Katmanlı imalat yöntemi ile üretilen kafes yapıların farklı teknikler ile yapısal dayanımın incelenmesi
Investigation of the structural strength of lattice that parts produced with the additional manufacturing method using different techniques
- Tez No: 1011507
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPEREN ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kafes yapılar, homojenleştirme metodu, katmanli üretim, üç nokta eğilme testi, basma testi, Katmanlı üretim, Sonlu elemanlar analizi, Lattice structures, homogenization method, additive manufacturing, three-point bending test, compression test, Finite element analysis
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Katmanlı İmalat Yöntemi İle Üretilen Kafes Yapıların Farklı Teknikler İle Yapısal Dayanımın İncelenmesi Kafes (latis) yapılar, yüksek mekanik dayanım, enerji emme kapasitesi, rijitlik ve hafiflik gibi üstün özellikleri sayesinde mühendislik uygulamalarında geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Ancak kafes yapıların karmaşık hücresel desenleri, detaylı yük aktarım yolları ve yüksek serbestlik derecesi (DOF) sayısı, bu yapıların sayısal analiz ve optimizasyon süreçlerini oldukça zorlaştırmaktadır. Özellikle topoloji optimizasyonu gibi süreçlerde, geometrinin her bir detayının ayrı ayrı modellenmesi yüksek hesaplama maliyeti, uzun çözüm süreleri ve büyük veri işleme gereksinimleri doğurmaktadır. Bu zorlukları aşmak amacıyla geliştirilen sayısal yaklaşımlar arasında yer alan homojenleştirme (homojenizasyon) yöntemi, karmaşık geometrilere sahip yapılarda önemli bir sadeleştirme sağlar. Bu yöntemde, yapıyı temsil eden birim hücre üzerinde periyodik sınır koşulları tanımlanarak elde edilen ortalama elastik enerjiye dayalı eşdeğer ortotropik veya anizotropik malzeme özellikleri, makro ölçekteki modele aktarılır. Böylece, yapı daha basit bir temsil üzerinden analiz edilerek global mekanik tepkiler daha kısa sürede ve düşük hesaplama yoğunluğu ile tahmin edilebilir. Bu tez çalışmasında, küresel merkezli kübik (BCC), petek (honeycomb) ve gyroid olmak üzere üç farklı kafes tipi seçilmiş ve her bir yapı için yoğunluk sabit tutulmak koşuluyla üç farklı birim hücre boyutuna sahip numuneler üretilmiştir. Numuneler üzerinde basma ve üç nokta eğilme (three-point bending) testleri gerçekleştirilmiş; deneysel sonuçlar sayısal analizlerle karşılaştırılarak homojenleştirme yönteminin doğruluğu ve uygulanabilirliği değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma eklemeli imalat ile üretilen hafif ve rijit kafes yapıların sayısal analizine teorik bir temel kazandırmış; homojenleştirme yönteminin mühendislik uygulamalarında hızlı, güvenilir ve düşük maliyetli bir ön tasarım aracı olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Elde edilen bulgular, mühendislik sistemlerinin erken tasarım aşamalarında kafes türü seçimi ve geometrik optimizasyon süreçlerine ışık tutacak niteliktedir.
Özet (Çeviri)
Investıgatıon Of The Structural Strength Of Lattıce That Parts Produced Wıth The Addıtıonal Manufacturıng Method Usıng Dıfferent Technıques Lattice structures have gained significant attention in engineering applications due to their superior properties, including high mechanical strength, energy absorption capacity, stiffness, and low density. However, the intricate cellular patterns, detailed load transfer paths, and high degrees of freedom (DOF) in lattice structures make their numerical analysis and optimization processes highly challenging. Particularly in topology optimization studies, modeling every geometric detail leads to high computational costs, long solution times, and significant data processing requirements. To overcome these challenges, the homogenization method has emerged as an effective numerical approach, offering considerable simplification for structures with complex geometries. In this method, equivalent orthotropic or anisotropic material properties are derived based on the average elastic energy of a representative unit cell under periodic boundary conditions and then applied to the macro-scale model. Consequently, the overall mechanical response of the structure can be predicted with reduced computational effort and shorter analysis times. In this study, three different lattice types—body-centered cubic (BCC), honeycomb, and gyroid—were selected. For each type, samples with three different unit cell sizes were produced while maintaining a constant relative density. Compression and three-point bending tests were conducted on these samples, and the experimental results were compared with numerical simulations to assess the accuracy and applicability of the homogenization method. In conclusion, this study provides a theoretical foundation for the numerical analysis of lightweight and stiff lattice structures manufactured by additive methods. It demonstrates that the homogenization method can serve as a fast, reliable, and cost-effective pre-design tool in engineering applications. The findings are expected to guide the selection of lattice types and geometric optimization processes during the early design stages of engineering systems.
Benzer Tezler
- Design of multifunctional architected cellular structures under dynamic loads
Dinamik yükler altında çok fonksiyonlu mimarilendirilmiş hücreli yapıların tasarımı
ZANA EREN
Doktora
İngilizce
2024
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Re-entrant şekilli ökzetik yapıların ve bor nitrür katkılı filamentlerin katmanlı imalat ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of re-entrant shaped auxetic structures and boron nitride mixed filaments by additive manufacturing
ABDULLAH TAHA ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KELEŞ
PROF. DR. ZAFER EVİS
- Numerıcal modelıng of surface ımperfectıons ın addıtıvely manufactured TPMS structures usıng meshless methods
Eklemeli imalatla üretilen TPMS yapılarda yüzey kusurlarının ağsız çözüm yöntemleri kullanılarak sayısal modellenmesi
UTKU ARAS SAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. MESUT KIRCA
- Dynamic characterization and optimization of additively manufactured tpms lattice structures
Katmanlı üretilen tpms kafes yapılarının dinamik karakterizasyonu ve optimizasyonu
UĞUR ŞİMŞEK
Doktora
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. POLAT ŞENDUR