüleşme olmuştur. İkinci flanş bölgesinin başlangıç konfigürasyonu da benzer şekilde gereken flanş tepki kuvvetini verememektedir. Üçüncü flanş bölgesi için ise ilgili tasarım raporunda tanımlanan kriterler daha esnek olduğu için optimizasyon çalışmaları sonucunda kütlede %13.66 seviyesinde hafifleme, flanş deliklerinde gerilmelerde ise sırasıyla %15.60, %5.12, ve %4.89 seviyesinde iyileşmeler gözlemlenmiştir. Sonuçlar, montajlı rotor gruplarının flanşlı bağlantı tasarımlarında çoklu vekil modellerin kullanımı sayesinde doğruluk seviyesini kaybetmeden kısa sürelerde hassasiyet analizlerinin yapılabilmesinin ve yapısal bütünlük kriterlerini sağlayan optimum tasarımların elde edilmesinin mümkün olduğunu göstermektedir.
Kompozit kanat yapıları üzerinde tamir modellemesi ve sonlu elemanlar analizi
Karbon fiber takviyeli polimerler (CFRP), havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler yüksek mukavemet/ağırlık oranı, yorulma direnci, hafiflik ve korozyon direnci gibi özelliklere sahiptirler. Ancak, bu kompozit yapıların önemli bir dezavantajı, düşük darbe tokluğundan kaynaklanan hasara duyarlı olmalarıdır. Bu tür bir hasar meydana geldiğinde, yapının tamir veya değiştirme gerektirebileceği bilinmektedir. Kompozit yapıların tamir tasarımları, mukavemet onarımını sağlayabilir ve aerodinamik açıdan düzgün yüzeyler oluşturarak hasarlı parçanın nispeten daha maliyet etkin bir şekilde onarılmasına olanak tanır. Bu nedenle, tabakaların oryantasyonu, kalınlığı, şekli, ekstra tabaka sayısı, tamir bölgesinin büyüklüğü gibi parametreler gereksinimlere uygun olarak seçilmelidir. Bu tez çalışması kapsamında, tam ölçekli bir kabuk yapısındaki kompozit kanat üzerinde tamir tasarımları modellenmiş ve gerçekçi yüklenme koşulları altında yapının yapısal bütünlüğü değerlendirilmiştir. Tamir modellemesi ve analizleri kompozit yapı üzerinde kabuk metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kabuk metodunun doğrulanması amacıyla numune seviyesinde ASTM-3039D standartlarına uygun çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Numune seviyesinde gerçekleştirilen testlerden elde edilen sonuçlar ve yapısal analiz sonuçlarını doğrulamıştır. Yapısal analizler, ABAQUS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının devamında, NACA kanat profillerine dayalı olarak geliştirilen ve belirlenen gereksinimlere uygun olarak tasarlanmış yeni bir kanat modelinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan kanat profili üzerinde 0°-5°-10°-15°-20°-25°-30° değerlerindeki hücum açıları düşünülerek HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD analizlerinden en kritik hücum açısında elde edilen basınç değerleri, yapısal analizlerde kullanılmak üzere yük dağılımı fonksiyonu kullanılarak belirlenmiştir. Aerodinamik kuvvetlere ek olarak yer çekimi, mühimmat ağırlığı ve yakıt ağırlığı gibi kuvvetler, tam ölçekli kanat modeline sınır şartı olarak uygulanmıştır. Çeşitli tamir senaryoları belirlenmiş ve tam ölçekli kanat kabuk yapısındaki en kritik bölgede tamirlerin yapısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Belirlenen bölgede uygulanan tamir senaryoları Hashin metodunu kullanılarak gerinim değerleri ile kıyaslanmış ve tamir çalışmaları doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, yapıdaki hasarlı bölge sayısı, hasarlı tabaka sayısı, tamir bölgesine serimi uygulanan ekstra tabaka sayısı ve oryantasyonu, tamir tasarımının şekli gibi faktörlerin yapının yük taşıma kapasitesini ve yük yolunu etkilediğini göstermiştir. Gerçekleştirilen sayısal analiz çalışmaları, kabuk yöntemi ile tamir modellemesinin isabetli sonuçlar sağladığını göstermiştir ve olası hasar durumlarında izlenilmesi gereken yöntem hakkında önemli bilgiler sunmuştur.
Silindirik gövdeleri birleştirmede kullanılan cıvataların sayısının, boyutunun ve flanş geometrisinin eniyilemesi için tasarım aracı oluşturulması ve analizle doğrulaması
Bu tez, silindirik gövdelerin birleştirilmesinde kullanılan cıvataların sayısını, boyutunu ve flanş geometrisini optimize etmek için özel olarak tasarlanmış yeni bir tasarım aracının geliştirilmesini ve analitik doğrulamasını sunmaktadır. Cıvatalar, özellikle yük dağılımı, stres konsantrasyonu ve genel stabilite gibi faktörlerin çok önemli olduğu silindirik gövde montajlarında yapısal bütünlükte kritik bir rol oynamaktadır. Bununla birlikte, cıvataların optimum konfigürasyonu, malzeme özellikleri, geometrik kısıtlamalar ve mekanik gereksinimler dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilenen çok yönlü bir sorundur. Araştırma, cıvatalı bağlantı tasarımında kullanılan mevcut metodolojilerin ve araçların kapsamlı bir şekilde gözden geçirilmesi, eksiklerin ve sınırlamaların belirlenmesi ile başlamaktadır. Bu incelemeden elde edilen bilgilerden yararlanılarak, cıvata parametreleri ve yapısal performans arasındaki karmaşık etkileşimi dikkate alan bütünleşmiş bir tasarım aracının geliştirilmesi için sistematik bir yaklaşım önerilmektedir. Araç, farklı cıvata konfigürasyonlarını verimli bir şekilde simüle etmek ve değerlendirmek için gelişmiş hesaplama algoritmaları ve sonlu eleman analiz tekniklerini içermektedir. Tasarım aracının doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için titiz analitik doğrulama prosedürleri yürütülmektedir. Sonuçlar, aracın değişen koşullar altında cıvata davranışını tahmin etmedeki etkinliğini ve belirtilen performans kriterlerini karşılayan optimum tasarımlar üretme kabiliyetini göstermektedir. Ayrıca tez, geliştirilen aracın gerçek dünya mühendislik uygulamalarında kullanılmasının pratik sonuçlarını araştırmaktadır. Aracın çok yönlülüğünü ve farklı senaryolarda uygulanabilirliğini göstermek için çeşitli çalışmalar sunulmakta; tasarım sürecini kolaylaştırma, maliyetleri düşürme ve genel yapısal bütünlüğü geliştirme potansiyeli vurgulanmaktadır. Sonuç olarak, bu araştırma silindirik gövde montajlarında cıvata konfigürasyonunu optimize etmek için kapsamlı ve sağlam bir araç sunarak cıvatalı bağlantı tasarımının ilerlemesine katkıda bulunmaktadır. Geliştirilen araç, hesaplamalı modellemeyi analitik doğrulama ile entegre ederek, mühendislere cıvatalı bağlantılarla ilgili karmaşık zorlukları ele alırken optimum yapısal performans elde etmek için değerli bir kaynak sağlayacaktır.
Eklemeli imalattan gelen belirsizlikler altında kendinden destekli latis yapı tasarımı için bir optimizasyon yöntemi geliştirilmesi
Latis yapıların hafif ve yüksek dayanıma sahip olmaları ve kolay modellenebilir topolojik özellikleri sayesinde günümüzde giderek daha fazla tercih sebebi olmaktadır. Karmaşık geometrileri sebebiyle çubuk tabanlı latis yapıların üretiminde eklemeli imalat tercih edilmektedir. Mevcut eklemeli imalat tezgahlarında genellikle milimetre mertebesinde tasarlanan çubuk elemanlar üzerinde, katman katman üretim esnasında mikro ve milimetre seviyesinde değişkenlikler ve belirsizlikler oluşmaktadır. Bu değişimler tasarlanan ve üretilen yapı arasında mekanik özelliklerde fark çıkmasına sebep olmaktadır. Eklemeli imalat sayesinde latis yapılar üzerinde dayanımı arttıracak optimizasyon algoritmalarının uygulanması mümkündür ve optimizasyon sonuçlarında karmaşık geometriler oluşmaktadır. Optimize edilmiş tasarımlar, oluşan karmaşık topoloji sebebiyle destek yapılarının kullanımını gerektirebilir. Bu destek yapılarını var olan çubuk elemanları etkilemeden oluşturmak veya üretimden sonra karmaşık topolojiden çıkarmak, destek yapılarının söküm esnasında da yapıya zarar vermemek kolay değildir. Bu çalışmada, tasarlanan latis yapıların geometri ve malzeme özelliklerinde, üretim teknolojisinden dolayı oluşan belirsizlikler hesaba katılarak, elde edilen geometride destek yapısı gereksinimi olmadan kendinden destekli olarak üretilebilecek, iki adımlı bir latis optimizasyonu prosedürü önerilmiştir. Bu amaçla, latis yapıları oluşturan çubuk elemanları modellemek için kullanılacak çap ve açı değişkenleri ile bunların malzeme ekstrüzyonu ile eklemeli imalatından dolayı oluşan belirsizlikler altında daha önceki bir çalışmada belirlenen homojenize özellikler arasında yapay sinir ağları modelleri kullanarak yapı-özellik ilişkileri oluşturulmuştur. Geliştirilen yapay sinir ağı modeli, çubuk elemanlarla modellenerek latis optimizasyonu sürecine entegre edilmiştir. İlk olarak MATLAB üzerinde, çözüm ağıyla modellenmiş bir yapıyı latis hücrelerle modelleyen bir algoritma oluşturulmuştur. Burada oluşan topolojik bilgileri kullanarak iki adımlı optimizasyon algoritması başlatılır. İki adımlı optimizasyonun ilk adımı, çapları sıfıra yakın olan çubuk elemanlarının topolojiden çıkarıldığı klasik yerleşim optimizasyonudur. İkinci adımda gerçekleştirilen boyut optimizasyonu, belirlenen minimum üretim çapı kısıtlaması ile topolojideki çubuk elemanların optimize edilmiş çaplarını belirlemek için gerçekleştirilir. İki optimizasyon süreci arasında, topolojide destek yapısı gerektiren çubuk elemanlar tespit edilerek, yapıyı kendinden destekli bir şekilde üretebilecek destek yapı algoritması geliştirilmiştir. Elde edilen nihai optimize edilmiş geometriyi, üretilebilir bir STL model oluşturan bir yüzey oluşturma algoritması da çalışma kapsamında geliştirilmiştir. Optimizasyon ile tasarlanan örnek uygulamalar üretilerek test edilmiş ve metodolojinin etkinliği doğrulanmıştır.
Uçak kanopisi ve yapısallarının kuş çarpması tehdidine karşı tasarım optimizasyonu
Havacılıkta kuş çarpması tehdidi önemli bir problem haline gelmiştir. Kuş çarpmaları ciddi maliyet ve can kayıplarına sebep olabilmektedir. Uçak yapılarının kuş çarpması kazalarından hasar almadan kurtulabilmeleri için ilgili yönetmeliklere göre testler ve bilgisayar ortamında sonlu elemanlar analizleri yapılmaktadır. Ayrıca uçak yapılarının dayanıklı olmasının yanı sıra hafif olması da uçuş performasını ve maliyet açısından önemlidir. Bu çalışmada milli muharip uçağı yapılarının kuş çarpmasına karşı tasarım optimizasyonu yapılmıştır. Öncelikle kuş sonlu elemanlar modeli literatürde bulunan testlerle karşılaştırılmıştır. Kuş SPH yöntemiyle modellenmiş ve çarpışma sırasındaki davranışı testlerle tutarlılık göstermiştir. Ardından uçak yapılarına kuş çarpması analizleri için literatür taraması yapılmıştır. Milli muharip uçağı yapıları için kuş çarpması testleri planlanmıştır. Testler Roketsan'ın hava tabancası test sisteminde gerçekleştirilmiştir. Testlerde kullanılmak üzere yapay jelatin kuş modelleri üretilmiştir. Testleri yapılacak olan milli muharip uçağı yapılarının belirlenebilmesi için öncelikle test koşullarına uygun sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuştur. Milli muharpi uçağı kanopisi için polikarbonat (PC) ve gerdirilmiş akrilik (stretched polymethyl methacrylate, SPMMA) malzemeleri bir termoplastik poliüretan (TPU) yapıştırıcı ile katmanlı hale getirilmiştir. PC ve SPMMA malzemelerinin modellenebilmesi için gerinme hızı oranına ve sıcaklığa bağlı olarak dayanım ve hasar çıktısı verebilen Johnson Cook malzeme modeli seçilmiştir. Kanopiye kuş çarpması test koşulları için oluşturulmuş sonlu elemanlar modelinde öncelikle ağ yakınsama çalışması yapılmıştır. Ardından çarpışma başarımı sağlayan en hafif yapı araştırılmıştır. Bunun için latin hiperküp örnekleme (latin hypercube sampling, LHS) yöntemiyle bir veri seti hazırlanmış ve çarpışma sonucunu tahmin edebilen bir destek vektör mekanizması (support vector machine, SVM) modeli oluşturulmuştur. Bu matematiksel model sayesinde genetik algoritma kullanılarak optimizasyon yapılmış ve en hafif tasarım belirlenmiştir. Benzer olarak kompozit yapılar için öncelikle sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş ve ağ yakınsama çalışması yapılarak literatürde bulunan bir kompozit hücum kenarına kuş çarpması testleriyle doğrulanmıştır. Ardından test koşullarında kuş çarpmasına karşı dayanıklı en hafif kompozit plaka analizlerle belirlenmiştir. Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş. (TUSAŞ) tarafından temin edilen kanopi ve kompozit plakalara kuş çarpması testleri gerçekleştirilmiştir. Testler sonucunda plakalar çarpışma başarımı göstermiştir ve sonlu elemanlar modeli test sonuçlarıyla tutarlılık sağlamıştır.
