Longitudinal wave characteristics of magnetic field sensitive viscoelastic polymeric rods
Manyetik alana duyarlı viskoelastik polimer çubuklarda eksenel dalga karakteristikleri
- Tez No: 485347
- Danışmanlar: PROF. DR. CEMAL BAYKARA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Mühendisler sıklıkla çeşitli endüstriyel uygulamalarda polimer viskoelastik malzemelerden yapılmış yapısal parçalarla karşılaşırlar. Polimerik basınç çubukları bu konuda oldukça popüler örneklerdendir. Hopkinson basınç çubuğu (SHPB) testi (ayrıca Kolsky aparatı testi olarak da adlandırılır) kullanılarak bu yumuşak malzemelerin dalga yayılım özelliklerini belirlenmesinde yaygın şekilde kullanılırlar. Viskoelastik çubuklarda dalga yayılımı, yüksek gerilme hızları altında darbe ve kırılma çalışmaları ve viskoelastik malzemelerin dinamik davranışının anlaşılabilmesi gibi birçok alanda karşımıza çıkmaktadır. Çubuklar kafes ve çerçeve sistemleri pek çok yapının temelini oluşturan önemli yapısal elemandır. Yük taşıma kapasitesi eksenel olduğundan dalga hareketi de eksen doğrultusunda gelişmektedir. Yapılan literatür araştırmaları göstermektedir ki, yapısal olarak manyetik alan etkilerine karşı duyarsız olmasına rağmen, polimer içlerine ferromanyetik parçacıklar (örneğin karbonil demir tozu (CIP'ler)) yerleştirmek suretiyle manyetik olarak hassas hale getirilebilmektedirler. Daha önce yapılmış birçok teorik ve deneysel çalışma, manyeto reolojik elastomerler (MRE'ler) olarak adlandırılan bu malzemelerin elastik ve reolojik özelliklerinin (manyeto-duyarlı elastomer, magneto-aktif polimer olarak da bilinir) dış manyetik alanların varlığı tarafından etkilenebileceğini açıkça göstermiştir. Manyetik alana duyarlılıkları MRE'leri pek çok uygulama alanı için oldukça cazip kılmaktadır. MR(manyetoreolojik) amortisörler, darbe emiciler, titreşim yalıtıcıları gürültü kontrol elemanları , elastomer taşıyıcı, sinyal işleme ve sabitleme elemanları gibi konular örnek olarak verilebilir. Gelişen teknolojiye paralel olarak, farklı magneto mekanik özelliklerin (özellikle akustikle ilgili) ölçülmesi çeşitli uygulamalı bilim dalları için artan bir öneme sahip olmaya başlamıştır. Bu tezde manyetik alana duyarlı viskoelastik çubukların eksenel dalga karaktersitiği kendisine dik manyetik alan etkisi altında yanal atalet etkisi hesaba katılarak incelenmiştir. Analiz Love Çubuk Teorisi'ne göre yapılmıştır. Poisson etkisini ve manyetik alan etkisini içeren yeni bir dalga denklemi literatürde“efektif yoğunluk”(effective density concept) yöntemi olarak geçen yeni bir kavram kullanılarak türetilmiştir. Malzeme olarak epoksi seçilmiştir. Polimer çubuk standart lineer bir katı viskoelastik malzeme olarak modellenmiştir. Burada kullanılan model elastik bir yayın Maxwell elemanına paralel bağlanmasıyla oluşturulmuştur. Viskoelastik çubuklarda eksenel dalga yayılımını hesaplayan yeni bir denklem yanal atalet etkisi hesaba katılarak türetilmiştir. Sonuçlar bölümünde manyetik alan yoğunluğunun, manyetik alan yoğunluğu oranının, elastiklik oranının ve gevşeme süresinin dalga karakteristikleri üzerine etkisi grafiklerle gösterilmiş ve yorumlanmıştır. Analiz sonuçlarının geçerililik aralığı grafiklerde gösterilmiştir ve açıklanmıştır. Elde edilen sonuçlar bir boyutlu analiz sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bu çalışma ortaya koymaktadır ki manyetik alana duyarlı polimer çubukların dalga ve sönümleme karakteristikleri çubuk çapına bağlı olarak değişmektedir. Elde edilen karşılaştırmalı sonuçlar çubuk eksenine dik uygulanan manyetik alanın dalga faz hızı ve sönümleme katsayısı üzerinde önemli değişimlere yol açtığını ortaya koymuştur. Çubuk eksenine dik manyetik alan özellikle yüksek frekans değerleri için sönümleme katsıyısını önemli ölçüde azaltacak bir etki yaratmaktadır. Yanal atalet etkisinin geniş frekans aralıklarında manyetik alan şiddetinin artmasıyla etkisini yitirdiği söylenebilir. Burada yer alan analizde dalga hızının ve sönümleme katsayılarının teorik gelişim eğrileri önceki literatürlerde verilen birçok deneysel sonuç ile oldukça uyumlu olduğu görülmüştür. Düşük frekans aralığı için elde edilen analiz sonuçları manyetik alan etkisiye ilgili benzer deneysel çalışmalar için güvenilir veri sağlayabilmektedir. Önceden yapılmış literatür çalışmaları çubuk teorisini güvenilir bir şekilde kullanmak için dalga boyunun çubuk