Plastik boru üretiminde kullanılan polietilen malzemenin statik - dinamik davranışlarının analizi ve viskoelastik modellenmesi
Investigation of static - dynamic behaviors and viscoelastic modelling of polyethylene used in plastic pipe manufacturing
- Tez No: 139784
- Danışmanlar: PROF. DR. FARİS KAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Burgers modeli, sünme, viskoelastisite, sonlu eleman, modelleme, Burgers model, creep, viscoelasticity, finite element, modelling XI
- Yıl: 2003
- 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: 123
Özet
ÖZET Plastik boru üretimi ve kullanımı, plastik malzemelerinde ve üretim teknolojilerinde meydana gelen gelişmelerle birlikte giderek yaygınlaşmaktadır. Buna bağlı olarak mühendislik problemleri açısından plastik boruların önemi de artmaktadır. Plastik borular kullanım alanlarına göre statik ve dinamik yüklemelere maruz kalabilirler. Bu yükleme durumlarında boruların göstereceği davranışlar boru malzemesinin göstereceği davranışlara bağımlıdır. Plastik malzemeler genelde viskoelastik özelliklere sahip oldukları için fiziksel özelliklerinde zamanla değişimler meydana gelir. Bu değişimlerin matematik modelinin oluşturulması değişik yükleme durumlarında boru davranışlarının belirlenebilmesi için önemlidir. Yapılan literatür araştırmasında bu konudaki çalışmaların yetersiz olduğu görülmüştür. Uygulamaya yönelik bir çalışma yapabilmek için plastik boru üretiminde yaygın olarak kullanılan ve viskoelastik özelliklere sahip HDPE malzemenin statik ve dinamik yük durumları için malzeme davranışlarının matematik modellenmesi amaçlanmıştır. HDPE'nin fiziksel özelliklerinin zamana bağlı değişiminin matematik modelinin oluşturulabilmesi için öncelikle modellemeye esas oluşturan yaklaşımlardan bahsedilmiştir. Her modelin farklı bir karakteri vardır. HDPE'nin karakterinin hangi modele benzerlik gösterdiğini tespit edebilmek için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada sabit gerilme altında zamana bağlı oluşan şekil değiştirmeler önemli olduğu için hazırlanan numuneler üzerinde sünme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sünme deneylerini gerçekleştirebilmek için çekme deneylerinde kullanılan cihaz üzerinde bazı düzenlemeler yapılmış ve dört farklı gerilme durumu için deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre malzemenin lineer viskoelastik davranışlar gösterdiği bölge tespit edilmiş ve bu bölgedeki davranışlarının Burgers modeli ile benzerlik gösterdiği anlaşılmıştır. Burgers modelindeki malzemeye ait sabitler, deneysel veriler yardımıyla analitik olarak hesaplanmıştır. Sünme deneyleri bilgisayar ortamında nümerik olarak sonlu eleman analiz programı ANSYS yardımıyla da teyit edilmiştir. Deney numunesinin sonlu eleman modeli sınır şartlarını da içerecek şekilde programlanmıştır. ANSYS ile sünme analizinin yapılabilmesi için programa girilmesi gerekli HDPE 'ne ait sabitler, deney verileri yardımıyla hesaplanmış ve bu değerlere bağlı olarak analiz gerçekleştirilmiştir. Plastik boruların dinamik davranışlarının incelenmesi oldukça önemli ve güncel bir konudur. Dinamik model oluşturulmadan önce yine HDPE'nin dinamik yükleme durumlanndaki davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Hazırlanan deney numuneleri üzerinde karesel ve sinüzoidal gerilme oluşturan iki farklı deney düzeneği tasarlanmıştır. Deney düzenekleri statik deneylerin gerçekleştirildiği cihaza monte edilmiştir. Farklı gerilme durumları için dinamik yüklemeli deneyler gerçekleştirilmiş ve deneysel veriler elde edilmiştir. Karesel ve sinüzoidal yükleme durumları için dinamik modelin kurulmasında öncelikle, statik durumlar için oluşturulan Burgers modelinin genel bünye denklemi elde edilmiştir. Bu denklemdeki diferansiyel denklemin çözülmesinde MATLAB programının altında çalışan SIMULINK programı kullanılmıştır. Matematik model blok diyagramı şeklinde oluşturulmuş ve istenilen parametrelerdeki değişikliklerin etkisi kolayca görülmüştür. Her iki yük durumu için deneysel, nümerik ve analitik sonuçlar karşılaştırıldığında sonuçların birbiriyle genelde uyumlu olduğu görülmüştür. Burgers modeli, plastik borularda yaygın olarak