Uçak kabuk panellerinde oluşan titreşim ve burkulmanın kısıtlandırılmış sönümleme katmanı kullanılarak incelenmesi ve optimizasyonu
Titreşim ve burkulma analizi çalışmaları havacılık alanında devam eden önemli zorluklardandır. Özellikle uçakların yolcu kabinlerinin kabuk panellerinde dış basınç ve yükler sonucu oluşabilecek titreşimin, sesin ve burkulma problemi riskinin düşük kütleli yapılarla minimum seviyeye indirilebilmesi literatürde çalışılmaya devam edilen önemli konulardan biridir. Bu yapıların rezonansa girmesini ve rezonans sebebiyle oluşabilecek yapı deformasyonu ile yükler sayesinde oluşabilecek burkulma problemini önlemek ve iki durumu aynı anda kontrol edebilecek tasarımı yapmak oldukça zordur. Yapıların yüzeyine viskoelastik sönümleme katmanı eklenmesi; geleneksel, düşük bütçeli, düşük kütleli ve kolay uygulanabilir yöntemdir. Kısıtlandırılmış sönümleme katmanı (ing. constrained layer damping, CLD) yüzeye eklemeli sönüm katmanlarının en önemlilerinden biridir. Bu çalışmada, kabuk panelde CLD kullanılarak titreşim ve yapısal burkulma problemi altındaki karakteristiği incelenip tasarım parametrelerinin etkisi karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda, minimum kütlede maksimum sönümlemeye ve minimum kritik burkulma yüküne ulaşılacak üretilebilir kabuk panel modeli elde edilmiştir. İlk aşamada, titreşim analizinde modelleme yönteminin doğrulanması için örnek bir çalışmadaki kiriş eleman modelinin, CLD kullanılarak gerçek ve karmaşık öz değer analizi yapılarak viskoelastik yapının doğal frekansları ve mod şekilleri elde edilmiştir. Ardından, frekans bazlı malzeme parametreleri değişen yapı, burkulma analizi için eş değer modülü yöntemiyle basit modele indirgenmiş ve sonlu elemanlar yöntemi ile burkulma analizi gerçekleştirilmiştir. Burkulma analizi modeli sınır koşulları, basit plakanın el hesabıyla burkulma analizi sonuçları ile doğrulanmıştır. Çalışmada CLD yapılarının burkulma problemi altındaki karakteristiği ilk defa incelenmiş olup, aynı kalınlıktaki ana yapı ile kritik burkulma yükü karşılaştırıldığında %30'luk iyileşme görülmüştür. Hedeflenen uygun tasarımın bulunması için tasarım parametreleri ana katman malzemesi, kısıtlama katmanı malzemesi, katman sayısı, ana katman kalınlığı, kısıtlama katman kalınlığı olan problem Taguchi deney tasarımı kullanılarak 36 deney tasarımı sonucunda çok kriterli karar verme yöntemi olan TOPSIS yöntemi ile en uygun tasarıma ulaşılarak optimizasyonu yapılmıştır.
Makine öğrenmesi teknikleri ile frezeleme işlemlerinde takım aşınmasının tahmini
Endüstri 4.0'ın temel birleşenlerinden biri Büyük Veri Analitiği (Big Data Analytics) ve Makine Öğrenme Teknikleri(Machine Learning Techniques) ile imalat süreçlerinin Akıllı İmalat (Smart Manufacturing) haline dönüştürülmesidir. Dünyada otomotiv, havacılık, sağlık, finans vb. gibi sektörlerde hızla popülerliği artan Makine Öğrenme tekniklerinin en yenisi ve etkilisi kabul edilen Derin Öğrenme (Deep Learning), bu sektörlerde devrim niteliğinde yeni ürün ve uygulamalara yol açmaya devam etmektedir. İmalat alanında ise en önde gelen araştırma potansiyelini, ileri durum gözetleme (Advanced Condition Monitoring), işlem eniyilenmesi (Process Optimization), ve kestirimci bakım(Predictive Maintenance) alanlarında bulunduğu öne sürülmektedir. İleri işlem gözetleme, günümüzde tamamen bilgisayar denetimli olan makine ve sistemlerde üretilen verinin zamanında, yeterli hassasiyette, çözünürlükte ve güvenilirlikte toplanmasına bağlıdır. Bu amaç doğrultusunda tez kapsamında ivmeölçer, mikrofon ve enerji metre kullanılarak sırasıyla titreşim, akustik ve makinenin çektiği güç verileri toplanmıştır. Aynı zamanda kesici takımda meydana gelen kenar aşınması değeri mikroskop aracılığıyla toplanmış ve işlenen parçanın yüzey pürüzlülüğü de yüzey pürüzlülüğü ölçüm cihazı ile toplanmıştır. Burada tez kapsamında yapılan çalışmaların amacı toplanan verilerle birlikte derin öğrenme tekniklerini talaşlı imalat süreçlerine uygulayarak, işlem kontrol ve gözetleme parametreleri ile işlenen parçanın yüzey pürüzlülüğü, tüketilen enerji ve kesici takım aşınması arasında makine öğrenme (Machine Learning) temelli modeller geliştirmektir. İşlenen parçanın yüzey pürüzlülüğü ve özgül kesme enerjisi (ÖKE) tahmin eedebilmek için Derin Çok Katmanlı Algılayıcı (DMLP) tabanlı tahmin modeli geliştirilmiştir. Ayrıca kesici takımda meydana gelen aşınmayı da tahmin etmek amacıyla Konvolüsyonel Sinir Ağı (CNN) ve Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) tabanlı iki farklı tahmin modeli geliştirilmiştir. Tez kapsamında geliştirilen DMLP tabanlı tahmin modeli kullanılarak elde edilen özgül kesme enerjisi ve yüzey pürüzlülüğü sonuçları ile hedef çıktılar arasındaki hata oranının %10'un altında olduğu görülmektedir. Ayrıca kesici takım aşınmasının tahmini için geliştirilen CNN ve LSTM tabanlı modelleri eğitebilmek için 8 farklı deney yapılmıştır. Deneylerden elde edilen titreşim ve akustik verileri kullanılarak modeller eğitilmiştir. Eğitim sırasında kullanılmayan deney verileri test verisi olarak kullanılmıştır. Burada iki farklı tahmin modeli için de 5 farklı senaryo üzerinde çalışılmıştır. Senaryolarda amaç farklı farklı kesme hızları (m/dk) ve farklı kesici takım çaplarına göre kesici takımda meydana gelen aşınmaları tahmin etmeye çalışmaktır. Senaryolardaki en iyi sonuçlara bakıldığı zaman Wavelet-CNN tabanlı tahmin modelinin ortalama hata karesinin (MSE) değeri 0.031 olup WLSTM-DMLP tabanlı tahmin modelinin ortalama hata karesinin değeri 0.004 olarak elde edilmiştir.
Füze sistemlerinde kullanılan atılabilir lüle tutucu parçasının topoloji optimizasyonu ile tasarımının iyileştirilmesi
Havacılık sektöründeki en önemli kısıtlamalardan birisi de düşük kütleli tasarımdır. Bu durum füze/roket sistemleri için de oldukça dikkat edilen bir husustur. Füze/roket sistemleri günümüz savunma sektöründe kullanılan en etkili silah sistemleridir. Özellikle uzun menzilli füze sistemleri ülkeler için önemli birer güç çarpanıdır. Füzeler/roketler itki sistemlerine göre katı yakıtlı, sıvı yakıtlı, hibrit, ramjet, scramjet şeklinde sınıflandırılabilir. Bu çalışmanın da konusu olan ramjet jet motoru, karşıdan gelen havayı sıkıştırmak için hava kanallarına sahip bir tür hava soluyan jet motorudur. Bu çalışmada, ramjet füze sisteminde kullanılan atılabilir lüle tutucu parçasının topoloji optimizasyonu ile kütle azaltılması amaçlanmıştır. Lüle sistemi, yanma odasında oluşan yüksek sıcaklık ve basınçtaki gazların dışarıya atıldığı açıklıktır. Bu sayede itki oluşur. Literatürde sabit lüle tasarımları üzerine oldukça fazla miktarda çalışma mevcuttur, fakat atılabilir lüle tasarımı konusunda yapılan çalışmalar kısıtlıdır. Tasarım çalışması öncesi füze yanma odasında bulunan yakıtın yanması sonucu oluşan basınç nedeniyle lüle sistemi üzerinde oluşan yükler hesaplanmış, benzer sistemlerde kullanılan atılabilir lüle tasarımları, çalışma prensipleri incelenmiş ve uygun bir tutucu sistemi tasarlanmıştır. Tutucu sistemin tasarımı bilgisayar ortamında 3D olarak modellenmiş ve ANSYS yazılımı kullanılarak analizlere tabi tutulmuştur. Topoloji optimizasyonu çalışmasında tutucu parça sistemine %30 oranında kütlesel hafifleme girdisiyle optimizasyon yapılmıştır. Analiz sonucu elde edilen tasarımların üretimi gerçekleştirilerek hidrostatik basınç testlerine sokulmuş ve tasarım doğrulamaları yapılmıştır.
Çift girişli boşaltmalı bir ramjet yanma odasında yanma kararsızlığının sayısal ve deneysel incelenmesi
Ramjet yanma odası performans parametrelerinden bir tanesi yanma odası basınç salınımlarıdır. Bu çalışma ile çift girişli boşaltmalı bir ramjet yanma odasında yanma kararsızlığı, sayısal ve deneysel olarak araştırılmıştır. Sayısal incelemeler kapsamında literatürde yer alan ve test verileri bulunan kare kesitli temsili bir ramjet yanma odası modeli kullanılmıştır. Deneysel incelemelerde ise bu modele benzer bir model tasarlanmış, üretilmiş ve benzer çalışma koşullarında test edilmiştir. Doğru bir sayısal inceleme yapılabilmesi amacıyla ayrıntılı kimyasal mekanizmalara dayalı alevcik (flamalet) modelleri ele alınmış, literatürde verilen test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Kararlı Laminer Alevcikler (Steady Laminar Flamelet, SLF) modelinin stokiyometriye yakın mevcut çalışma koşullarında Çoklu Alevcikler Kümesi (Flamelet Generated Manifold, FGM) ile benzer ve test verileri ile uyumlu sonuçların elde edildiği gözlemlenmiş ve bu yanma modeli ile benzetimler gerçekleştirilmiştir. İki türbülans modelleme yaklaşımı ile benzetim gerçekleştirilmiştir. Doğruluk derecesi yeterli bir çözüm ağının kullanıldığından emin olmak için Richardson ekstrapolasyon yöntemi kullanılmıştır. Bunun için Steven Pope tarafından tanımlanan M indisi değerleri incelenmiştir. Ortalamalı değerler açısından çok benzer sonuçların hesaplandığı Büyük Burgaç Benzetimi (Large Eddy Simulation, LES) ve Gecikmeli Ayrılmış Burgaç Benzetimi (Delayed Detached Eddy Simulation, DDES) çözümlemeleri bu yönüyle test verileri ile uyumludur. Basınç salınımlarının frekans tabanlı incelemelerinde literatürde test verileri bulunan 1 kHz altı bölge ile benzetimlerin benzer frekanslarda salınımlar gösterdiği anlaşılmıştır. Bu salınımların boylamsal modlardan kaynaklandığı literatürde not edilmektedir. Daha yüksek frekanslarda ise LES'in teorik olarak yanal yönlü olduğu anlaşılan akustik salınım frekansıyla uyumlu güçlü modlar hesapladığı görülmüştür. Duvar kenarında Reynolds ortalamalı Navier-Stokes modelleri kullanan DDES yaklaşımının ise aynı modları sönümlenmiş olarak hesapladığı izlenmiştir. Dinamik Mod Ayrıştırması (Dynamic Mode Decomposition, DMD) kullanılarak yapılan incelemede yanma odası yanal yönlü akustik salınımlarının reaksiyonlar üzerinde zayıf etkileri olduğu, hava kanallarından kaynaklı yanal yönlü salınımların ise etkili olmadığı görülmüştür. Benzer bir test kalemi ile gerçekleştirilen testlerde yanma odasından yüksek frekans cevaplı basınç duyargası verileri ve yüksek hızlı OH* kimyasal ışıldama (chemiluminescence) görüntüleri toplanmıştır. Basınç duyargası ve kamera için 25 kHz ile veri alınmıştır. Frekans tabanında incelenen sonuçlar, 1 kHz altı kısım için literatürde yer alan ve benzetimi yapılan test kalemi sonuçları ile benzeşmektedir. Literatürde test verisi yer almayan 1 kHz üzeri bölgede ise yanal moddaki akustik salınım harmonikleri ile uyumlu tepeler görülmüştür. Benzetimlerden farklı olarak hava kanallarının yanal modlarının basınç duyargası ölçümlerinde zayıf olarak hissedildiği anlaşılmaktadır. Reaksiyon göstergesi OH* görüntüleri üzerinden yapılan incelemelerde boylamsal modların yanma odasının ön bölgesinde baskın olduğu, yanal modların ise akış yönünde ilerledikçe ortaya çıktığı anlaşılmıştır. Yapılan çalışma ile çift girişli ramjet yanma odalarında yanal yönlü akustik salınımların baskın bir karaktere sahip olduğu, yanma odası geometrisinden kaynaklı yanal yönlü modların reaksiyonlar üzerinde etkisi olduğu ancak hava kanalları kaynaklı yanal yönlü modların yanma üzerinde etkisi olmadığı gösterilmiştir.
Poısson oranı yaklaşık 0 veya 1 olan, iki boyutlu, düzlem içi izotropik latis malzemelerin tasarımı ve mekanik özelliklerinin nümerik olarak karakterizasyonu
Latis malzemeler, düşük ağırlık, yüksek özgül mekanik, termal, akustik ve titreşim gibi özellikleri sayesinde yoğun katı malzemelere umut verici bir alternatif sunmaktadır. Eklemeli imalat teknolojileri, istenen özelliklere sahip (negatif Poisson oranı dahil) latis tasarımına ivme kazandırmış olsa da saf bükülme altında benzersiz bir monoklastik eğrilik sergileyen sıfır Poisson oranına sahip latisler sınırlı sayıdadır. Bu malzemeler, şekil değiştiren silindirik panel uygulamalarında büyük talep görmektedir. Spektrumun diğer ucunda ise tıpkı düzgün altıgen latis gibi olağanüstü enerji sönümleme yeteneklerine sahip, Poisson oranı v=1 olan latis malzemeler bulunmaktadır. Bu çalışmada, yeni geliştirilmiş 14 adet düzlem içi izotropik iki boyutlu latis malzeme sunulmaktadır. Bunlardan yedisinin düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı v≅1 iken, üçünün düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı v≅0'dır. Kalan dört latisten ikisinin tıpkı Kagome latis gibi düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı v=0.33 iken, geriye kalan iki latisin düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı sırasıyla v=0.51 ve v=0.85 olarak bulunmuştur. Geliştirilen latislerin düzlem içi elastik özelliklerini karakterize etmek için sonlu elemanlar analizi yöntemi kullanılmıştır. Poisson oranı v≅0 olarak bulunan üç latisin Poisson oranlarının bağıl yoğunluk değerinden neredeyse hiç etkilenmediği gözlenmiştir. Poisson oranı v≅0 olan latislerden ikisi uygulanan yük altında uzama baskın deformasyon gösterirken diğeri eğilme baskın deformasyon göstermektedir. Poisson oranı v≅1 olan diğer yedi latis ise uygulanan yük altında tıpkı altıgen latis gibi eğilme baskın özellik göstermektedir. Ancak, bu malzemelerden dördü altıgen latisten daha yüksek bir direngenliğe sahiptir.
Eşit çaplı çubuklarla izotropiye yakın özellikler gösteren bir latis malzemenin belirlenmesi ve topoloji optimizasyonunda kullanımı
Latis malzemeler, hafif olmaları, dayanıklı yapısı, enerji sönümleme kabiliyeti, ısı yalıtımı ve titreşim sönümleme yeteneklerinin yüksek olması sebebiyle yapısal parçaların tasarımında tercih edilmektedir. Latis malzemelerle tasarım gerçekleştirmek amacıyla, izotropik malzeme varsayımı ile gerçekleştirilen topoloji optimizasyon yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu topoloji optimizasyonu yöntemi ile latis malzemeli bir tasarım elde etmek için izotropik özellikler gösteren latis hücre kullanımı uygun olacaktır. Ancak, mevcut kübik latis hücrelerde tüm çubuk elemanlar aynı çap değerine sahip olduğunda izotropik özellikler elde edilememektedir. İzotropik özellikler elde edebilmek için latis hücrelerin iç ve dış bölgesindeki çubuk çapları farklılaştırılarak latis hücrenin özelliklerinin izotropik hale gelmesi sağlanabilmektedir. Fakat, latis hücreyi oluşturan çubuklarda farklı çaplar kullanılması, modelleme sırasında farklı çapta çubukların modellemesini gerektirdiğinden, tüm çapların aynı olduğu hücrelere göre modelleme sürecini zorlaştırabilmektedir. Ayrıca, modellenebilecek üst ve alt çap değerlerinin de üretilebilirlikten dolayı kısıtlanmasıyla tasarım alanı genişliği kısıtlanmaktadır. Bu sorunlara bir çözüm olarak, bu tez çalışmasında, bir kübik latis hücre içerisindeki bütün çubuklar aynı çapa sahip iken izotropiye en yakın özellikler gösteren bir latis hücre önerilmiştir. Bu amaçla, çubuk elemanların kübik bir hücrede farklı dizilimleri ile oluşturulan çeşitli latis hücre türlerinin homojenizasyon yöntemi ile elastisite modülü, kesme modülü ve Poisson oranları farklı göreceli yoğunluklarda belirlenmiştir. Bu değerler kullanılarak, hücrelerin anizotropi oranları hesaplanmış ve yüzey merkezli basit kübik (YMBK) hücre, izotropiye en yakın özellikleri veren hücre türü olarak belirlenmiştir. Belirlenen YMBK hücresi için göreceli yoğunluk ve homojenize elastisite modülü arasındaki ilişki, topoloji optimizasyonunda izotropik özellik fonksiyonu olarak kullanılan iki alternatif olan cezalandırmalı katı izotropik malzeme (ing. Solid Isotropic Material with Penalization- SIMP) ve Malzeme özelliklerinin kesirli yaklaşımı (ing. Rational Approximation of Material Properties- RAMP) fonksiyonları ile modellenmiştir. RAMP ile modellemenin, SIMP fonksiyonuna göre daha uygun sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. YMBK için belirlenen RAMP fonksiyonu ile topoloji optimizasyonu süreci farklı örnek uygulamalar için kullanılmıştır. Bu örnekler için topoloji optimizasyonu sonuçları ile elde edilen latis malzeme tasarımları, üç boyutlu katı elemanlarla modellenip analiz edilmiş ve literatürdeki sonuçlar ile de karşılaştırılarak etkinliği gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Latis malzeme, Topoloji optimizasyonu, Homojenizasyon, Anizotropi oranı, Eklemeli imalat
Kifoplasti balonu yardımıyla genişleyebilen omurlararası füzyon kafesi tasarımı, sonlu elemanlar yöntemi ile analizi ve prototip üretimi
Her iki omur arasında, omurlar arasındaki etkiyi absorbe etmek için bir intervertebral disk bulunmaktadır . Ancak, zamanla intervertebral disk yaşlanma süreci nedeniyle dejenerasyona uğrar ve görevini yerine getiremez hale gelir. Dejeneratif intervertebral diskin yerini alması için spinal kafesler kullanılır. Bunların temel özellikleri omurgayı stabilize etmek ve hareket segmentindeki iki omur arasında yükseklik sağlamaktır. Temelde iki tür omurga kafesi bulunmaktadır: sabit ve genişletilebilir kafesler. Günümüzde, her bireyin farklı bir kemik yapısına sahip olması nedeniyle genişletilebilir kafeslerin kullanımı önemli ölçüde artmıştır. Bu kemik farklılığından dolayı, her bireydeki omurlar arası yüksekliğin farklı olması, ayarlanabilir olması önemli bir avantajdır.Kyphoplasti, omurganın çökmesi nedeniyle balon yardımıyla bu yüksekliği geri kazandırmak amacıyla gerçekleştirilen bir işlemdir. Kyphoplasti balonu, yüksekliği geri kazanmak için kullanılır. Bu tez kapsamında, kyphoplasti balonu kullanılarak tasarlanan bir genişletilebilir omurga kafesi tasarlanmıştır. Tez kapsamında tasarlananan omurga kafesi modeli, 3D modelleme programı olan NX Unigraphics kullanılarak tasarlanmıştır.
Dörtlü rotor konfigürasyonuna sahip bir insansız hava aracının model öngörülü kontrol yöntemi ile uçuş performansının incelenmesi
Dört rotorlu İnsansız Hava Araçları (İHA) ulaşım, savunma ve eğlence gibi sektörlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Bu İHA'lar genellikle değişen hava koşullarında karmaşık manevralar gerçekleştirmek için karmaşık uçuş algoritmaları kullanılarak kontrol edilir. Bu gibi durumlarda istenilen uçuş performansını gözlemlemek için ileri düzeyde bir kontrolcünün tasarlanması ve bu kontrolcünün uçuş performansına etkisinin belirsizlik analizleri ile incelenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması, dört rotorlu bir İHA'nın altı serbestlik dereceli (6-DOF) uzayda modellenmesini ve kontrolünü amaçlamaktadır. Oluşturulan 6-DOF modelde İHA'nın değişen hava koşulları, hassas olmayan sensör ölçümleri ve bilinmeyen aerodinamik özellikleri altındaki uçuş performansını incelenmek amacıyla Monte Carlo belirsizlik analizi kullanılmıştır. Modelleme ve kontrolcü tasarımı MATLAB & Simulink yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Modelleme 6-DOF uzayda yapıldığı için, 3 adet kuvvet denklemi ile öteleme dinamiği modellemesi ve 3 adet moment denklemi ile dönme dinamiği modellemesi yapılmıştır. Elde edilen model üzerine iki döngülü bir kontrolcü yapısı tasarlanmıştır. Bu kontrolcünün dış döngüsünde bir pozisyon kontrolcüsü, iç döngüsünde ise bir rotasyon kontrolcüsü yer almaktadır. Pozisyon kontrolcü, 3 eksenin her birinde 2 durum değişkenini kontrol edebilen bir durum uzayı kontrolcüsüdür. Durum uzayı tipindeki pozisyon kontrolcüsünün her bir ekseninin ayrı ayrı kontrol edilebilmesi için Kutup Yerleştirme tekniği ile kontrolcüler tasarlanmıştır. Rotasyon kontrolcüsü ise, 6 durum değişkenini bir arada kontrol edebilecek şekilde tasarlanan daha karmaşık yapıda bir durum uzayı kontrolcüsüdür. Sistemin farklı kontrol teknikleri altında performansının karşılaştırılabilmesi için, rotasyon kontrolcüsü Model Öngörülü Kontrol, Kutup Yerleştirme ve Doğrusal Kuadratik Regülatör (Linear Quadratic Regulator, LQR) teknikleri ile ayrı ayrı tasarlanmıştır. Tasarlanan model içerisinde bu 3 kontrolcünün her biri anahtarlanarak kullanıma alınabilmektedir. Modelleme kontrolcü tasarımlarının tamamlanmasının ardından tekli koşularla kontrolcülerin gürbüzlüğü incelenmiştir. Ayrıca, İHA'nın uçuş performansını değerlendirmek için belirsiz koşullar altında istenen açı, konum ve hız değerlerindeki sapmalar incelenmiştir. Benzetim sonuçları bir araya toplanarak 3 rotasyon kontrolcüsünün birbirine olan üstünlükleri ortaya çıkartılmıştır. Sonuç olarak, yapılan bu tez çalışması ile dört rotorlu bir İHA'nın uçuş performansı farklı kontrol teknikleri altında incelenmiştir.