çapının yaklaşık 5 ila 10 katından daha büyük olması gerektiğini göstermektedir. Bilindiği gibi, Love çubuk teorisi, nispeten yüksek frekans aralığında doğru tahmin vermez; çünkü kesit çarpıklığını hesaba katmaz. Bu nedenle burada sunulan analiz sonuçlarının yüksek frekans değerlerinde yeterince güvenilirliğe sahip olmadığı ve yeterli deneysel çalışma verisi olmadığından doğrulanamadığı belirtilmelidir. Sonuçlar dar bir aralıkta geçerlidir. Çok daha geniş frekans aralıkları için uzun sınırsız çubuklar için doğru olan Pochhammer-Chree denklemi, yüksek frekans aralığında, bu çalışmada kullanılan Love teorisine göre daha iyi tahmin verecektir. Bununla birlikte, Pochhammer-Chree denkleminin doğrudan bir çözüm getirmediğini, çok pratik olmadığını, sıkıcı ve zahmetli olduğunu belirtmek gerekir.
Özet (Çeviri)
Engineers frequently encounter structural elements which made of polymeric viscoelastic materials in various industrial applications. Studies of impact and fracture under high strain rates and characterization of the dynamic behavior of viscoelastic materials are some them. In this thesis, longitudinal wave characteristics of magnetic field sensitive viscoelastic rods under transverse magnetic field effect is studied by including lateral inertia effect. The analysis is based on Love rod theory. The material of viscoelastic rod is selected as epoxy. The polymeric rod is modelled as a standard linear solid viscoelastic material. This simple viscoelastic model used here is represented by elastic spring connected in parallel with a Maxwell element. A new wave equation was derived for longitudinal waves in viscoelastic rods that incorporate the effect of lateral inertia. The obtained results are compared with one dimensional analysis results. This study reveals the wave and attenuation characteristics of the magneto-sensitive polymeric rods depending on the diameter values, under the transverse magnetic field effect. The comparative results of the analysis show that transverse magnetic field has a remarkable effect on the wave phase velocity and attenuation coefficient. The transverse magnetic field leads to a significant reduction on attenuation coefficient, especially for high frequency values and large diameters. It can be said that the lateral inertia effect becomes negligible in the larger frequency range with increasing the magnetic field intensity. The obtained explicit solution is illustrated graphically. The theoretical progress curves of the wave velocities and attenuation coefficients presented in this analysis show quite agreement with the many experimental results given in the previous literature. The determination of dynamic behaviour and the wave propagation coefficients of the viscoelastic materials are often done with the Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experimental apparatus. In these experiments the frequencies of the signals are low. Hence analysis results obtained for Low frequency ranges can provide a reliable data for the similar experimental studies in related the magnetic field effects.
Benzer Tezler
- Synthesis of poly (Methyl methacrylate) reinforced by multi-walled carbon nanotubes and magnetite nanofillers
Mwcnt ve magnetit nanodolgular ile güçlendirilmiş poli (Metil metakrilat) sentezi
ECEM ERMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Enerji iletim sistemlerinde açma-kapama olaylarının analizleri için hat parametrelerinin EMTP yardımıyla hesabı
Calculation of line parameters for the analyses of power system switching transient using EMTP
KORAY ŞERBETÇİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. ADNAN KAYPMAZ
- A Serial solution of wave equation in inhomogenous waveguides
Dalga denkleminin homojen olmayan dalga kılavuzlarında seri çözümü
EVREN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT ÇAKIR
- Dynamic responce of two circular inclusions excited by sh wave in full space
Tam uzayda sh dalgalarıyla uyarılan iki dairesel kapsayıcının dinamik tepkisi
MEHRAN MOVAHED NEJAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDUL HAYIR
- Sodyum metaborat dekahidrat (boraks) katkılı pmma polimer kompozitlerin mikrodalga özelliklerinin geliştirilmesi
The development of microwave properties of sodium metaborate decahydrate (borax) pmma polymer composites
FUAT BERKE GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN