Modeling effects of material properties and composition on ultrasound propagation
Malzeme özelliklerinin ve kompozisyonunun ultrason yayılımı üzerindeki etkilerinin modellemesi
- Tez No: 463571
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Matematik, Chemical Engineering, Physics and Physics Engineering, Mathematics
- Anahtar Kelimeler: Ultrason, Ultrasound
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektronik ve dijital teknolojideki gelişmeler sayesinde ultrasonik metotlar malzeme karakterizasyonunda son on yıllardır yaygın olarak kullanılmaktadır çünkü geleneksel metotların zaman harcama gibi dezavantajları vardır. Gelişen teknoloji makul güven seviyesinde ve esnek test parametreleriyle yüksek doğrulukta ölçümleri mümkün kılmıştır. Bu çalışmanın amacı ultrasonik cihazın çıktılarıyla modelleme çalışmalarını birleştirip malzeme karakterizasyonu yapmaktır. Bu çalışma üç alt bölüme ayrılmıştır; doğrusal olmayan viskoelastik parametrelerin karakterizasyonu, çözeltilerin derişimlerinin ölçülmesi ve parçacık boyutu ölçümü. Viskoelastik parametreler ultrasonic metotların kullanımıyla ölçülebilmektedir. Ultrasonik ölçümlerin çıktılarını uygun bir şekilde değerlendirebilmek için, bu çıktılar malzeme özellikleriyle ilişkilendirilmelidir. Bu sebeple, viskoelastik özelliklerin karakterizasyonu için sesin viskoelastik ortamda yayılımının modellemesi uygun bir şekilde yapılmalıdır. Bu amaçla bugüne kadar yapılan çalışmalar temel olarak ultrasonun doğal frekansını baz alarak sürekli ses dalgasının viskoelastik ortamda yayılmasını esas almışlardır. Fakat, dalga tekrarlanma frekansını baz alan ve kesikli ses dalgalarının yayılımını inceleyerek malzeme karakterizasyonu bugüne kadar çalışılmamıştır. Yüksek lisans çalışmamızda linear viskoelastik özelliklerin dalga tekrarlanma frekansına bağlı olarak tayini yapılmıştır. Bu çalışmada ise dalga tekrarlanma frekansını temel alan ve doğrusal olmayan viskoelastik parametrelerin tayini için kesikli ses dalgasının viskoelastik ortamlarda yayılmasını inceleyen matemetiksel bir modelleme geliştirimiştir. Viskoelastik model olarak Oldroyd-B modeli kullanılmıştır. Ultrasonik ölçümlerin sonuçları geliştirilen model içerisinde değerlendirilerek CMC/su çözeltilerinin viskoelastik özellikleri belirlenmiştir Ses hızı da derişim tayini için bir araçtır. Fakat sıvı karışımların sıkıştırılabilirlikleri ideal davranıştan önemli ölçüde sapabilmektedir. Bu moleküllerin etkileşimlerine kuvvetli bir şekilde bağlıdır ve sıvı karışımların yapısıyla ilgili önemli bilgiler sağlamaktadır. Bu yüzden, ses hızından derişim ölçümü için termodimanik bir yöntem izlenmiştir. Bu amaçla, volume-translated Peng-Robinson denklemi ses hızından derişim ölçümü için kullanılmıştır. Ayrıca, modelleme çıktılarını doğrulamak için deneysel ölçümler yapılmıştır. Kolloidal dispersiyonların parçacık boyut dağılımı ultrasonik ses ve/veya sönümlenmenin frekansa bağlı fonksiyonu olarak ölçümüyle belirlenebilir. Ölçümler yapıldıktan sonar elde edilen spectra uygun bir matematiksel modelle değerlendirilir. Ultrasonik spektroskopi 10 nm ile 1000 μm arasındaki parçacık boyutlarının ölçümü için ve derişik sistemler için (genellikle ağırlıkça %50'ye kadar) kullanılabilmektedir. Bu teknik pek çok alternatif teknolojiye göre önemli avantajlara sahiptir çünkü opak sistemlerde ve herhangi bir numune hazırlama işlemine gerek kalmadan kullanılabilir. Fakat, viskoelastisite bölümünde olduğu gibi bugüne kadar yapılan çalışmalar ultrasonun doğal frekansını kullanmaktadır. Su sebeple bu çalışmada parçacık boyutu ölçümü için dalga tekrarlanma frekansına dayanan bir model geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Ultrasonic methods for material characterization have increasingly been used for the last decades thanks to advances in electronics and digital technologies since conventional methods accommodate several disadvantages like being time consuming. Advanced technology has brought highly accurate measurements with reasonable confidence level, and flexible ultrasonic testing parameters. The aim of this work is to carry out material characterization by combining modeling study and outputs of the ultrasonic device. This study, being both theoretical and experimental, is divided into three subsections; characterization of non-linear viscoelastic parameters, concentration measurement of solutions and particle size measurement by ultrasonic methods. Viscoelastic parameters can be determined