Pıhtı birikimi ve efor koşullarının abdominal aort anevrizması üzerinde oluşturduğu hemodinamik etkilerin sayısal yöntemlerle incelenmesi
Abdominal aort anevrizması damar genişlemesine bağlı olarak oluşan önemli bir sağlık sorunudur. Tedavi edilemediği takdirde anevrizma büyümeye devam eder ve yırtılma riski içerir. Olası bir anevrizma yırtılması, ciddi bir kan kaybına yol açmakta ve ölümle sonuçlanabilmektedir. Bu nedenle, abdominal anevrizmaların erken safhada teşhis edilmesi ve olası yırtılma risklerinin tahmin edilmesi kritik öneme sahiptir. Genel olarak, 5 cm üzerinde çapa sahip olan anevrizmalar riskli olarak değerlendirilmektedir. Ancak, 5 cm'den daha büyük çapa sahip olup ömür boyu yırtılmayan anevrizmalar bulunmaktadır. Öte yandan, 3 cm gibi nispeten küçük bir çapa sahip olup yırtılan abdominal anevrizmalar bulunmaktadır. Bu durum, riskli olan vakaları belirlemek için sadece çap değerini kullanmanın yeterli olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, anevrizma içindeki hemodinamik değişkenlerin ve damar duvarındaki yapısal parametrelerin detaylı olarak hastaya özgü bir şekilde incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, anevrizma yırtılma riskini belirleyebilmek amacıyla, gerçek bir anevrizma geometrisi kullanılarak hemodinamik ve katı-sıvı etkileşimli analizler gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizlerde, pıhtı hacminin büyüklüğü, pıhtının sertliği ve efor koşullarının değişkenliği gibi parametreler göz önüne alınmıştır. Pıhtı hacmi ile ilgili olarak pıhtısız, düşük seviyede pıhtılı, orta seviyede pıhtılı ve yüksek seviyede pıhtılı durumlar düşünülmüştür. Pıhtı sertliği ile ilgili olarak yumuşak, normal ve sert pıhtı durumları düşünülmüştür. Efor koşulları ile ilgili olarak dinlenme halindeki düşük efor, normal efor ve egzersiz halindeki yüksek efor koşulları düşünülmüştür. Yırtılma riskini değerlendirebilmek için katı- sıvı etkileşimli analizler ile damar duvarında oluşan maksimum gerilme değerleri belirlenmiştir. Damar üzerindeki gerilme değerleri arttıkça anevrizmanın yırtılma riski artmaktadır. Elde edilen sonuçlara göre, pıhtı birikiminin artmasının ve pıhtının sertleşmesinin, damar duvarındaki gerilme seviyelerini azalttığı ve dolayısıyla yırtılma riskini düşürdüğü gözlemlenmiştir. Efor koşullarının artması ile birlikte damar duvarındaki gerilmeler kısmi de olsa artmaktadır. Ancak, efor koşullarının etkisi pıhtı birikiminin etkisine kıyasla sınırlıdır. Yırtılma riskinin en yüksek olduğu bölgeler, anevrizmada en büyük genişlemenin olduğu bölge ile aortun anevrizma ile birleştiği bölge olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, abdominal aort anevrizmasında oluşan hemodinamik değişimleri ortaya koymuş ve yırtılma riski açısından kritik öneme sahip olan parametreleri göstermiştir.
İnce cidarlı çelik tübüler direklerin dinamik performansı üzerine pasif sarkaç ayarlı kütle sönümleyicilerin etkilerinin deneysel ve sayısal incelemesi
İnce cidarlı çelik tübüler (İCÇT) direkler, çeşitli endüstrilerde kullanılan yaygın yapı türlerindendir. Bu direkler; güçlü, dayanıklı ve çok yönlü yapılarıyla bilinir. İCÇT direkleri, sismik aktiviteler, mekanik kaynaklar ve özellikle meteorolojik olaylar nedeniyle oluşan titreşimler sonucu büyük genliklerde döngüsel yer değiştirmeler ve hatta arızalar yaşayabilir. İCÇT direklerinin hizmet ömrünü ve üzerine monte edilen ekipmanların performansını artırmak için, bu direkler çeşitli servis yüklemeleri altında uygun önlemlerle aşırı titreşimlerden korunmalıdır. Bu çalışma, İCÇT direği üzerine monte edilen pasif sarkaç ayarlı kütle sönümleyicilerin (P-SAKS) performansını kapsamlı bir deneysel ve sayısal analizle araştırmaktadır. P-SAKS'lı ve P-SAKS'sız İCÇT direkleri için yapılan serbest titreşim testleri;10 kg, 20 kg ve 30 kg yüklemelerle uyarılmış ve üç farklı başlangıç uç deplasman genliği kullanılmıştır. Dinamik performanslar, yer değiştirme ve ivme tepkileri üzerinden işlemsel modal analiz (İMA) teknikleri ile değerlendirilmiştir. Ardından, İCÇT direklerinin serbest titreşim davranışları sonlu eleman (SE) modelleri ile simüle edilmiş ve SE modeli tarafından tahmin edilen parametreler ölçülen performans parametreleri ile karşılaştırılmıştır. Bu araştırmanın sonuçları, P-SAKS kullanımının, İCÇT direklerin dinamik yanıtlarını önemli ölçüde iyileştirebileceğini ortaya koymaktadır. Bu bulgular, deprem bölgelerindeki ve diğer yüksek riskli alanlardaki yapısal güvenlik standartlarının geliştirilmesine katkı sağlayabilir. Ayrıca, mühendislik uygulamalarında P-SAKS'ın entegrasyonu, bu tür yapıların daha uzun hizmet ömürleri ve düşük bakım maliyetleri ile daha güvenilir hale gelmesine olanak tanıyabilir. Bu çalışma, alanındaki literatüre teknik bir katkı sağlarken, gelecekteki araştırmalar için yeni yollar açmaktadır.
Yapısal optimizasyon problemlerinin çözümü için yeni bir hibrid optimizasyon yönteminin geliştirilmesi
Optimizasyon, herhangi bir problem için verilen koşullar altındaki bütün çözümleri arasından en uygun çözümü bulma işlemi olarak ifade edilebilir. Optimizasyon probleminin daha kolay çözülebilecek bir yapıda olması için problemin yapısına göre belirlenen matematiksel modeller oluşturulur. Doğadan ilham alan meta-sezgisel optimizasyon algoritmalarının davranışlarındaki kararsızlık ve düzensiz yapıları, birçok optimizasyon uygulamaları ve problemler için çözüm olabilmektedir. Meta-sezgisel optimizasyon algoritmalarının temel bileşenleri olan keşif, global arama yaparak çeşitli çözümler üretme sürecini, istifade ise yerel aramaya odaklanma ve en uygun aday çözümleri seçmeyi açıklamaktadır. Çalışmada, yapısal optimizasyon problemlerinin çözümüne yönelik yeni bir hibrid optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Literatürde mevcut ve güncel meta-sezgisel optimizasyon algoritması olan Yapay Tavşan Optimizasyonu (ARO) algoritmasının, kaotik haritalar ile entegre edilerek yakınsama hızının geliştirilmesi ve bu yeni hibrid algoritmanın çeşitli yapısal optimizasyon problemlerinin çözümünde kullanılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada, Yapay Tavşan Optimizasyonu (ARO) algoritmasının matematiksel denklemlerindeki rastgele parametreler, literatürde iyi bilinen 10 kaotik harita ve önerilen 4 farklı modifikasyon yöntemi ile hibridlenmiştir ve tez kapsamında geliştirilen bu hibrid algoritmaya, Kaotik Yapay Tavşan Optimizasyonu (CARO) algoritması adı verilmiştir. CARO algoritmasının 23 klasik test fonksiyonları ile performansları test edilmiştir. CARO algoritması daha sonra 5 temel mühendislik tasarım problemi olan basınçlı kap tasarımı, rulman tasarımı, çeki/bası yay tasarımı, ankastre kiriş tasarımı ve dişli takımı tasarımına uygulanmıştır. CARO algoritması, literatürdeki güncel ve popüler 6 meta-sezgisel algoritma olan Yapay Tavşan Optimizasyonu (ARO) algoritması, Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO), Gri Kurt Optimizasyonu (GWO), Güve-Alev Optimizasyonu (MFO), Harris Şahinleri Optimizasyonu (HHO) ve Genetik Algoritma (GA) ile karşılaştırılmıştır. Tez kapsamında, mevcut bir taşıt fren pedalı parçasına göre daha az ağırlıkta ve çalışma koşullarındaki gereksinimlerini karşılayacak gerilme değerine sahip olan yeni bir fren pedalı parçasının CARO algoritması kullanılarak yapısal optimizasyonu yapılmıştır. Fren pedalı parçasının yapısal optimizasyon probleminin matematiksel modelini meydana getirmek için latin hiperküp örnekleme yöntemi ve radyal temelli fonksiyonlar ile meta-modelleme yöntemi kullanılmıştır. Topoloji ve şekil optimizasyonuna göre fren pedalı parçasında 6 adet delik açılarak ağırlık hafifletilmiş ve tasarım değişkenleri belirlenmiştir. Latin hiperküp örnekleme yöntemi ile 100 farklı fren pedalı modeli oluşturulmuştur. Radyal temelli fonksiyonlar ile meta-modelleme yöntemiyle amaç fonksiyonu olarak ağırlık ve kısıt fonksiyonu olarak gerilme değerleri için matemetiksel denklemler elde edilmiştir. Bu matematiksel denklemler kullanılarak, fren pedalı parçasının kütle minimizasyonu açısından, CARO algoritması literatürde bilinen 6 meta-sezgisel algoritmalarla mukayese edilerek çözülmüştür. Sonuç olarak, fren pedalı parçasının optimum tasarım ağırlığı 983.30 gr olarak bulunmuştur ve başlangıç tasarımı ağırlığı olan 1202 gr değerine göre %18.2 daha hafif çıkmıştır. Yeni geliştirilen Kaotik Yapay Tavşan Optimizasyonu (CARO) algoritması, literatürde ilk defa taşıt parçasının yapısal optimizasyon probleminde kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: Meta-sezgisel optimizasyon, Yapay tavşan optimizasyonu algoritması, Kaotik haritalar, Kaotik yapay tavşan optimizasyonu algoritması, Topoloji optimizasyonu, Şekil optimizasyonu, Mekanik tasarım, Fren pedalı
Tepe seçme yöntemi ile tanımlanan coriolis titreşimsel dönüölçer için kalman uygulamalı kontrol sistemi tasarımı
Coriolis titreşimsel dönüölçerler (ing. Coriolis Vibratory Gyroscope (CVG)), yüksek performans parametreleri ile özellikle hassas dönü ölçümü gerektiren denizaltı ve uzay araçlarında kullanılan yüksek teknoloji navigasyon sistemlerindendir. Bu nedenle kritik öneme sahiptir. CVG, rezonans frekansında titreyen rezonatör elemanında, dışarıdan gelen dönü sonucunda oluşan Coriolis etkisi ile meydana gelen değişimin elektrot elemanları üzerinden okunmasıyla dönüyü hesaplayan sensördür. Bu çalışmada, halka şekilli rezonatör içeren CVG, hızlı dinamiklerle 2-SD bileşik olarak modellenmiştir. Elde edilen bileşik model, ortalama alma yöntemiyle yavaş dinamikler cinsinden modellenmiştir. Sistemdeki elektrotlar ise lineer olarak modellenerek tüm sisteme ait bir model elde edilmiştir. Modelin oluşturulmasının ardından Coriolis titreşimsel dönüölçerlerin tanımlanmasında literatürde yer almayan ancak iyi bilinen modal sistem tanımlama yaklaşımlarından tepe seçme yöntemi kullanılarak sistem parametreleri kestirilmiştir. Bu yöntem, değişen doğal frekans, kalite faktörü ve eksenel kaçıklık açıları içeren rezonatörlerin MATLAB-Simulink ortamında kurulan modellerine uygulanarak çalışma sınırları incelenmiş, yöntemin uygulanabilirliği doğrulanmış ve etkiler analiz edilmiştir. Yöntemin simülasyonlar üzerinden gerçekleştirilmesinin ardından halka şekilli bir rezonatör laboratuvar koşullarında test edilmiştir. Ardından, tepe seçme yöntemi halka şekilli rezonatöre uygulanmış ve durağan durum zaman çözümü üzerinden elde edilen frekans cevabı ile doğrultma işlemi gerçekleştirilerek sistem parametreleri kestirilmiştir. Kestirilen parametreler kullanılarak sisteme dört paralel kontrol çevrimi içeren Force-to-Rebalance (FTR) kontrol yöntemi uygulanan model numerik simülasyonlar üzerinden incelenmiştir. Halka şekilli rezonatör üzerinden mekanik olarak modellenemeyen elektrot kapasitansı üzerinden kaçak besleme, montaj ve yerleşim hataları, elektronik bileşenlerin hataları gibi etkenler gürültü olarak sisteme eklenmiş ve FTR kontrol yöntemi uygulanan sistemin geçiş cevapları ile performans değerleri incelenmiştir. Ardından, sisteme gürültü olarak yansıyan bu hataların bastırılarak sistem performansının arttırılması amacıyla Kalman filtresi uygulanmış FTR yöntemi oluşturulmuştur. Bu yöntemde, dönünün ve doğal frekans değerindeki kaymanın neden olacağı değişim nedeniyle değişken durum geçiş matrisi ile Kalman filtresi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Kalman filtresi tasarımında ve sistem modelinde farklı değerler kullanılarak tasarlanan kontrol yönteminin gürbüzlüğü gösterilmiştir. Gerçekleştirilen MATLAB-Simulink numerik simülasyonları üzerinden FTR ve K-FTR yöntemi karşılaştırılarak performans parametrelerinde iyileşme elde edilmiştir. K-FTR yöntemi FTR yöntem ile karşılaştırıldığında, sistemin dönü hassasiyeti 6 °/s değerinden 0.06 °/s değerine ve açısal rastgele yürüyüş (ARW) değeri 0.765 °/hr değerinden 0.046 °/√hr değerine düşerek iyileşme sağlanmıştır.
