Kompozit metalik köpük malzemelerin sonlu elemanlar metodu ile analizi
Analysis of composite metallic foam materials with finite element method
- Tez No: 1022693
- Danışmanlar: PROF. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çalışma kapsamında alüminyum matrisli grafen nano levha (GNL) takviyeli metalik kompozit köpüğün basma testi analizi sonlu elemanlar programı yardımıyla yapılmıştır. Analiz için nano ve milimetre boyutlarında temsili hacim elemanları (THE) oluşturulmuştur. Nano boyuttaki THE'ler hacimce %0,06, %0,12 ve %0,54 oranında GNL takviyesi içermektedir. Bu boyuttaki modellere basma testi programda uygulanmış ve bir üst boyuta gerekli olan malzeme özellikleri elde edilmiştir. Milimetre boyutuna geçildiğinde ise köpük modeller %50, %55 ve %62 gözenek oranında algoritma yardımıyla oluşturulmuştur. Nano boyuttan çekilen malzeme özellikleri, milimetre boyutundaki köpük modellerin matris malzeme özelliği olarak tanımlanmış ve kompozit metalik köpük modeller oluşturulmuş olmaktadır. Oluşturulan modellere ε=0,5 olacak şekilde basma gerilmesi uygulanarak köpük yapıların karakteristik gerilme-gerinim eğrileri elde edilmiştir. Köpük modellere uygulanan basma testi sonucunda elde edilen gerilim-gerinim eğrilerinden plato ve akma gerilmeleri (MPa), tokluk (MJ/m3) ve plato bölgesinde absorbe edilen enerjiler (MJ/m3) incelenmiştir. Sonuç olarak gözenek oranı sabit tutulup GNL takviyesinin oranı arttıkça plato ve akma gerilmelerinin, tokluk ve plato enerjilerinin arttığı tespit edilmiştir. GNL takviye oranı sabit tutulduğunda ise gözenek oranının artmasına bağlı olarak plato ve akma gerilmelerinin, tokluk ve plato enerjilerinin düştüğü belirlenmiştir. Akma ve plato gerilmelerindeki maksimum artış sırasıyla %88 ve %133 oranla %0,54 GNL takviyeli %55 gözenekli THE'de meydana gelmiştir. Plato enerjisi ve tokluk değerlerindeki maksimum artış ise sırasıyla %93,6 ve %155 oranla %0,54 GNL takviyeli %55 gözenekli THE'de meydana gelmiştir. Ayrıca gerilme yığılmaları da görsel olarak incelenmiştir. Gerilmelerin gözenek çevrelerinde ve gözeneklerin kesiştiği hücre duvarlarında yığıldığı gözlemlenmiştir. Bu çalışma sonucunda laboratuvar ortamında deney yapılmadan tüm malzemenin özelliğini yansıtan en küçük parçanın (THE) aşamalı olarak modellenebildiği ortaya konulmuştur. Mevcut literatürdeki tek ölçekli analizlerden farklı olarak, bu çalışma GNL takviyesinin nano düzeydeki güçlendirici etkisini, doğrudan milimetre boyutundaki rastgele gözenekli köpük morfolojisine entegre eden çok ölçekli (multi-scale) özgün bir sayısal metodoloji sunmuştur. Bu hiyerarşik modelleme yaklaşımı sayesinde, kompozit metalik köpük yapıların bilgisayar ortamında hassasiyetle tasarlanıp basma testlerinin yapılabildiği kanıtlanmış; zaman, iş gücü ve maddi bakımdan büyük tasarruf sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, the compression test analysis of aluminum matrix graphene nanoplatelet (GNP) reinforced metallic composite foams was conducted using finite element analysis (FEA) software. Representative Volume Elements (RVE) were generated at both nano and millimeter scales fort he analysis. The nano-scale RVEs contained GNP reinforcements at volume fractions of 0.06%, 0.12% and 0.54%. Simulated compression tests were applied to these models, and the material properties required for the subsequent scale were obtained. At the millimeter scale, foam models with porosity ratios of 50%, 55% and 62% were generated using an algorithmic approach. The material properties derived from the nano-scale analysis were defined as the matrix material properties for the millimeter-scale foam models, thereby establishing the composite metallic foam models. Compressive loading was applied to the generated models up to a strain of ε=0.5 to obtain the characteristic stress-strain curves of the foam structures. Plateau and yield stresses (MPa), toughness (MJ/m3) and energy absorbed in the plateau region (MJ/m3) were analyzed from the stress-strain curves obtained from the compression tests. Consequently, it was determined that plateau and yield stresses, toughness, plateau energies increased as the GNP reinforcement ratio increased while keeping the porosity ratio constant. Conversely, when the GNP reinforcement ratio was held constant, an increase in porosity resulted in a decrease in plateau and yield stresses, toughness and plateau energies. The maximum increases in yield and plateau stresses were observed in the 0.54% GNL-reinforced 55% porous RVE by 88% and 133%, respectively. Furthermore, the highest enhancements in plateau energy and toughness values were also recorded in the 0.54% GNL-reinforced 55% porous RVE, with increases of 93.6% and 155%, respectively. Furthermore, stress concentrations were visually examined and it was observed that stresses accumulated around the pores and at the cell walls where pores intersected. As a result of this study, it has been demonstrated that the representative volume element (RVE), which reflects the properties of the entire bulk material, can be progressively modeled without the need for physical laboratory experiments. Unlike the single-scale analyses in the current literature, this study introduces a novel multi-scale numerical methodology that directly integrates the nanoscale reinforcing effect of graphene nanoplatelets (GNPs) into the millimeter-scale randomly porous foam morphology. Through this hierarchical modeling approach, it has been proven that composite metallic foam structures can be precisely designed and subjected to computational compression tests, thereby providing significant savings in terms of time, labor, and financial resources.
Benzer Tezler
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Mekanik alaşımlama yöntemi ile alüminyum esaslı metalik köpük üretilebilirliğinin araştırılması
Investigation of producibility of aluminium based metallic foam by mechanical alloying method
YASİN PELİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TÜRKER
- Balistik etkisine karşı AA5083 / Al2O3 fonksiyonel derecelendirilmiş kompozit malzemeden ve AA5083 köpükten oluşan zırh malzemesinin üretilmesi ve geliştirilmesi
Production and development of armor materials from AA5083 / Al2O3 functional graded composite material and AA5083 foam against ballistic effects
HANDE ARDIÇOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Savunma ve Savunma TeknolojileriGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HANİFİ ÇİNİCİ
DR. HALİL KARAKOÇ
- Çok katmanlı kompozit zırh malzemesi üretimive balistik özelliklerinin incelenmesi
productıon of multi layered composite armor material and investigation of ballistic properties
TOLGA KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiKarabük Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BOZ
ÖĞR. GÖR. HALİL KARAKOÇ
- Nickel and cobalt boride based high-capacity electrodes: production, characterization and supercapacitor performance
Nikel ve kobalt borür esaslı yüksek kapasiteli elektrotlar: üretimi, karakterizasyonu ve süperkapasitör performansı
MEHTAP ARSLAN KABA
Doktora
İngilizce
2026
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