Computational modelling of electro-active polymers
Elektro-aktif polimerlerin hesaplamalı modellenmesi
- Tez No: 581622
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR GÖKTEPE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Bu çalışma, bağlaşık elektromekanik etkilere maruz kalan periyodik mikro yapılı geometrilere sahip bulunan Elektro Aktif Polimerlerin (EAP) kararlılıklarını konu almaktadır. Bu amaçla, doğrusal olmayan bağlaşık elektromekanik denklemler, belirtilen sınır koşulları altında Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile ayrıklaştırılarak çözülmektedir. EAP'ler, elektrik alana maruz kaldıklarında büyük mekanik deformasyonlar gösteren akıllı malzemelerdir. Elektrik alanın etkisi altında kalıcı deformasyonlar gösteren diğer birçok malzemeden farklı olarak, EAP'ler, elektrik alan devre dışı bırakıldığında ilk şekillerine dönebilirler. Ek olarak, EAP'ler maruz kaldıkları elektrik alanlarına hızlı bir şekilde tepki verebildiklerinden robot ve yapay kas üretiminin etkili olduğu birçok mühendislik uygulamasında kullanılmaktadır. EAP'lerin bağlaşık elektro-mekanik davranışını incelemek için iki farklı fakat birbiri ile bağlaşık diferansiyel denklemin çözülmesi gerekir. Bağlaşık elektro-mekaniğin ana denge denklemleri, elektrostatik için Maxwell denklemleri iken elastostatik için doğrusal momentumun korunumu yasasıdır. Bu iki diferansiyel denklem SEY kullanılarak konumsal uzayda ayrıklaştırılır. Ayrıklaştırma yoluyla elde edilen artık vektör hala doğrusal olmadığından, doğrusallaştırma yapılmalıdır. Sonuç olarak, serbestlik dereceleri için oluşturulan denklem sistemi Newton metodu kullanılarak yinelemeli şekilde çözülür. Bağlaşık problemi analiz etmek için farklı malzeme modelleri kullanılmıştır. Modellerin verimliliği, çeşitli kaynaklardan alınan kıyaslama problemlerinin sayısal örnekleri ile test edilmiştir. Öbür yandan, bağlaşık elektro-mekaniğin gelişmiş hesaplamalı modeli, gözenekli periyodik mikroyapılı EAP'lerin davranışını analiz etmek için de kullanılmıştır. Bağlaşık elektro-mekaniğin EAP'lerin kararlılık davranışı üzerindeki etkisi, periyodik mikro yapıları olan temsili geometriler için elektrik alanın varlığında kararlılık analizleri yapılarak araştırılmıştır. Elektrik alanın varlığında, sadece malzemenin ilk örüntüsünü değiştiren kritik yük değerinin ötelenmediği, son örüntü şeklinin de tamamen değiştiği gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
This study is concerned with the stability of Electro-Active Polymers (EAPs) having geometries with periodic microstructures subjected to coupled electromechanical effects. For this purpose, coupled electromechanical equations, which are nonlinear, are discretized using the Finite Element Method (FEM) under the prescribed boundary conditions. EAPs are smart materials that may undergo large mechanical deformations when subjected to an electric field. Unlike many other materials that show permanent deformations under the influence of the electric field, EAPs can return to their original shapes when the electric field is deactivated. In addition, EAPs are used in many engineering applications where robot and artificial muscle production are effective since they can respond quickly to the electrical fields to which they are exposed. In order to study the coupled electro-mechanical behavior of EAPs, two different but coupled differential equations must be solved. The governing equations of coupled electro-mechanics are introduced by the Maxwell equations for electrostatics and the conservation of linear momentum for elastostatics. These two differential equations are discretized in space by using FEM. Since the residual vector formed through discretization is still non-linear, linearization must be performed. As a result, the equation system of degrees of freedom is solved iteratively by using the Newton method. Different material models are used to analyze the coupled problem. The efficiency of the models are tested through numerical examples of benchmark problems borrowed from various references. Moreover, the developed computational model of coupled electro-mechanics is further used to analyze the behavior of porous EAPs with periodic microstructures. The effect of electro-mechanical coupling on the stability behavior of EAPs is investigated through stability analyzes in the presence of an electric field for representative geometries with periodic microstructures. It is shown that in the presence of an electric field not only the value of the critical load where the pattern transformation takes place can be shifted but also the shape of the final pattern can be totally changed.
Benzer Tezler
- Design, synthesis, and characterization of functional organic materials for optoelectronic applications
Optoelektronik uygulamalar için fonksiyonel organik malzemelerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu
MEHMET ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2018
KimyaAbdullah Gül ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN USTA
- Monoamin oksidaz enziminin oksazolidinon ve benzeri heterosiklik bileşikler ile inaktivasyonunun kimyasal olarak modellenmesi
Chemical modelling of the inhibition of monoamine oxidase enzyme by oxazolidinone and similar heterocyclic compounds
ÜMÜT BOZ
- MAO A enziminin aktif bölgesinin ONIOM yöntemi ile modellenmesi
Modelling of the active site of MAO A enzyme by ONIOM method
VİLDAN ENİSOĞLU ATALAY
- Investigation of ac electro-osmotic flow based microfluidic mixer with micro rods
Investıgatıon ac elektro-ozmotik akış tabanlı mikro tellerle sağlanan mikro akışkan karıştırıcının incelenmesi
HATİCE DİLARA USLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARBAROS ÇETİN
- Mono amin oksidaz (MAO) enziminin ekleme eliminasyon mekanizmasının hesapsal yöntemlerle incelenmesi
Computational study of addition elimination mechanism of mono amine oxidase (MAO)
İBRAHİM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
KimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAFİYE ERDEM
PROF. DR. KEMAL YELEKÇİ