Balistik darbe tehdidine karşı uçak kompozit yapısallarının tasarımı
Günümüzde savunma sektöründe yaşanan teknolojik gelişmeler, askeri hava araçlarının güvenliği ve dayanıklılığı üzerinde yeni zorluklar ortaya çıkarmıştır. Bu bağlamda, yüksek kinetik enerjiye sahip mühimmatlara karşı uçak yapısallarının tasarımı önemli bir araştırma ve geliştirme alanı haline gelmiştir. Özellikle uçakların balistik tehditlerine karşı hazırlanmış MIL-PRF-46103E standardında yer alan 12.7x99 AP gibi büyük kalibreye sahip mühimmatlar, hava araçlarının güvenliği ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Kompozit uçak zırh yapılarında kullanılan teknik seramik ve kompozit (yüksek performanslı fiberler ve onları bir arada tutan polimerler) malzemeler geleneksel metal zırhlara göre çok daha hafiftir. Bu, uçakların daha fazla manevra kabiliyeti kazanmasına, daha yüksek hızlara ulaşmasına ve daha fazla yakıt tasarrufu sağlamasına yardımcı olur. Seramik malzemeler yüksek sertlikleri sayesinde büyük kalibre mühimmatların kırılmasını ve böylece mühimmatı, kinetik enerjileri düşük şarapneller haline getirmeye yararken, kompozit malzemeler ise kinetik enerjileri düşmüş şarapnelleri yüksek enerji sönümleme kabiliyetleri yardımıyla durdurur. Bu çalışmada balistik çarpışmalara karşı dayanıklı ve hafif yapılar tasarlamak amacıyla, çarpışma anında meydana gelen deformasyonu tahmin edebilen bir sonlu elemanlar modeli geliştirilmiştir. Malzeme karakterizasyon testleriyle ve literatür verileriyle elde edilen malzeme modellerinin doğruluğu her malzeme için ayrı ayrı kontrollü balistik testlerle doğrulanmış olup sonlu elemanlar analizlerinin gerçeğe en yakın olması hedeflenmiştir. Bu çalışma kapsamında kompozit uçak zırhlarının sonlu elemanlar modelleri LS-DYNA yazılımı kullanılarak geliştirilmiştir. Sonlu eleman modelleri verileri ışığında 12.7x99 AP mühimmatı tehdidi için optimum kompozit uçak zırhı üretilmiş ve V50 testleri gerçekleştirilmiştir.
Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş Ti-6Al-4V alaşımının yüksek gerinme hızlarındaki davranışının deneysel ve sayısal yöntemler ile incelenmesi
Bu tez çalışmasında, Lazerle Toz Yatağında Füzyon yöntemiyle üretilmiş Ti-6Al-4V alaşımı, toz karakterizasyonu, ısıl işlem sonrası mikroyapı ve mekanik özellikleri, yüksek gerinim hızı altındaki deformasyonu ve Johnson-Cook malzeme modelinin mikroyapı parametreleriyle ilişkilendirilmesi olmak üzere dört ana başlık altında incelenmiştir. İlk aşamada, orijinal, geri kazanılmış ve sıçrantı olmak üzere üç farklı Ti-6Al-4V toz türü morfolojik, mikroyapısal ve kimyasal olarak analiz edilmiştir. Morfolojik olarak sıçrantı toz haricinde orijinal ve geri kazanılmış tozların kullanıma uygun olduğu belirlenmiştir. Mikroyapıda ise tüm toz türlerinde α′ martenzit fazının olduğu, faz kalınlığının 0.2 ile 0.27 µm, dislokasyon yoğunluğunun ise 1.72 ile 9.38 × 1015 m-2 arasında değiştiği belirlenmiştir. İkinci aşamada, Lazerle Toz Yatağında Füzyon yöntemiyle üretilen Ti-6Al-4V numuneleri 725-950 °C aralığında 2 saat süre ile tavlanmış ve üretim sonrası mikroyapıda ultra ince α fazı, tavlama sonrası ise α+β fazları gözlenmiştir. Tavlama ile α faz kalınlığı 0.32 µm'den 1.09 µm'ye, β faz oranı ise %17'ye çıkmıştır. Dislokasyon yoğunluğu üretim sonrası 3.94×1014 m-2 olarak ölçülmüş, ısıl işlemle önce azalmış (800 °C'de 2.08×1014 m-2), ardından 950 °C'de tekrar artmıştır (3.20×1014 m-2). Tavlama sonrasında süneklik genel olarak artsa da, 875 ve 950 °C'de elde edilen sınırlı artış, α fazının kalınlaşması ve β faz miktarının artmasına bağlanmıştır. Üçüncü aşamada, Split-Hopkinson Basınç Çubuğu sistemi ile 400-1000 s⁻¹ gerinim hızlarında dinamik basma testleri yapılmıştır. Lazerle Toz Yatağında Füzyon yöntemiyle ile üretilen ve ultra ince α fazı içeren numune 1000 s⁻¹'de kırılmış, tavlanmış numuneler ise kırılmamıştır. Bunun nedeni, ultra ince α fazının dislokasyon hareketini ve deformasyonu kısıtlamasıdır. Yüksek gerinme hızı etkisiyle üretim sonrası numunelerde α faz kalınlığında %11 seviyesinde incelme gözlenmiştir. Isıl işlemli α+β mikroyapısındaki numunelerde ise gerinim sertleşmesi α fazının kalınlığını azaltırken, ısıl yumuşama bu azalmanın daha sınırlı kalmasına neden olmuştur. Dördüncü aşamada, deneysel verilerle Johnson-Cook malzeme modeli için A, B, n, C ve m parametreleri belirlenmiş, elde edilen parametrelerle LS-Dyna yazılımında Split-Hopkinson Basınç Çubuğu testleri simüle edilmiştir. Simülasyon ve deneysel veriler arasında yüksek doğrulukta (R² = 0.812 – 0.929) uyum elde edilmiştir. Ayrıca α faz kalınlığı, c/a oranı, faz miktarı ve dislokasyon yoğunluğu gibi mikroyapı verileri ile Johnson-Cook malzeme parametreleri arasında korelasyon matrisi oluşturulmuştur. Bu ilişki sayesinde ampirik regresyon denklemleri geliştirilmiş ve Johnson-Cook malzeme parametrelerinin mikroyapı verileri ile tahmin edilebileceği gösterilmiştir.
Investigation of mechanical and fracture behaviors of additively manufactured polymeric lattice materials
This thesis aims to determine the structure-property relationships with a multi-level method developed based on experimental and numerical analyses to efficiently model the fracture behavior of lattice materials produced from polylactic acid (PLA) material using the material extrusion technique. This method, which constitutes the original value of the thesis, will be used for the fracture analysis of a new cubic lattice cell proposed to eliminate the existing cubic lattice cell deficiencies. Since the lattice materials consisting of struts provide high strength and lightweight and can be produced by additive manufacturing (AM), they have now started to attract attention in the fabrication of final products. However, due to the stacking of the material layer by layer, there are uncertainties and defects in the lattice materials produced by AM. In the material extrusion method, which enables the fabrication of PLA material, which has come to the forefront due to its environmental friendliness, especially in automotive, biomedical, and aviation, it is extremely necessary to predict what kind of failure or defects can occur in order to predict the damages that may occur during applications. In engineering materials, three modes of fracture (or loading) can be experienced in a cracked body: Mode I is the opening mode, mode II is the shearing mode in the crack plane, and mode III is referred to as the tearing mode. Studies concerning the fracture behavior of polymers fabricated by material extrusion usually ignore investigating all three pure fracture modes. To fill this critical gap in the literature, in this thesis, experiments were done using solid fracture specimens as well as lattice specimens to obtain fracture properties for all three modes. Extended finite element method (XFEM) was used to efficiently model the fracture behavior of solid and lattice specimens using the fracture properties extracted from experiments by taking account of geometric variations arising from the AM process. The original contributions of the thesis can be categorized as follows: (1) Examination of the fracture behavior of lattice cells by XFEM (2) Obtaining effective fracture properties through XFEM analyses while considering the geometric uncertainties that occur in the struts in the lattice cells and caused by the material extrusion method. (3) A cubic lattice cell, which can be produced without any support and has high fracture strength, is proposed and the structure-property relations are determined under uncertainties with XFEM fracture analysis.
Hibrit Francis tipi türbin çarkının sayısal yöntemler ile tasarımı ve geliştirilmesi
Francis tipi türbin çarkları, her bir hidroelektrik santralin (HES) hidrolik ve işletme gereksinimlerini karşılayacak şekilde özel olarak tasarlanmaktadır. Türkiye'nin uzun yıllardır işletmede olan önemli santrallerinden biri olan Sarıyar HES, iki farklı çark tasarımına sahip toplam dört üniteden oluşmaktadır. Bu durum, bakım süreçlerinin karmaşıklaşmasına, tasarım sürelerinin uzamasına ve üretim maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Sarıyar HES Rehabilitasyon Projesi kapsamında, bu zorlukların aşılmasına yönelik yenilikçi bir yaklaşım izlenmiş olup tüm ünitelerde kullanılabilecek, yüksek verimli tek tip bir hibrit çark geometrisi geliştirilmiştir. Bu hibrit tasarım, iki ayrı eski tasarımı tek bir ortak tasarıma çevirerek üretim ve montaj süreçlerini sadeleştirmekte ve işletme açısından önemli ekonomik avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmada, hibrit çarkın tasarımı ve analizleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çeşitli işletme koşullarında hidrolik performansı ve kavitasyon davranışı değerlendirilmiştir. Yapılan HAD analizleri, geliştirilen yeni hibrit çarkın türbin veriminde belirgin artış sağladığını ve hidrolik kayıpları önemli ölçüde azalttığını ortaya koymuştur. Ayrıca, optimize edilen kanat çarpma açıları ve akışa uyumlu yönlendirme sayesinde, uzun vadede türbin güvenilirliği açısından kritik öneme sahip olan girdap ve akış ayrılması gibi ikincil yapılar minimuma indirilmiştir. Bu hibrit tasarımın uygulanması, yaşlanmış hidroelektrik santrallerin hizmet ömrünü ve performansını artırmaya yönelik pratik ve yenilikçi bir çözüm örneği oluşturmakta, aynı zamanda yerli mühendislik kabiliyetlerinin gelişimini desteklemektedir. Bu çalışma, tersine mühendislik ile CFD tabanlı optimizasyonun bir arada kullanılması sayesinde, geleneksel rehabilitasyon yaklaşımlarına kıyasla daha düşük maliyetli ve yüksek performanslı alternatifler üretilebileceğini göstermekte ve hidroelektrik sektöründeki benzer projeler için yol gösterici bir metodoloji sunmaktadır.
Bir elektrikli aracın kompozit batarya taşıyıcısının sonlu elemanlar yöntemiyle yapısal analizi
Enerji ihtiyacının hızla artması ve çevre sorunlarının derinleşmesi, otomotiv sektöründe önemli dönüşümlere neden olmaktadır. Bu bağlamda, elektrikli ve hibrit araçlar, çevre dostu yapıları ve yüksek verimlilikleriyle ön plana çıkmaktadır. Elektrikli araçlarda kritik mühendislik problemlerinden biri, batarya taşıyıcıların güvenlik ve performans açısından doğru şekilde tasarlanmasıdır. Batarya taşıyıcılar, bataryayı darbelere karşı korurken, aracın toplam ağırlığını mümkün olduğunca düşük tutmalıdır; çünkü araç ağırlığı, enerji tüketimi ve menzil üzerinde doğrudan etkilidir. Bu tez çalışmasında, alüminyum ve kompozit batarya taşıyıcıların yapısal performansları; ayrıca kompozit malzemelerde serim açısının taşıyıcılar üzerindeki etkisi ve taşıyıcı parçaların bireysel performansları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yapısal performans beş temel kriter doğrultusunda değerlendirilmiş; eğilme direngenliği, burulma direngenliği, modal analiz, direğe yandan çarpma ve alttan darbe senaryoları analiz edilmiştir. Kompozit malzemelerin hasar mekanizmaları da çalışmada dikkate alınmıştır. Analizler, Sonlu Elemanlar Yöntemi ile ANSYS LS-DYNA yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kompozit malzemelerin batarya taşıyıcıların ağırlığını önemli ölçüde azaltırken, yapısal performansta yüksek dayanım ve güvenilirlik sağladığını göstermiştir. Ayrıca, serim açılarının yapısal performans üzerinde belirgin etkileri olduğu ve taşıyıcı parçaların bireysel özelliklerinin bütün tasarım üzerinde kritik rol oynadığı tespit edilmiştir.
