Geri Dön

Experimental strain analysis of the high pressure strain gauge pressure transducer and verification by using finite element method

Gerinim ölçerli yüksek basınç dönüştürücüsünün deneysel gerinim analizi ve sonlu elemanlar metodu ile doğrulanması

  1. Tez No: 104250
  2. Yazar: M. HALUK ORHAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GALİP TEPEHAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 86

Özet

GERİNİM ÖLÇERLİ YÜKSEK BASINÇ DÖNÜŞTÜCÜSÜNÜN DENEYSEL GERİNİM ANALİZİ VE SONLU ELEMANLAR METODU KULLANDLARAK SONUÇLARIN DOĞRULANMASI ÖZET Genel olarak söylenebilir ki, dönüştürücü bir tip enerjiyi başka bir enerjiye çeviren cihazdır. Bu çalışmada özel sınıfta bulunan dönüştürücüler göz önünde bulundurulmuştur. Bu cihazlar girdi büyüklüğünün ölçülmesi ve/veya kontrolü için, uygulanan mekanik enerjiyi, eşdeğer elektriksel enerjiye (sinyallere) dönüştürürler. Bu tez çalışması kapsamında, yüksek basınç ölçümünde kullanılacak olan bir basınç dönüştürücüsü tasarlanmış ve imal edilmiştir. Günümüzde Sonlu Elemanlar Metodu analizi, özellikle karmaşık tasarımlarda stres dağılımı problemlerinin çözülmesi ve optimize edilmesinde kullanılan en güçlü araçtır. Kaim cidarlı silindirik tüpün, aktif elemanın iki yüzeyinin düzleştirilmesi ile modifiye edildiği bu çalışmadaki imal edilen basınç dönüştürücü prototiplerinin tasarımı göz önünde bulundurulduğunda, analitik yaklaşım, germim ölçerlerin yapıştınldığı bölgedeki gerinim değerlerinin bulunması için bazı varsayımlara ihtiyaç duyar. Bu sebeple, basınç dönüştürücüsünün mevcut tasarımının sonlu elemanlarla incelenmesi gerektiğine karar verilmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda tasarım iyileştirilmiştir. Toplam sekiz adet numune imal edilmiştir. İki farklı ölçme elemanı, iki farklı malzeme kullanılarak imal edilmiştir. Kullanılan malzemeler; 150 MPa bağıl basınç değerine kadar çalışan dönüştürücü için AISI 4340 çeliği ve 100 MPa bağıl basınç değerine kadar çalışan dönüştürücü için Invar çeliğidir. Kullanımdan önce ATQT A'iACl ceAiHiryp lıiotf>rpoi,7 ve ciiriinm*» ptVıİprinin i\/iİF»ctiri1mı=»ci ir>in ıcılDönüştürücünün çıkış değerleri ile uygulanan basınç arasındaki ilişkinin çoğu zaman hesaplanabilir olmasına rağmen, bu ilişki yeterli doğrulukla belirlenemez. Bu nedenle, dönüştürücülerin, uygun doğrulukta ve ölçüm aralığında çalışan primer (birincil) veya sekonder (ikincil) standartlar kullanılarak kalibre edilmeleri gerekir. İmal edilen basınç dönüştürücüleri de 10 MPa ile 150 MPa basınç aralığında çalışan pistonlu basmç standardı kullanılarak kalibre edilmiştir. Kalibrasyon işlemi, elektriksel çıkış sinyali ile basınç arasındaki temel ilişkinin bulunması için gerekli olmasının yamsıra, dönüştürücünün, hassasiyet, tekrarlanabilirlik, lineerite (doğrusallık), histerisiz ve sıfira dönüş hatası gibi metrolojik karakteristiklerinin belirlenmesine de olanak sağlar. Elde edilen kalibrasyon (ölçüm) sonuçlan kullanılarak, toplam sekiz adet numunenin metrolojik özellikleri belirlenmiş ve bu özellikler numuneler arasında karşılaştınlmıştır. Bütün deneysel sonuçlar göstermiştir ki, sertleştirilmiş AISI 4340 çeliği, 150 MPa hidrolik basınç değerine kadar çalışan ve, maksimum gösterge değeri cinsinden % 0.1 ölçüm belirsizliğine sahip bir basmç dönüştürücüsünün imalinde kullanılabilecek bir malzemedir. Bu belirsizlik değeri, tasarımda yapılacak küçük değişiklik ile veya daha uygun malzemenin ve ısıl işlemin seçilmesi ile iyileştirilebilecektir. Bu çalışmada sunulan sonuçlar, statik basınç ölçümleri ile birlikte bu tip basmç dönüştürücüsünün tasarımının SEM yardımıyla gerçekleştirilmesi konusunda yardımcı olacaktır. xıv

Özet (Çeviri)