by the use of ultrasonic methods. In order to evaluate the output of the ultrasonic measurements properly, these outputs should be related to the material properties. Hence, a proper modeling of sound propagation in viscoelastic medium is necessary for adequate ultrasonic characterization of viscoelastic properties. The earlier studies on this subject essentially dealt with material characterization by the continuous wave propagation in viscoelastic mediums on the basis of base frequency of ultrasound. Nevertheless, material characterization by discrete wave propagation based on pulse repetition frequency has not been investigated apparently, so far. In our M.Sc. study, characterization of linear viscoelastic properties based on pulse repetition frequency is done. Therefore, in this study a mathematical model is developed for investigating the discrete sound propagation in non-linear viscoelastic medium for determination of non-linear viscoelastic parameters. As the viscoelastic model, Oldroyd-B model is applied. Viscoelastic parameters of CMC/water solutions are determined by the evaluation of the ultrasonic outputs in the model developed. Sound velocity is also a tool for the determination of concentration. However, compressibilities of liquid mixtures tend to show important deviations from the ideal behavior. It is strongly dependent on the interactions between molecules and provides valuable information on the structure of liquids. Hence, to interpret the concentration from the sound speed, a thermodynamical approach is followed. For this purpose, volume-translated Peng-Robinson equation of state is used to predict the concentrations of solutions from sound speed. In addition, experiments are done to verify the modeling outputs. The particle size distribution of colloidal dispersions can be determined by measuring its ultrasonic velocity and/or sound attenuation coefficient as a function of frequency. Once they are measured a suitable mathematical model should be used to interpret the spectra. Ultrasonic spectroscopy can be used to analyze particle sizes between about 10 nm and 1000 μm, and is suitable for application to concentrated systems (often up to 50 wt. %). This technique has considerable advantages over many alternative technologies because it can be applied to optically opaque systems without the need of any sample preparation. Nevertheless, modeling studies done so far use natural frequency of ultrasound, as in viscoelasticity. Hence, in this work mathematical model depending on pulse repetition frequency is developed for particle size measurement.
Benzer Tezler
- Effects of thermal loading and material distribution on the vibration characteristics of rotating double tapered blades
Termal yükleme ve malzeme dağılımının çift yönlü sivriltilmiş dönen pallerin titreşim karakteristiği üzerine etkileri
BÜŞRA DURMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR
- An experimental and numerical study on the effects of nanoadditives and material extrusion parameters on the mechanical and flexural characteristics of ABS/PVC blend polymer core sandwich panels
ABS/PVC karışık polimer çekirdekli sandviç panellerin mekanik ve eğılme karakteristikleri üzerine nano katkı maddeleri ve malzeme ekstrüzyon parametrelerinin deneysel ve sayısal incelemesi
DENİZ GÜRAY GENCAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MIRSADEGH SEYEDZAVVAR
PROF. DR. CEM BOĞA
- Deneysel ve modelleme yöntemleri ile poliüretan filmlerdeki pürüzlülük ve kristalinitenin fibrinojen adsorpsiyonu üzerindeki etkilerinin belirlenmesi
Determining the effects of roughness and crystallinity on fibrinogen adsorption on polyurethane films with experimental and modeling methods
GİZEM KELEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÖZGE KÜRKÇÜOĞLU LEVİTAS
- B420C inşaat çeliklerinin mekanik özellikleri ile kimyasal kompozisyonları arasındaki ilişkinin modellenmesi
Modelling the effect of chemical elements on the mechanical properties of B420C construction steels with statistical analysis
AYTUĞ KARAMEŞE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRSOY ARSLAN
- Computer based modelling and simulation of electronic and optical properties of CdSe and ZnSe based heterostructure quantum dots
CdSe ve ZnSe tabanlı heteroyapılı kuantum noktaların elektronik ve optik özelliklerinin bilgisayar tabanlı modellenmesi ve benzetimi
DERYA MALKOÇ
Doktora
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