Bir uçak kompozit yapısal bileşeninin sürdürülebilirlik odaklı tasarımı
Bu tez sürdürülebilir tasarım ilkeleri doğrultusunda karbon elyaf takviyeli Poly-Ether-Ketone-Ketone (PEKK/KF) matrisli kompozit malzeme rib (kaburga) yapısal uçak parçası üzerinden termoplastik kompozitlerin yeniden şekillendirilebilirlik özelliğini kullanarak çok yönlü bir araştırmayı ortaya koymayı amaçlamaktadır. Tasarım sürecine mekanik performans değerleri yanında; ekonomik, çevresel etki ve döngüsellik kriterlerini de tasarım sürecine dahil ederek bütüncül bir yaklaşım sunulmuştur. Sürdürülebilirlik odaklı yaklaşımla havacılıkta yaygın olan termoset kompozitlere karşı, termoplastik malzemeler yeniden şekillendirilebilir ve döngüsellik özelliğiyle tasarım odaklı bir alternatif olarak ortaya konmuştur. Bu kapsamda, termoplastik yapısal rib (kaburga) parçalarına çoklu termal çevrim (0.–2. çevrim) uygulanmıştır. Yapılan deneysel testlerin sonuçları çevrimlerin mekanik performans karşılaştırmalarına girdi oluştururken; Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (Life Cycle Assessment, LCA) ve Yaşam Döngüsü Maliyeti (Life Cycle Costing, LCC) değerleri yardımıyla çevresel etki ve maliyet karşılaştırmasına veri sağlamıştır. Rib (kaburga) uçak yapısal parçası, Toray Cetex TC1320 PEKK/CF bazlı, 14 katmanlı [45,0,90,-45,90,0,45]_s dizilimli malzemeden üretilmiştir. Parçalar ilk olarak tahribatsız muayene yöntemleriyle taranmıştır. Farklı çevrimlere (0.–2. çevrim) giren parçalardan alınan numunelerde basma testi (ASTM D6641/D3410) ile kiriş(chord) modülü ve basma dayanımı; diferansiyel taramalı kalorimetri (DTK) yöntemiyle kristallenme oranı; termogravimetrik analiz (TGA) yöntemiyle de ısıl bozulma ve kütle değişimi değerleri tespit edilmiştir. Elde edilen veriler tekrarlanan çevrimlerde termoplastik (TP) malzemenin değişen mekanik ve malzeme performansı değerlerine girdi oluşturmaktadır. Sürdürülebilirlik analizinde çok kriterli karar verme metotlarından Analitik Hiyerarşi Süreci (Analytic Hierarchy Process, AHP) ve İdeal Çözüme Benzerliğe Göre Tercih Sıralama Tekniği (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS) yöntemleriyle kullanılmıştır. Bu çalışmada sürdürülebilirlik analizi 3 uzman katılımcı tarafından yapılan değerlendirmeye göre hesaplanmıştır. Termal işlem görmemiş laminat plaka numunesinin maksimum basma kuvveti 4660,4 N, basma dayanımı 233,5 MPa, kiriş(chord) modül 13,4 GPa bulunmuştur. Laminat plakadan 3. çevrime kiriş(chord) modül %58,9 artışla 13,4 GPa'dan 21,3 GPa'ya yükselirken, basma kuvveti %7,8 düşerek 4295,1 N ve buna paralel olarak da basma dayanımı aynı oranında düşerek 214,7 MPa bulunmuştur. Kristallik %15,52'den %20–23 bandına çıkmış; TGA başlangıç bozunma sıcaklığı 550 °C'den 350 °C'ye gerilerken toplam kütle kaybı %12,72'den %20,89'a yükselmiştir. Sürdürülebilirlik analizi değerlendirmesinde hesaplanan TOPSIS yakınlık katsayıları: TP (0. Çevrim) 0,729, termoset (TS) 0,633, TP (1. çevrim) 0,485, TP (2. çevrim) 0,364 olarak bulunmuştur. Çevrim sayısının tekrarlanmasıyla artan kristallik oranı, artan elastik modül eğilimini doğrularken; azalan ısıl kararlılık ve artan mikroyapısal hasarlardan kaynaklı etkilerin dayanımda azalmaya sebep olduğu görülmüştür. Sürdürülebilir odaklı tasarım analizinde çok kriterli karar metoduyla yapılan karşılaştırmada en iyi alternatif TP(0. çevrim) malzemesi olmuştur. Sıralamayı termoset (TS), TP (1. çevrim) ve TP (2. çevrim) malzemeleri takip etmiştir.
Dikey Francis türbin hidrostatik yataklarında yağ akışı davranışının simülasyon ve makine öğrenmesi ile modellenmesi
Bu tez çalışmasında, dikey milli Francis türbinlerinde kullanılan hidrostatik yatakların akışsal ve tribolojik performansını belirleyen temel geometrik parametrelerin etkisi, kapsamlı sayısal akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri ve yapay sinir ağı (YSA) tabanlı bir tahmin–optimizasyon yaklaşımı ile ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yatak geometrisini oluşturan yağ cebi derinliği, yağ cebi yüksekliği, yağ filmi kalınlığı, yağ cebinin açısal kapsama alanı ve şaft çapı gibi kritik tasarım değişkenleri, literatürde kabul gören sınırlar doğrultusunda sistematik biçimde değiştirilmiş ve geniş bir varyasyon seti oluşturulmuştur. Farklı geometrik kombinasyonlar için gerçekleştirilen HAD analizleri sonucunda, yük taşıma kapasitesi, güç kaybı katsayısı, destek kuvvet yönelim açısı ile yağ cebi ve yağ filmi bölgelerine ait basınç ve hız dağılım indeksleri elde edilmiştir. Bu analizler, geometrik parametrelerin hidrodinamik davranış üzerindeki etkilerini çok boyutlu bir tasarım uzayı içerisinde ortaya koymuş ve hidrostatik yatak performansının fiziksel eğilimlerine ilişkin kapsamlı bir veri tabanı oluşturmuştur. Elde edilen bu veri seti kullanılarak, performans çıktıları ile geometrik parametreler arasındaki ilişkileri modelleyen çoklu çıkışlı bir yapay sinir ağı yapısı geliştirilmiştir. Model, K-katlı çapraz doğrulama analizleriyle değerlendirilmiş ve kritik performans göstergelerinde yüksek doğruluk sergilemiştir. Eğitim sürecinde, her çıktıya özel yapıda oluşturulan bağımsız ağlardan alınan ortalama tahminler kullanılarak modelin genelleme kabiliyeti güçlendirilmiştir. Model başarımı; Pearson korelasyon katsayısı (R), determinasyon katsayısı (R²) , kök ortalama kare hata (RMSE) ve ortalama yüzde hata (MAPE) metrikleriyle değerlendirilmiş ve tüm hedef çıktılar için yüksek tutarlılık elde edilmiştir. YSA modelinin yalnızca tahmin amacıyla değil, aynı zamanda optimizasyon sürecinde kullanılabilmesi için fonksiyonlar geliştirilmiştir. Bu fonksiyonlar, fiziksel kısıtlar ve standart tolerans aralıkları dikkate alınarak farklı geometrik kombinasyonları hızlı şekilde taramakta ve çok kriterli karar verme yaklaşımıyla optimum yatak geometrisini belirlemektedir. Böylece HAD tabanlı yüksek maliyetli optimizasyon döngülerine duyulan ihtiyaç azalmakta; tasarım süreci hem hız hem de doğruluk bakımından önemli ölçüde iyileştirilmektedir. Model çıktılarını rasyonalize etmek amacıyla uygulanan özgün duyarlılık analizinde; performans kazanımını ölçen İyileştirme Başarısı Katsayısı (Cpi) ve imalat toleranslarına karşı kararlılığı test eden Çözüm Hassasiyet Katsayısı (Spi) tanımlanmıştır. Bu analizler, performansa en çok katkı sağlayan kritik değişkenlerin izolasyonuna ve olası imalat hatalarının etkisinin belirlenmesine olanak tanımıştır. Böylece, elde edilen optimum çözümlerin endüstriyel uygulama için gerekli olan güvenilirlik ve sürdürülebilirlik kriterlerini karşıladığı ortaya konmuştur. Bu çalışma, hidrostatik yatak tasarımında sayısal analizler ile veri odaklı tahmin yöntemlerini birleştiren hibrit bir mühendislik yaklaşımı sunmakta olup; performansın kritik parametrelere bağlı olarak nasıl değiştiğini kapsamlı bir şekilde ortaya koymakta ve gelecekte yapılacak tasarım, iyileştirme ve otomatik optimizasyon çalışmalarına güçlü bir temel oluşturmaktadır.
Farklı mikrofin yapıları etrafında akış kaynamasının sayısal analizi
Geleneksel boyutlar yerine daha küçük boyutlarda üretilen elektronik cihazlarda oluşan yüksek ısı akısı, sistemlerin performansının düşmesine ve çeşitli arızalara neden olmaktadır. Elektronik cihazların soğutulmasında kullanılan mikrokanallı ısı değiştiricilerin, tasarımlarında yapılacak değişiklikler soğutma verimliliğini artırabilmektedir. Bu uygulamalardan biri, mikrokanallı ısı değiştiricilerde kullanılan mikrofinlerin tasarımlarının değiştirilmesi ile ısı değiştiricilerin geliştirilmesidir. Bununla birlikte dielektrik çalışma akışkanlarının kullanılması ile daha güvenli ve etkili bir soğutma sağlanabilmektedir. Termal yönetimi sağlamak amacıyla kullanılan ısı transferi yöntemleri arasından, faz değişiminin söz konusu olduğu soğutma sistemleri, başarılı bir uygulama olarak görülmektedir. Faz değişiminin bulunduğu soğutma sistemleri, buharın gizli ısısını kullanarak optimum ısı dağılımına olanak sağlar. Çift fazlı akış, bu özelliği sayesinde tek fazlı akışa göre ısı transferi açısından daha avantajlı hale gelmektedir. Soğutma problemi, çift fazlı akış ile çözülmeye çalışılsa da ısı transferinde ve akışkan kaynama karakteristiklerinde oluşan mekanizmaların tam olarak anlaşılamaması, bu alanda yapılan çalışmalara yönelimi artırmıştır. Mikrokanallı ısı değiştiricisi ile soğutma sağlayan sistemlerde, kanal içerisindeki akışkanın kaynaması sonucunda oluşan ısı transferi mekanizmasını yorumlamak amacıyla yapılan deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmaktadır. Deney çalışmalarının zorluğu ve artan maliyetlerden dolayı, bu transfer mekanizmalarını daha detaylı incelemek adına sayısal çalışmalara olan yönelim artmıştır. Bu çalışmada, mikrokanallı ısı değiştiricilerde yer alan, ısı transferinin artmasına olanak sağlayan mikrofin yapılarındaki şekil değişikliklerinin, ısı transferi katsayısına olan etkileri incelenmiştir. Literatürde daha önce incelenen mikrofin şekillerine ek olarak, mikrokanallı ısı değiştirici içerisinde hidrolik çapları eşit olan, farklı en/boy değerlerine sahip, elips mikrofinler ile zamana bağlı nümerik analiz çalışması gerçekleştirilmiştir. Fin duvarlarına 50, 100, 150 kW/m2 olmak üzere üç farklı sabit ısı akısı tanımlanmıştır. Novec649 dielektrik çalışma akışkanı, 0.5 m/s ve 1 m/s sayılarında sabit hız ile akış alanına girmektedir. Çalışmada, mikrofin çevresine tanımlanan ısı akıları ile ısınan, Novec649 akışkanının kaynamasıyla birlikte, kanal içerisine yerleştirilen farklı şekillerdeki elips mikrofinlerin etrafında oluşan kabarcık dinamiği incelenmiştir. Sayısal analiz sonucunda elde edilen mikrofinlerin oluşturduğu ısı transferi katsayısı ve buna bağlı olarak ısı transferi performansını iyileştiren mikrofin şeklini bulmak amaçlanmıştır. ANSYS Fluent 2023 R1 modülü kullanılarak oluşturulan simülasyonda, VOF metodu kullanılarak 6 farklı sınır koşulu ile sayısal analiz yapılmıştır. Isı transferi performansını etkileyen koşullar değerlendirilerek, en yüksek ısı transferi katsayısına sahip mikrofinin, 3.88 mm boy ve 3.88 mm genişliğe sahip elips şekli olduğu görülmüştür.