EXPERIMENTAL STRAIN ANALYSIS OF THE HIGH PRESSURE STRAIN GAUGE PRESSURE TRANSDUCER AND VESICATION BY USING A FINITE ELEMENT METHOD SUMMARY Broadly speaking, a transducer is a device, which transforms one type of energy into another. In this study, specific class of transducers was considered: devices, which translate an input of mechanical energy into equivalent electrical signals for measuring and/or controlling the input phenomena. Within the scope of this study, a high pressure strain gauge pressure transducer was designed and constructed. At present, Finite Element Method analysis is the most powerful tool to evaluate and optimize stress distribution problems, especially in complicated designs. Considering the design of the constructed pressure transducer prototypes in this study, that the thick wall cylindrical vessel was modified by flattening the two surfaces of the active cylinder, the analytical approach was needed some assumptions to find the exact strain values on the area where the strain gauges were bonded. It was therefore decided that an existing design of a pressure transducer should be investigated using finite elements. Based on the findings of this investigation an improved version was designed. A total of eight specimens were constructed and two kinds of measuring elements were made of two different materials: AISI 4340 steel and Invar steel which work in the hydraulic gauge pressure range of up to 150 MPa and 100 MPa respectively. Prior to its use, AISI 4340 Steel was hardened for improving the hysteresis and creep effects. As it was explained in the previous paragraphs, the Finite Element Method (FEM) was used in this study for the analysis of the strain distribution of a strain gauge pressure transducer for hydrostatic pressure measurements up to 150 MPa. The investigated pressure transducer, based on the“thick-wall cylindrical vessel”theory has a free steel active element. Pressure is applied to the inside and both open ends of this active element. The symmetric shape of the transducer and all the design parameters of the active element were selected to assure a symmetrical stress and strain distribution even at the maximum working pressure of the transducer. Thus, the FEM analysis was conducted by investigating one half of the element in three dimensions. This study presents the FEM output strain values on the area where the strain gauges were bonded. The validity of those values was established comparing them with the results obtained from the strain gauge measurements. The relative difference between the two value sets was determined as being lower than 13% of the full scale. Although the relation between the output of the transducer and the applied pressure is often calculable, as a rule it can not be estimated with sufficient accuracy. Consequently, transducers need calibration against a primary or secondary standard, appropriately selected as to accuracy and the pressure range. The transducers were xi T-C. YİlKSEf ASRETİM KURULUcalibrated using piston pressure balance working in the pressure range from 10 MPa to 150 MPa. Calibration is necessary for the determination not only of the basic relations between the output signal of the transducer and pressure, but also of all the metrological characteristics of a transducer such as; sensitivity, repeatability, linearity, hysteresis and zero drift. Using the calibration (measurement) results, the metrological specifications of total of eight specimens were evaluated and compared with each other. All these experimental results make evident that hardened AISI 4340 steel is an appropriate material for the pressure transducer application to measure gauge pressure of up to 150 MPa with an uncertainty of 0.1 % of the full scale. But this uncertainty value can be improved by a small modification in design or by a selection of more appropriate material and heat treatment, to reduce the repeatability and hysteresis errors of the device, which are the main parameters in the uncertainty evaluation. The results presented in this thesis will be helpful for practical static pressure measurements as well as for the appropriate design of this kind of pressure transducer using FEM. Xll

Benzer Tezler

  1. Tez No

    68880

    Katmanlı kompozit panellerin anlık basınç yüküne dinamik cevabı

    Dynamic response of laminated composite panels subjected to blast loading

    HALİT S. TÜRKMEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU

  2. Tez No

    534241

    Kum zeminlerde, yatay yüklü baret kazıkların davranışının belirlenmesi

    Determination of behaviour of barrette piles under lateral load in sand

    MURAT OKAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BERRAK TEYMÜR

  3. Tez No

    670700

    Yüksek hız darbe test cihazı için gerinim ve optik hız ölçüm sistemi geliştirilmesi

    Development of a strain and optical velocity measurement system for high speed impact test device

    MERVE KARPUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Mekatronik MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYTAÇ GÖREN

  4. Tez No

    770532

    Polymer optical fiber sensor and the prediction of sensor responseutilizing artificial neural networks

    Polimer optik lif sensör ve sensör cevabının yapay sinir ağları kullanarak tahmin edilmesi

    DERYA HAROĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiNorth Carolina State University

    Tekstil Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. NANCY B. POWELL

    PROF. DR. ABDEL-FATTAH SEYAM

  5. Tez No

    105521

    Bilgisayar destekli yeni bir yaklaşımla süperplastik şekil verme işlemlerinin analizi

    A Computer aided new approach for analyzing superplastic forming processes

    ÖMER FARUK YENİHAYAT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Metalurji MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ABDULLAH MİMAROĞLU

Geri Dön