kullanılan HDPE'nin, fiziksel özelliklerinin zamanla değişiminin modelleme yaklaşımında kullanılması hem statik hem de dinamik durumlar için doğru sayılabilecek sonuçlar vermiştir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT Plastic pipe usage and production have become widespread with development in technology and plastic materials. Accordingly, plastic pipes are of vital importance in terms of engineering problems. Based on the area of usage, plastic pipes are affected by static and dynamic loads. In these cases, the behaviour of pipes are dependent upon the behaviour of its constituents. In general, physical properties of plastic materials can change by the time since they have viscoelastic properties. Under various loading conditions, identifying the pipe behaviours is very important in order to obtain the mathematical model of these changes. So far, studies on plastic pipe behaviours have not been carried out in detail. The purpose of this thesis is to find mathematical model of behaviours for HDPE material, mostly used in plastic pipe production, under static and dynamic loading conditions. The essential mathematical approaches are firstly given so as to obtain the proposed mathematical model of viscoelastic material behaviours. Each model given in literature have different characteristics. Experimental studies have been performed to characterize HDPE. Due to the importance of creep behaviour, creep experiments have realized. Tensile machine is modified to perform creep experiments for four stress conditions. Linear viscoelestic region of HDPE is approximately identified according to results obtained from experimental studies. It is shown that the behaviours of HDPE in linear viscoelestic region are similar that of Burgers model. The constants of the material belong to Burgers model are calculated analytically with the aid of experimental data. Creep experiments are simulated as well in ANSYS, based on finite element analysis. Finite element model of specimen is programmed including boundary conditions. The input data of ANSYS, the constants of the HDPE material are stemmed from experiment results and the analysis is performed based on this data. Examination of dynamic behaviours of plastic pipes is recently quite popular and vital. The behaviour of HDPE under dynamic loadings is studied experimentally before dynamic model development. Two different loading as squared and sinusoidal variation of stresses are applied on the prepared experiment samples. Dynamical model for square and sinusoidal stress conditions is found with the aid of Burgers model differential equations, which are solved by using MATLAB-SIMULINK. Experimental, numerical and analytical results are given comparatively and it is shown that all results are approximately closed to each other. Burgers model has shown to be a reasonably good approach to develop mathematical modelling for HDPE materials widely used in pipe productions. Consequently, the proposed model can be used in the applications which show linear viscoelastic behaviour.
Benzer Tezler
- Tesisatlarda kullanılan plastik boruların sıcaklık ve basınç etkisi ile mekanik özelliklerinin değişimi
Başlık çevirisi yok
HÜDAVERDİ UĞURLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL TEKE
- Su sistemlerinde mikrobiyal biyofilm oluşumunun incelenmesi
Investigation of microbial biofilm formation in water systems
İRFAN TÜRETGEN
- Motor soğutma sistemleri için ekstrüzyon yöntemiyle polifenilen sülfit (PPS) boru üretimi ve üretim parametrelerinin optimizasyonu
Production of polyphenylene sulfide (PPS) pipes by extrusion for engine cooling systems and optimization of process parameters
MUSTAFA SEVDAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- Plastik tesisat malzemeleri için kaynak teknikleri ve cihazlarının geliştirilmesi
Welding technics for plastic pipes
SONER ÖNGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMİT DOĞAY ARINÇ
- Profile optimization of the plastic pipes having large diameters
Yüksek çaplı plastik boruların profil optimizasyonu
MEHMET MASUM TÜNÇAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF NİHAT GÜLLÜOĞLU