İtfaiye hortumunun kurutma parametreleri ve uygun kurutucu seçimi
İtfaiye istasyonlarında yangın söndürme, su çekme vb. gibi işlemlerde kullanılan yangına müdahale hortumlarının kurutulması için mevcut durumda doğal kurutma kullanılmaktadır. Kullanımlarından sonra itfaiye istasyonlarında temizliği ve bakımı yapılan yangına müdahale hortumlarının, uzun ömürlü olabilmesi için kurutularak depolanması gerekmektedir. Burada amaç, hortumların yıpranmasının geciktirilmesi ve içlerindeki suyun kurutularak, hortumların ağırlığını azaltmak ve bu sayede olay esnasında en hızlı kullanımın sağlanması için belirlenmiş tekniklerden olan serme toplama yöntemlerine göre hortumların depolanabilmesidir. Mevcut durumda kurutma işlemi için kullanılan doğal kurutma özellikle hava şartlarından çabuk etkilendiği ve yavaş olduğu için alternatif yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışma ile doğal kurutmaya alternatif kurutma yöntemleri incelenmiştir. Bu sayede enerjiden ve zamandan tasarruf ederek verimsiz çalışma saatlerinde de azalmaya gidilmesi hedeflenmiştir. Mikrodalga kurutucu ve bantlı tip tünel kurutucu kullanılarak 30, 60 ve 90 dakika boyunca su emmesi sağlanan yangına müdahale hortumlarına kurutuma işlemi uygulanmıştır. Mikrodalga kurutucuda 120 W, 350 W ve 460 W güç değerlerinde, bantlı tip tünel kurutucuda ise 50 ⁰C, 60 ⁰C ve 70 ⁰C sıcaklık değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre nem analizi, enerji tüketim analizi, termal ölçümler, mukavemet analizi, SEM görüntüleri değerlendirmesi, kuruma hızı hesaplaması, difüzyon katsayısı ve aktivasyon enerjisi hesaplamaları yapılmıştır. Ayrıca deney sonuçlarından elde edilen veriler ile Approximation of Diffusion, Verma et al., Two Term Exponantial, Henderson & Pabis, Newton, Wang & Singh, Midilli et al., Copace, ve Logarithmic modeller kullanılarak matematiksel modellemeleri de yapılmıştır. Modelleme sonuçlarına göre bu çalışma için en uygun modelin Logaritmik olduğu anlaşılmıştır. En az enerji tüketimi ve en kısa sürede kurutma 460 W güç değerinde mikrodalga kurutucu ile yapılan deneyde görülmüştür. Deneylere ait tüm sonuçlar değerlendirildiğinde iki tip kurutmanın da mekanizmaları farklı olduğu için farklı kuruma süreleri ile farklı enerji tüketimleri gözlendiği ancak genel sonuç olarak mikrodalga kurutmanın bantlı tip kurutmaya göre daha verimli gerçekleştiği anlaşılmıştır.
Düşük karbonlu saçların gaz altı kaynağında termal çarpılma etkilerinin incelenmesi
Bu çalışmada düşük karbonlu çelik plakaların kaynak ısı girdisi altında termomekanik analizi deneysel ve numerik olarak incelenmiştir. Plakalarda kaynak ısı girdisi akım ve kaynak hızı kontrolü sağlanan bir Tungsten İnert Gaz (TIG) kaynak düzeneğiyle sağlanmıştır. Termal çökme sonuçları üç boyutlu koordinat ölçüm cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Numerik analiz sonlu elemanlar analizi programı Ansys kullanılarak termal ve mekanik analiz kısımlarını içeren üç boyutlu bir modelle gerçekleştirilmiştir. Numerik analizde gauss ısı akısı yaklaşımı kullanılarak deneysel olarak hesaplanan ısı girdisi etkileri incelenmiştir. Isı girdisi altında saç metalin mekanik özelliklerinin değişimi çekme testi, mikrosertlik ölçümleri ve mikroyapı ölçümleriyle değerlendirilmiştir. Çekme numunelerinde ana metalden kopma gerçekleşmiştir. Kaynak amper değerine ve kaynak hızına bağlı olarak numune mukavemetleri ve yüzde uzamalarında düşüş gerçekleşmiştir. Kaynak ısısı tesirindeki kısımların mikrosertlik değerleri ana metalden yüksek çıkmıştır. Düşük kaynak hızlarında numunede ısı tesiri altındaki bölgede Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ölçümlerinde tane büyümesi gözlenmiştir. Numerik analiz çökme sonuçlarıyla deneysel çökme testi sonuçları arasında iyi bir uyum gözlenmiştir. Numerik analizde kaynak bölgesinde akma sınırında çekme artık gerilmeleri belirlenmiştir.
Prototip bir sarkaç tipi darbe test cihazı tasarımı ve farklı alüminyum alaşımlarının kırılma özelliklerinin belirlenmesi
Bu yüksek lisans çalışmasında ASTM E23 ve TS EN ISO 148-1 standartlarına uygun 32 ve 33,3 J kapasiteli prototip bir Charpy, Izod darbe cihazı tasarım ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Araştırmada geliştirilen darbe test cihazı ile ETİAL-160, ETİAL-171, ETİAL-177, ETİAL-195 ve AC2A alüminyum alaşımlarının testleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan testler sonucunda sırasıyla Charpy ve Izod test sonuçları ETİAL-160 için 2,4 J ve 6 J, ETİAL-171 için 2,3 J ve 6,5 J, ETİAL-177 için 2,9 J ve 6,2 J, ETİAL-195 için 4,9 J ve kırılmadı, AC2A için 1,65 J ve 3,6 J olarak ölçülmüştür. Yapılan testler darbe cihazının doğru çalıştığını göstermiştir.
Östemper ısıl işleminin en GJS 650 ferritik sfero dökme demirin mekanik özelliklerine etkisinin araştırılması
Bu çalışmada amaç çözelti sertleştirmesiyle mukavemetlendirilen ferritik küre grafitli dökme demirlerin mekanik özelliklerine östemper ısıl işleminin etkisini araştırmaktır. Numuneler Y-formunda ASTM A571M ye göre kum döküm ile üretilmiştir. Optik, taramalı mikroskoplar ve XRD yardımıyla malzemelerin mikroyapısı incelenmiştir. Sertlik, darbe ve çekme testleri yardımıyla numunelerin mekanik özellikleri incelenmiştir. Darbe testi sonrası kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Östemper ısıl işlemi sonrası yapıda %70 ferrrit ve %30 beynit oluşumunun en yüksek darbe tokluğu, akma mukavemetini verdiği belirlenmiştir. Mikroyapıdaki ösferrit fazı yapının sünekliği, tokluğu, ve uzama kabiliyeti üzerinde olumlu etki oluşturmuştur. Numunelerin mekanik özelliklerinin büyük ölçüde yapıdaki ösferrit ve kalıntı östenit oranına bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir. Çözelti sertleştirmesiyle mukavemetlendirilen ferritik küre grafitli dökme demirlerin talaşlı imalatlarının kolay olması endüstriyel ölçekte maliyetleri düşürmektedir. Östemper ısıl işlemi bu tip malzemelerin deformasyon esnasında akma mukavemetlerini uzama kabiliyetlerini matriste bulunan ferritik faz yardımıyla artırırlar. Isıl işlem mukavemeti artırır ve süneklilk bir yapıda oluşan beynit fazı sebebiyle bir miktar düşer. Yapıda yüksek silis konsantrasyonu karbür oluşumunu engeller ancak çözelti sertleşmesiyle mukavemet artışını da sağlamış olur. Yüksek akma mukavemetinin yanında diğer avantajlar olarak çok iyi talaşlı izlenebilirliği ekleyebiliriz. Mevcut çalışmada çözelti sertleşmesi ile mukavemetlendirilen ferritik küre grafitli dökme demirlerde östemper ısıl işlem parametrelerinin mikrosertik, tokluk ve çekme mukavemeti üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Düz dişli profil ve istikamet sapmalarının pompalarda ses ve verim üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi olarak hazırlanan bu çalışmada, dişlilerdeki profil ve istikamet sapmalarının düz dişli geometrisine sahip bir dişli pompanın çalışma sesine ve verimine olan etkisi incelenmiştir. Bir pompa tasarımından yola çıkılarak; pompanın boyutlandırılmasında kullanılan tasarım girdileri, tasarım formülleri ve tasarımın şekillendirilmesi ile ilgili temel bilgiler verilecektir. Tez çalışması sırasında, dişli kalite parametreleri olan dişli profil ve istikamet hataları detaylı olarak incelenecektir. İmalat sonrasında ölçüm cihazıyla ölçülen numune dişliler, bu sapma aralığına, yani kalitelerine göre kategorize edilecektir. Farklı kalitelere sahip dişlilerden meydana gelen pompalar ses odasında test edilerek, pompaların hem çalışma sesi hem de çalışma verimleri incelenecektir. Bu sayede dişli profil ve istikamet sapmalarının etkileri ile ilgili bir sonuca varılacaktır.
Farklı yapay yaşlandırma sürelerinin 6XXX serisi alüminyum alaşımlarının mekanik özelliklerine etkisi
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmada, farklı magnezyum ve silisyum seviyelerine sahip alüminyumların farklı ısıl işlem periyotlarında dayanım özellikleri ve sertlik değişimleri gözlemlenmiştir. Farklı alaşımlara uygulanan mekanik testler sonucunda, 6082 alaşımının kullanımının, yüksek mukavemet istenen durumlarda 6060 ve 6063 alaşımına göre daha az maliyetli olduğu, ısıl işlem süresinden tasarruf sağlanarak enerji maliyetlerinin düşürüldüğü sonucuna varılmıştır. 12 saat ısıl işlem süresine sahip, 1070 saf alüminyum ve 6063, 6060 ve 6082 alaşımlarından, 16 HW ile en sert malzemenin 6082 alaşımı olduğu ve bazı 6082 alaşımlı numunelerin kırılmadığı tespit edilmiştir.
Dental uygulamalarda yumuşak doku genişletici hidrojellerin sentezi, karakterizasyonu ve şişme kinetiği
Hidrojeller, su absorplama ve desorplama yeteneğine sahip hidrofilik homopolimer veya kopolimerlerden meydana gelen çapraz bağlanmış üç boyutlu ağ yapılarıdır. Doğal veya sentetik polimerlerden ya da her ikisinin belirli bir oranda kombinasyonuyla sentezlenebilirler. Doğal polimer bazlı hidrojeller canlı dokularda toksik etki göstermediklerinden yüksek biyouyumludur. Hidrojeller su içerisinde karakteristik özelliklerine bağlı olarak belirli bir denge hacmine kadar şekillerini koruyarak şişerler. Yumuşak doku genişletme, doku eksikliklerinin giderilmesinde uygulanan bölgedeki sağlıklı komşu dokuların farklı teknik ve yöntemlerle tedavide kullanılmasıdır. Bu çalışmada, dental uygulamalarda yumuşak doku genişletici olarak kullanılması planlanan kitosan, kitosan-hyaluronik asit, kitosan-jelatin, jelatin-hyaluronik asit ve kitosan/hyaluronik asit/jelatin hidrojellerinin sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilerek şişme davranışları ve şişme kinetikleri incelenmiştir. Kitosan hidrojellerinin sentezinde %0.4'lük ve %0.6'lık konsantrasyonlara sahip farklı glutaraldehit (GA) çapraz bağlayıcı konsantrasyonu kullanılmıştır. Farklı çapraz bağlayıcılar (glutaraldehit ve hidroksiapatit) kullanılarak kitosan-hyaluronik asit hidrojelleri sentezlenmiştir. Hidroksiapatitin çapraz bağlayıcı olarak kullanıldığı sentez gama radyasyon sentezi ile gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen hidrojellere distile su içerisinde dinamik şişme testleri uygulanarak şişme davranışları ve şişme kinetiği incelenmiştir. Yumuşak doku genişletici olarak kullanılması ön görülen hidrojellerin 5-Fluorourasil antikanser ilacında şişme davranışları incelenmiş ve ilaç emilimleri belirlenmiştir. Sentezlenen hidrojellerin karakterizasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ile yapılmış ve yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Çalışma sonucunda, dengede %1363 kütlece şişme oranıyla en uygun şişme profili glutaraldehit çapraz bağlayıcı kullanılarak sentezlenen kitosan-ko-hyaluronik asit (GA) hidrojelinde görülmüştür. Dental uygulamalardaki yumuşak doku genişletici olarak, hidrofilik yapısı nedeni ile en yüksek derecede şişme kapasitesi ve ilaç emilimi nedeniyle kitosan-ko-hyaluronik asit (GA) hidrojelinin kullanabileceği öngörülmüştür.
Düzlem içi yük etkisindeki polimer matrisli kompozit kirişlerin elasto-plastik gerilme analizi
Kompozit kirişler, yapılarda ve makine elemanlarında farklı yükleme şartlarında kullanılan, en az iki malzeme türünden oluşan ve çeşitli konstrüksiyonlarda üretilebilen yapısal elemanlardır. Bu çalışmada, polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit kirişin düzlem içi yük etkisinde elasto-plastik gerilme analizi 5. dereceden üniform olmayan bir polinom olarak önerilen Airy Gerilme Fonksiyonu ile elastisite probleminin çözümü sağlanmıştır. Kiriş malzemesi olarak Cr-Ni çelik fiberlerle güçlendirilmiş polietilen matrisli kompozit alınmış ve malzeme ideal elasto-plastik kabul edilmiştir. Elasto-plastik çözüm için Tsai-Hill Akma Kriteri kullanılmıştır. Basit destekli ve ankastre kiriş olmak üzere iki farklı sınır koşulunda fiber açısının sonuçlara etkisi incelenmiştir.
