Fonksiyonel derecelendirilmiş kirişlerin hareketli araç etkisi altındaki titreşim davranışlarının modellenmesi ve simülasyonu
Modeling and simulation of the vibration behavior of functionally graded beams under moving vehicle loads
- Tez No: 1016850
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RECEP KILIÇ, DOÇ. DR. MEHMET AKİF KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Fonksiyonel Dereceli Malzeme (FGM), Araç-Köprü Etkileşimi, Dinamik Analiz, Serbestlik Derecesi (DOF), Titreşim Davranışı, Functionally Graded Materials (FGM), Vehicle-Bridge Interaction, Dynamic Analysis, Degrees of Freedom (DOF), Vibration Behavior
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, köprü üzerinde hareket eden araçların oluşturduğu dinamik etkiler, araç-köprü etkileşimi bağlamında detaylı bir şekilde incelenmiştir. Araştırmanın temel amacı, farklı malzeme bileşim oranlarına sahip fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler (FGM) kullanılarak köprü kirişlerinin titreşim davranışlarının analiz edilmesidir. Kullanılan FGM'ler, alümina (seramik), çelik ve alüminyum gibi mühendislikte yaygın olarak tercih edilen malzemelerin farklı oranlarda bir araya getirilmesiyle elde edilmiştir. Dinamik analizler, hem iki serbestlik dereceli (2DoF) hem de dört serbestlik dereceli (4DoF) araç modelleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 2DoF modelinde, araç gövdesi ve ön tekerin dikey ivme tepkileri zamanla analiz edildiğinde, malzeme içerisindeki alüminyum oranı arttıkça, özellikle p=1000 değerinde, ivme genliklerinde belirgin artışlar gözlemlenmiştir. Bu durum, sistemin daha az sönümlü ve daha titreşimli çalışmasına neden olmuştur. Düşük p değerlerinde (yüksek seramik oranı), sistemin daha kararlı çalıştığı, daha düşük ivme ve yer değiştirme değerleri ile daha iyi bir performans sergilediği tespit edilmiştir. Hıza bağlı analizlerde ise, her p değeri için belirli bir hız aralığında rezonans etkisi meydana gelmiş; bu etkinin en belirgin olduğu durum yine tamamen alüminyum içerikli (p=1000) yapı olmuştur. 4DoF model analizleri, sistemin davranışının daha karmaşık hale geldiğini ortaya koymuştur. Araç sisteminin tüm noktalarında (gövde, ön ve arka tekerlekler) hem yer değiştirme hem de ivme büyüklükleri incelenmiştir. Özellikle arka tekerlek ve gövde yer değiştirmeleri, ön tekerlek verilerine göre daha düşük genlik göstermiştir. Bununla birlikte, artan alüminyum oranı, sistemin her bölgesinde daha şiddetli dinamik tepkilere yol açmıştır. Hızla değişim analizlerinde, hem düşük (p=2) hem de yüksek (p=1000) p değerlerinde sistemin rezonansa daha yatkın olduğu ve yüksek genlikli tepkiler ürettiği görülmüştür. Sonuç olarak, fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin bileşimi, araç-köprü etkileşim sisteminin dinamik davranışı üzerinde kritik bir rol oynamaktadır. Yüksek seramik oranı içeren FGM'ler, sistem titreşimlerini azaltmakta ve daha kararlı bir yapı sağlamaktadır. Bu çalışma, köprü mühendisliği açısından malzeme seçiminin yalnızca statik değil, dinamik performans açısından da optimize edilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular, FGM'lerin köprü tasarımlarında etkin kullanımına yönelik önemli mühendislik çıkarımları sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, the dynamic effects induced by vehicles moving over bridges are thoroughly investigated within the context of vehicle-bridge interaction. The main objective of the research is to analyze the vibration behavior of bridge beams using functionally graded materials (FGMs) with different material composition ratios. The FGMs used in the study are composed of alumina (ceramic), steel, and aluminum—materials commonly employed in engineering—combined in varying proportions. Dynamic analyses were carried out using both two degrees of freedom (2DoF) and four degrees of freedom (4DoF) vehicle models. In the 2DoF model, when the vertical acceleration responses of the vehicle body and front wheel were examined over time, it was observed that increasing the aluminum content in the material, particularly at a grading index of p=1000, led to significant increases in acceleration amplitudes. This indicates that the system becomes less damped and exhibits more intense vibrations with higher aluminum ratios. Conversely, at lower p values (indicating a higher ceramic content), the system was found to operate more stably, with lower acceleration and displacement responses, thus demonstrating better dynamic performance. In the speed-dependent analysis, resonance effects were observed within a certain speed range for all p values, with the most pronounced resonance occurring in the fully aluminum structure (p=1000). In the 4DoF model analyses, the system behavior became more complex. The displacement and acceleration magnitudes were evaluated at various points of the vehicle system, including the body, front, and rear wheels. It was found that the displacements of the rear wheel and vehicle body were of lower amplitude compared to those of the front wheel. However, an increase in the aluminum ratio consistently led to more intense dynamic responses across all regions of the system. Speed-dependent analyses showed that the system exhibited stronger resonance responses at both low (p=2) and high (p=1000) grading indices. In conclusion, the composition of functionally graded materials plays a critical role in the dynamic behavior of vehicle-bridge interaction systems. FGMs with a higher ceramic content are more effective in reducing vibrations and acceleration responses, thereby providing a more stable structural performance. This study emphasizes that material selection in bridge engineering should be optimized not only for static but also for dynamic performance. The findings provide valuable engineering insights for the effective use of FGMs in bridge design.
Benzer Tezler
- Birbirlerine viskoelastik bağlı fonksiyonel derecelendirilmiş kirişlerin hareketli yükler altında dinamik davranışının incelenmesi
Dynamics of visco-elastically connected double-functionally graded beam systems with different boundary conditions under action of a moving harmonic load
SİNAN CANSIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT ŞİMŞEK
- Eksenel doğrultuda fonksiyonel olarak derecelendirilmiş kirişlerin haar dalgacıkları ile serbest titreşimi analizi
Free vibration analysis of axially functionally graded beams using haar wavelets
ESRA ZEYNEP ŞENSOY
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TARIK BARAN
- Fonksiyonel derecelendirilmiş kirişlerin mekanik analizi
Mechanical analysis of functionally graded beams
UĞUR ÖZMEN
Doktora
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BOZKURT BURAK ÖZHAN
- Fonksiyonel derecelendirilmiş konik kesitli mikro kirişlerin serbest titreşim analizi
Free vibration analysis of functionally graded micro beam with tapered cross section
DUYGU İPCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BORA YILDIRIM
- Eksenel fonksiyonel derecelendirilmiş çubuk ve kirişlerin serbest titreşimi
The free vibration of axially functionally graded rods and beams
SEÇKİN FİLİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN AYDOĞDU