?Equivalent? material properties for designing ionic polymer metal composite actuators by equivalent bimorph beam theory
İyonik polimer metal kompozit eyleyiciler için eşdeğer bimorf kiriş kuramı ile 'eşdeğer' malzeme özellikleri
- Tez No: 215856
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİH PAPİLA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Bu tez çalışmasında, iyonik polimer metal kompozit (İPMK) eyleyiciler ile bu tip eyleyicilerin tasarım ve randıman değerlendirmeleri için iki ?eşdeğer? malzeme parametresi: elektromekanik bağlaşım katsayısı ve elastik modülü ele alınmıştır. ?Eşdeğer? parametreler malzeme sabiti olmayıp İPMK eyleyici tasarımında kullanılan eşdeğer bimorf kiriş modelinden türetilir. Nafion tabanlı iyonik polimer metal kompozit eyleyiciler farklı kalınlıklarda elektrokimyasal kaplama yöntemi ile üretildi. Membran kalınlığının ve çalıştırma voltajının katsayı üzerindeki kollektif etkisi deney tasarımı yöntemi kullanılarak söz konusu iki faktörün sırayla üç ve beş farklı düzeyleri kullanılarak incelendi. Uç deplasmanı ve elektromekanik bağlaşım katsayısını hesaplamak için deneysel çalışmalar ve MD.NASTRAN yazılımı ile sonlu elemanlar analizleri yapıldı. Böylece elektromekanik bağlaşım katsayı için kalınlık ve çalışma voltajının fonksiyonu olan vekil model çıkarıldı. Deneysel çalışmalar ve öngörüler eyleyici kalınlığı ve çalışma voltajının maksimum uç deplaman için temel faktörler olduğunu gösterdi. Eşdeğer elektromekanik bağlaşım katsayısının öncelikli olarak kalınlığa bağlı olduğu ve işlem voltajının da kalınlık artışı ile bağlantılı etki gösterdiği sonucuna varıldı. Ayrıca eşdeğer elektromekanik bağlaşım katsayısının eyleyicinin işlem voltajı uygulanmadan önceki şekline bağlı olduğu belirlendi. Bu bağ deneysel sonuçlardaki değişkenliğin açıklanmasında yeterli olmamakla birlikte düzeltme katsayısı yaklaşımı sunuldu ve düzlemsel kirişin uç deplasman vekil modeline uygulandı. Düzeltilmiş vekil model, başlangıç şeklini bir tasarım parametresi olarak eyleyici kalınlığının ve çalışma voltajının yanında öngörmeyi sağlar. Tüm bu parametreler eyleyici uç deplasmanı ve ?eşdeğer? elektromekanik bağlaşım katsayısının tahmininde kullanılabilir. Bunun yanında eyleyicinin bloke (hareket sınırlı) kuvvet verisinden yine ?eşdeğer? bimorf kiriş modeli kullanılarak ?eşdeğer? elaste modülü hesaplanmıştır. Konu edilen ?eşdeğer? malzeme özellikleri, elektromekanik katsayı ve elastik modul eyleyici uç kuvvet hesaplarında doğrulanmıştır. Bu özellikler IPMC eyleyici ön tasarımında kolaylıkla uygulanabilecektir.
Özet (Çeviri)
This thesis addresses the Ionic Polymer Metal Composite (IPMC) actuators and two ?equivalent? materials parameters for their design and performance assessments: electromechanical coupling coefficient and elastic modulus. The ?equivalent? parameters not being material constants are derived from equivalent bimorph beam model. The Nafion membrane based IPMC actuator strips of several thicknesses are manufactured by electrochemical platinization method. The effect of the thickness and operating voltage on the equivalent coupling coefficient is demonstrated by using a design of experiment of three and five levels of the two factors, respectively. Experiments and finite element analyses using MD.NASTRAN are used to evaluate the tip displacement and the coupling coefficient for which response surface (RS) approximation as function of the thickness and voltage are constructed. Experiments and predictions indicate that thickness and voltage are interacting major factors for maximum tip displacement. The equivalent coupling coefficient is primarily driven by the thickness, and the voltage appears to contribute as the thickness increases. Initial curvature of the strips before excitation is also shown to be a factor for ?equivalent? coupling coefficient, it is not, however sufficient to explain the variation in the experimental data. Correction factor approach is proposed and applied to the straight beam tip displacement RS that filters out experimental variation. Corrected RS enables to include the pre-imposed initial curvature as design parameter along with the actuator thickness and the operating peak voltage when predicting the tip displacement and the equivalent coupling coefficient. IPMC actuator ?equivalent? elastic modulus is also determined by using blocking force data. The ?equivalent? properties, electromechanical coefficient and young?s modulus by the equivalent bimorph beam model works reasonably well in calculating the actuation force at the tip by MD.NASTRAN. These ?equivalent? material properties can be easily implemented in preliminary design of actuator made of IPMC.
Benzer Tezler
- Fenollerin sulu çözeltilerden orgono kil üzerinde adsorpsiyon ile zenginleştirilmesi ve kapiler elektroforez yöntemi ile tayini
Preconcentration of phenols from aqueous solutions by adsorption on organo-clay followed by capillary electrophoretic determination
İNCİ ALEMDAR
- Bazı reaktif boyarmaddelerinin farklı koşullardaki boyama özelliklerinin incelenmesi
Investigation the dyening properties of some reactive dyes at different conditions
HAKAN ISIYEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ERSOY-MERİÇBOYU
- Azo boyası içeren tekstil arıksuyunun anaerobik olarak arıtılması ve renk giderimi
Başlık çevirisi yok
FİLİZ TAKIMCI
- Cam laminasyon otoklavında sızdırmazlık için kullanılan kapak contasının sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmesi ve geometrisinin belirlenmesi
Analysis and determination of the gasket geometry by using finite element method for sealing on the door of glass lamination autoclave
CENGİZ BEYÇAYİRİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP PARLAR