Ağır ticari araç hidrolik direksiyonlarında kullanılan burulma millerinin burulma katsayılarının deneysel olarak belirlenmesi
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, burulma testlerinin gerçekleştirilebileceği dikey konfigürasyonlu iki farklı test düzeneği oluşturulmuştur. Düzeneklerin çalışma başarılarının belirlenmesi için, ağır ticari araç hidrolik direksiyon dişli kutularında kullanılan, direksiyonun sertlik hissini ve geri toplamasını sağlayan 5 farklı geometrik ölçüdeki burulma mili test numunesi olarak kullanılmıştır. Farklı geometrik özelliklerdeki burulma millerinin matematiksel olarak teorik burulma katsayıları ve maksimum burulma açısı olan 7° burulma için boyun tork değerleri hesaplanmıştır. Aynı hesaplamalar ANSYS Structural ile Sonlu Elemanlar Analizi gerçekleştirilerek de yapılmış ve teorik ve numerik olarak hesaplanan değerler arasında en yüksek fark \% 2,25 görülmüştür. Oluşturulan ilk düzenekte tork-açı sensörü ile numunelerin burulma katsayıları ölçülmüştür. Ardından kurulan ikinci test düzeneğinde servomotor ve tork sensörü kullanılarak numuneler +/- 7° burulmaya maruz bırakılmıştır. Testler her numuneden 3 farklı örnek kullanılarak 5 tekrarda gerçekleştirilmiştir. Testler sonucunda kaydedilen tork değerleri ile numunelerin burulma katsayıları hesaplanmıştır. Bu değerler, teorik,sonlu elemanlar analizi ve tork-açı sensörü ölçümünde elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. 2 numaralı test düzeneğinde yapılan ölçümlerde, teorik ve SEA sonuçlarına göre en fazla yaklaşık \% 3'lük bir fark olmuştur. Tork-açı sensörü ölçümünde genel olarak tork değerleri ve burulma katsayıları yüksek çıkmıştır. Oluşturulan iki farklı düzeneğin başarısı değerlendirildiğinde servomotor ve tork sensörü kullanılan 2 numaralı test düzeneğinin daha başarılı sonuçlar verdiği değerlendirilmiştir.
Dokumasız tekstil ile üretilen spunlace kumaşın bulanık mantık yöntemi ile kalite iyileştirmesi
Spunlace kumaş dokumasız tekstil alanında hızla gelişmekte olan bir üründür. Günümüzde sıkça kullanımı artmakta olan bu ürün hatasız ve kaliteli şekilde üretilmesi gerekmektedir. Yapılan literatür araştırmalarından yola çıkarak spunlace kumaşın giderek kullanım alanlarının genişlediği ve tüketiciler açısından önemli bir yeri olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, spunlace kumaş üreten tesis ele alınmıştır. Bu tesiste üretimin hatasız ve kaliteli olarak üretilebilmesi için yapay zeka yöntemi ve bulanık mantık denetleyicisi kullanılmıştır. Ürünlerin kalite standartlarının belirlenmesi amacıyla daha önceden üretilmiş olan ürünlerin referans değerleri kullanılmıştır. Bu referans değerlerini yapay zeka yöntemleri ile birlikte kullanarak sürekli üretilen ve üretilmesi muhtemel olan ürünlerin istenilen kalite standartlarına uygun mukavemet değerleri tahmin edilmiştir. Tahmin edilen bu mukavemet değerlerini (enine kopma (N) ve boyuna kopma (N)) üretimin başından sonuna kadar sabit tutmak için su jetinde kullanılan doğru akım elektrik motorları, bulanık mantık denetleyicisi tarafından motorların devirleri istenilen referans değerlerine göre sabit tutularak istenilen kaliteli üretim elde edilmiştir.
GGG 50 küre grafitli dökme demirin Cr-Mo takviyesi ile aşınma direncinin iyileştirilmesi
Proje kapsamında Molibden-Krom katkılı GGG50 malzemesi üretilip, bu malzeme belirli aşamalardan geçtiğinde, gerekli analiz, görüntüleme ve test sonuçları elde edildiğinde, küre grafitli dökme demirin değişken şartlarda kazandığı farklı mekanik özellikler doğrultusunda bazı takım çeliklerinin yerine yüksek aşınma direnci, yüksek darbe direnci katarak ağır işletme şartlarına haiz birçok alanda kullanılabilecek yeni bir malzeme sunulması anlatılmıştır.
Kum döküm ile üretilen DIN X210Cr12 soğuk iş takım çeliklerinde ısıl işlemlerin abraziv aşınma dayanımına etkisi
Bu çalışmada kullanılan numuneler kum döküm yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretilen numuneler, Mo (Molibden) takviyeli ve Mo takviyesiz olarak üretilmiştir. Üretilen numunelere farklı sıcaklık, bekleme süresi ve soğutma ortamı gibi kıyas parametreleri kullanılarak ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlem uygulanan numuneler parlatma işlemine tabi tutularak SEM görüntüleri alınmış ve numunelerin içi yapıları incelenmiştir. Numuneler belirli süre ve mesafe parametrelerine bağlı olarak, kum zımpara kullanılarak farklı yükler altında abraziv aşınma deneyine tabi tutulmuştur. Aşınma deneyi sonrası sonuçlar; uygulanan yük, aşınma miktarı, Mo varlığının etkilerine göre mukayese edilmiştir. Numunelerin mikro vickers sertlik ölçümleri yapılarak incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonrasında, belirli ısıl işlem parametrelerinin ve Mo takviyesinin, soğuk iş takım çeliğinin sertlik ve aşınma direnci üzerinde olumlu sonuçlar ortaya koyduğu belirlenmiştir.
Akışkan yataklı kurutucu performansını etkileyen faktörlerin optimizasyonu
Bu çalışmada akışkan yataklı kurutucuda yatak yüksekliği, hava hızı ve hava sıcaklığı gibi parametrelerin kurutmaya olan etkisi teorik, analiz ve deneysel olarak incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda %3 ilk nem değerine sahip tuz ürünü kullanılmıştır. Minimum akışkanlaştırma hızı, Arşimet sayısı, Reynolds sayısı gibi değerler bulunarak basınç düşümü değeri hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler MFIX programında yapılan analizler ve pilot tip statik akışkan yataklı kurutucu ekipmanında yapılan denemeler ile karşılaştırılarak doğruluğu kontrol edilmiştir. Akışkan yatak durumunda parametreler karşılaştırıldığı zaman, teorik hesaplamalarda hava hızındaki artışın basınç düşümüne etkisinin daha fazla olduğu sonucuna ulaşılsa da analizlerde yatak yüksekliğinin daha etkili olduğu görülmüştür.
Bir ekonomizer tasarımı ve nümerik analizi
Atık ısı ile birlikte kazan besi suyunun ısıtılmasını ve enerji geri kazanımını sağlayan ısı değiştiricileri ekonomizer olarak adlandırılmaktadır. Bu çalışmada, atık ısının sisteme geri kazandırılma yöntemleri ve ekonomizer uygulamaları detaylı olarak ele alınmıştır. Fırından çıkan atık baca gazı ısısından yararlanılarak bir ekonomizer tasarımı, teorik hesaplamaları ve nümerik analizi yapılmıştır. Tasarımda, bir kablo firmasında kullanılan yanma testi fırınına ait veriler kullanılmıştır. Duman gazından suya olan ısı transferinde, duman gazı tarafındaki ısı iletim katsayısının su tarafına göre düşük olması sebebi ile ekonomizer tasarımında kendinden kanatçıklı serpantinler kullanılarak ısı geçiş miktarı arttırılmıştır. Ekonomizer tasarımı hesaplamalarında, logaritmik ortalama sıcaklık farkı ve ε - NTU metotlarından yararlanılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda, 288,24 m^2 yüzey alanına sahip ve kendinden kanatçıklı 120 adet serpantinden oluşan, 6 geçişli ve 5 sıralı bir ekonomizer tasarlanmıştır. Ekonomizerde kullanılan ısı değiştiricinin etkenliği 0,71 olarak hesaplanmıştır. Boru ve kanatçıklarda kullanılan materyal, ısıl iletkenlik katsayısının yüksek olması sebebi ile bakır olarak seçilmiştir. 20°C'de sıcaklığında ve 500 litre boiler tankında bulunan su, tasarlanan ekonomizer ile birlikte 60°C sıcaklığa 435 saniyede arttırılmıştır. Yanma testi fırını, her bir kablo grubu için 25 dakika çalışmaktadır. Tasarımı özgün kılan noktalardan birisi, ekonomizer yardımı ile yaklaşık 7 dakikada ısının sisteme geri kazandırılmasıdır. Ekonomizer sisteme dâhil edildiğinde baca gazı sıcaklığının 71,2°C'den 50°C'ye azaldığı görülmektedir. Böylece, baca gazı soğutularak daha düşük bir sıcaklıkta atmosfere atılacaktır. Tasarımı ve teorik hesabı yapılan ekonomizerin, ANSYS CFD programında sonlu elemanlar yöntemi ile birlikte nümerik analizi yapılmıştır. Teorik hesaplama sonuçları ve nümerik analiz sonuçlarının uyum içerisinde olduğu görülmüştür.
Dikey tip akışkan yataklı kurutucuda silis kumun kurutma prosesinin incelenmesi
Kurutma veya dehidrasyon, mikrobiyal bozulmaların ve kimyasal reaksiyonların yavaşlatılması veya durdurulması amacıyla katı maddeden su gibi uçucu sıvının uzaklaştırılması işlemidir. Bu çalışmada dikey tip akışkan yataklı kurutucuda silis kumun kurutulmasında partikül boyutu, sıcaklık ve kek yüksekliği parametreleri değişimlerinin kurumaya olan etkisi deneysel, teorik ve analiz olarak incelenmiş ve kurutma parametrelerinin basınç düşüşüne olan etkisi belirtilmiştir. Silis kumun kurutulmasında minimum akışkanlaşma hızının tahmini için, deney ve literatürde var olan korelasyonların uyuşma durumu karşılaştırılıp sapmaları incelenmiştir. Silis kumunun kurutulmasının avantajı iyi akış karakteristiği sağlaması ve farklı katkı maddeleri ile daha iyi karışmasıdır. Günümüzde kum kurutma işlemleri çok farklı sistemlerle yapılmaktadır. Kullanılan dikey tip akışkan yataklı kurutucu 108 mm çapında, 151 mm ürün haznesi boyunda ve toplam yüksekliği 853 mm olan paslanmaz çelikten imal edilmiş bir kurutucudur. Deneylerde kullanılan silis kumunun ilk nem içeriği yaş baza göre %9,57 olarak belirlenmiştir. Kurutma deneyinde kuruma prosesine etki eden faktörlerden; sıcaklık, kek yüksekliği ve partikül boyutu parametreleri 3'er farklı değerde incelenmiştir. Tüm deney sonuçları karşılaştırıldığında silis kum numunesinin kurutma sıcaklığının artışıyla nem kaybının hızlandığı, yatak yüksekliğindeki artışın basınç düşümünü de arttırdığı gözlemlenmiştir. Minimum akışkanlaştırma hızının parçacık boyutuyla doğrudan ve sıcaklıkla ters orantılı olarak değiştiği belirlenmiştir.
Traktör üst koruyucu yapılarda polimer matrisli kompozit kullanımının incelenmesi
Bu araştırmada SMC Kompozit malzemelerin günümüz traktörlerinde üst koruyucu yapı (FOPS) olarak metal malzemelerin yerine kullanılabilirliği araştırıldı. Üst koruyucu malzeme olarak SMC-R25 kompozit malzemesi seçildi. Üst koruyucu testi olarak OECD code 10 standardı kullanıldı. Bu test hem fiziksel hem de sayısal yöntem ile gerçekleştirildi. Fiziksel test, Hattat 3000 serisi traktörün SMC-R25 malzemeden yapılan FOPS'unüzerinde gerçekleştirildi. Sayısal yöntem çözümü için bir explicit çözücü olan radioss kullanıldı. Çözüm algoritması için radioss içinde bulunan Tsai-Wu hasar kriterine ve Chang-Chang uygun çalışan Law 25 malzeme kartı seçildi. Malzeme sınır değerlerini belirlemek için Hattat 3000 serisi traktörün FOPS üretim bantından DIN EN ISO 527-4 'e göre 0°, 90° ve 45° numunelere yapılan çekme ve basma testi yapıldı. Elde edilen sınır koşular doğrultusunda yapılan sayısal çözüm ile fiziki test karşılaştırıldığında çözümün örtüştüğü gözlemlendi. SMC-R25 malzemesinin OECD kod 10 testini geçe bilmesi için min. 14mm kalınlığa sahip olması gerektiği tespit edildi. Bu sayısal çözüm aynı geometriye sahip SMC 65 kompozit- S235JR (St37-2) metal malzemesi üzerinde de gerçekleştirildi ve SMC-R65 malzemesi, traktörlerin FOPS yapıları için düşük alaşımlı çeliklere alternatif olabileceği kararı verildi.
Makine imalat sektöründe kullanılan takım uçları için yapay zekâ ile kestirimci bakım uygulamaları
Bu çalışmada verileri alınan makineler için anomali tespiti ile kestirimci bakım yaklaşımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın konusuyla ilgili literatür taraması yapılmıştır ve önceki çalışmalara ait görüşler açıklanmıştır. Makinelerin devam eden ömründe gerçekleşen olası arızaları önlemek veya önceden gerçekleşebilecek hatalardan haberdar olabilmek için, çalışmak istenen makinenin verileri toplanıp, belirli türlerde anomali tespiti yapılıp anomali durumlar tespit edilerek bu sayede gelecekte geçekleşebilecek olası arızalardan kaçınılmaya çalışılmıştır.