OPTIMIZATION OF A NONLINEAR VIBRATION ISOLATOR
TİTREŞİM İZOLASYON SİSTEMİNİN OPTİMİZASYONU
- Tez No: 1019055
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ALAEDDİN AKGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Birçok mühendislik sistemi, ekipmanı istenmeyen hareketten korumak için titreşim yalıtımına ihtiyaç duyar. Geleneksel lineer izolatörler düşük frekanslarda iyi çalışmaz çünkü yüksek rijitlik kullanmaları gerekir ve bu da doğal frekansı artırır. Bu nedenle, biyodan esinlenilmiş mekanik fikirler giderek daha popüler hale gelmektedir. Bu fikirler, negatif rijitlik gibi özel davranışlar oluşturmak için basit geometri ve doğal hareket örüntüleri kullanır. Negatif rijitlikli bir mekanizma yükü taşıyabilir ancak yine de çok düşük dinamik rijitlik sağlayabilir; bu da pasif titreşim yalıtımı için faydalıdır. Bu tez, doğrusal olmayan ve negatif rijitlik davranışı üreten biyodan esinlenilmiş bir ramp– roller mekanizmasını incelemektedir. Bu mekanizmanın önceki versiyonları iyi bir potansiyel göstermektedir, ancak merkez konum yakınında kararlılık problemleri de taşımaktadır. Bu çalışmada, değiştirilmiş bir tasarım incelenmektedir. Sistemin dengelenmesine yardımcı olmak ve çalışma aralığını büyütmek için küçük bir geri çağırıcı eleman eklenmiştir. Bu değişiklik, temel biyodan esinlenilmiş fikri korurken sistemin kararlılığını iyileştirmektedir. Geometri tabanlı doğrusal olmayan bir model kullanılarak, ana tasarım parametreleri araştırılmaktadır. Bu tez, yay parametreleri ile ön yükün sistemin transmissibility'si ve çalışma bölgeleri üzerindeki etkisine odaklanmaktadır. Çalışma ayrıca geometrik parametre seçimi ile seçilmiş geometri altındaki parametre optimizasyonunu birbirinden ayırmaktadır. Doğrusal olmayan kuvvet–yer değiştirme davranışı, ramp-roller sisteminin geometrik ilişkileri kullanılarak sistemin toplam potansiyel enerjisi yazılarak elde edilmektedir. Çünkü geometri doğrusal olmayan terimler oluşturmaktadır. Parçalı bir tanımlama kullanılmaktadır. Bu, ana doğrusal olmayan etkiyi korurken model üzerinde çalışmayı daha kolay hale getirmektedir. Eski tasarımın neden kararlı olmadığını ve yeni konfigürasyonun iç kuvvetleri nasıl değiştirdiğini göstermek için ayrıca bir statik denge çalışması da yapılmaktadır. Bu tezde geliştirilen analitik model, taban uyarımı altında MATLAB'de ODE45 kullanılarak çözülmektedir. Sistemin transmissibility'sini hesaplamak için frekans-süpürme analizleri vii gerçekleştirilmektedir. Geometrik parametrelerin başlangıç taramasından sonra, kalan tasarım parametreleri 30-50 rad/s hedef frekans bandında türeve dayanmayan pattern search yöntemi kullanılarak optimize edilmektedir. Optimize edilmiş tasarımda, 30-50 rad/s bandındaki ortalama kararlı hâl transmissibility'si 0.329'dan 0.126'ya düşürülmüştür. Aynı frekans bandında, maksimum kararlı hâl yer değiştirmesi 51.24 mm'den 11.71 mm'ye azaltılmıştır. Sonuçlar, doğrusal olmayan sistemin çalışma bölgesine ve yay parametrelerine bağlı olduğunu göstermektedir. Genel olarak çalışma, ramp-roller mekanizmasının belirlenmiş bir hedef frekans aralığında titreşim yalıtımını iyileştirmek için ayarlanabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Many engineering systems need vibration isolation to protect equipment from unwanted motion. Traditional linear isolators do not work well at low frequencies because they must use high stiffness, which also increases the natural frequency. For this reason, bio-inspired mechanical ideas are becoming more popular. These ideas use simple geometry and natural movement patterns to create special behaviors, such as negative stiffness. A negativestiffness mechanism can support the load but still provide very low dynamic stiffness, which is helpful for passive vibration isolation. This thesis studies a bio-inspired ramp–roller mechanism that produces nonlinear and negative-stiffness behavior. Earlier versions of this mechanism show good potential, but they also have stability problems near the center position. In this work, a modified design is examined. A small restoring element is added to help balance the system and to make the working range larger. This change keeps the main bio-inspired idea but improves the stability of the system. Using a geometry-based nonlinear model, the main design parameters are investigated. This thesis focuses on how spring parameters and preload affect transmissibility and operating regions of the system. The study also distinguishes between geometric parameter selection and parameter optimization under selected geometry. The nonlinear force–displacement behavior is obtained by writing the total potential energy of the system using geometric relations of the ramp-roller system. Because the geometry creates nonlinear terms. A piecewise description is used. This makes the model easier to work with while keeping the main nonlinear effect. A static equilibrium study is also done to show why the old design is not stable and how the new configuration changes the internal forces. The analytical model developed in this thesis is solved with MATLAB by using ODE45 under base excitation. Frequency-sweep analyses are performed to calculate transmissibility of the system. After an initial screening of the geometric parameters, the remaining design parameters are optimized in the target frequency band of 30-50 rad\s by using derivativefree pattern search method. In the optimized design, the mean steady-state transmissibility in the 30-50 rad/s band is reduced from 0.329 to 0.126. In the same frequency band, the maximum steady-state displacement is reduced from 51.24 mm to 11.71 mm. The results show that the nonlinear system depends on operating region and on the spring parameters. Overall, the study shows that the ramp-roller mechanism can be tuned to improve vibration isolation in a prescribed target frequency band.
Benzer Tezler
- Design and optimization of nonlinear vibration isolator in two degrees of freedom
İki özgürlük derecesine sahip lineer olmayan bir titreşim sönümleyicisinin tasarım ve optimizasyonu
SARP GÖNÜLKIRMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALAEDDİN AKGÜN
- Design optimization and experimental validation of the additively manufactured passive vibration isolator of an inertial measurement unit in aerospace applications
Havacılık uygulamalarında bir ataletsel ölçüm biriminin eklemeli imalat ile üretilen pasif titreşim izolatörünün tasarım optimizasyonu ve deneysel doğrulaması
COŞKU VARDALLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
DR. CEYHUN TOLA
- Yüksek yapılar için tasarlanan yeni tip bir yarı-aktif kontrollü sismik titreşim sönümleyicinin deneysel incelemesi ve sistem modeli
Experimental investigation and system modeling of a novel semi-active controlled seismic vibration damper designed for high-rise structures
SEFER ARDA SERBES
Doktora
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHSİN ENGİN
- Kauçuk titreşim sönümleyicilerinde yüksek frekanslardaki dinamik katılaşmanın geometrik tasarım yoluyla kontrolünün deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of controlling dynamic stiffening at high frequencies in rubber vibration isolators through geometric design
KUBİLAY SANCAKZADE
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Development and control of an active torsional vibration damper for vehicle powertrains
Taşıt güç aktarma sistemleri için aktif torsiyonel titreşim damperi geliştirilmesi ve kontrolü
ALİŞAN YÜCEŞAN
Doktora
İngilizce
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUGAN