Geri Dön

Mechanical characterization and modelling of industrial papers

Endüstriyel kağıtların mekanik karakterizasyonu ve modellenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 607177
  2. Yazar: FATİH YAMAK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 77

Özet

Günümüzde teknolojinin gelişmesi ve ticaretin ve hatta e-ticaretin öneminin ve hacminin yükselen bir artışta olması hızlı tüketim mallarına olan ilgiyi artırmaktadır. Bu artış sebebiyle son müşteri ürünlerinin eline hızlı ulaşmasını isterken bir yandan da ürünlerini hasarsız olarak teslim almak istemektedir. Bu da tüketim ürün gruplarının daha hassas ambalajlanması ihtiyacını ortaya koymaktadır. Diğer bir taraftan ise artan rekabet piyasasında ürünlerde en önemli tasarım parametrelerinden biri olarak karşımıza standart malzeme maliyeti çıkmaktadır. Firmalar rakipleriyle yarışabilmek, pazar paylarını arttırabilmek için satış fiyatlarını düşürmek zorunda kalmaktadırlar ve bunu da yapmanın en başlıca yöntemi standart malzeme maliyetlerini düşürmektir. Standart malzeme maliyetleri içerisinde ise ürünün üretimi için kullanılan komponentler dışında ürünün müşteriye hasarsız olarak teslim edilmesini sağlayan ambalaj malzemeleri de kayda değer bir miktarı kaplamaktadır. Özellikle buzdolabı gibi ağır ve büyük beyaz eşyalarda hatta uluslararası sevkiyatlar geçiren ürün gruplarında ambalaj malzeme maliyetleri tüm malzeme maliyetinin %10'lara kadar varan kısmını oluşturabilmektedir. Bu kapsamda sanayide kullanılan en yaygın ambalaj malzemesi olarak da oluklu mukavva kutuları ve bu kutularda kullanılan kağıtları incelemek ve daha yakından tanımak adına bu tez çalışması yapılmıştır. Tezin ilk bölümünde konuya genel bir giriş yapılmakta ve konunun ehemmiyeti hakkında bilgi verilmekte ve konuya başlamaktaki motivasyonlar belirtilmektedir. Oluklu mukavva ambalaj malzemelerinin temel kullanımlarından bahsedilerek bu malzemelerin deneylerinde ve modellemelerinde neden zorluklar yaşanabileceğinden bahsedilmektedir. İkinci bölümde ise genel olarak kağıt ve oluklu mukavvalar hakkında temel bilgiler, standart ölçüler, üretimi hakkında bilgiler verilerek bu malzemelerde literatürde kullanılan notasyonlar, eksen takımları gibi terminoloji açıklanmaya çalışılmıştır. Ardından oluklu mukavvaların üretim yöntemleri açıklanmış ve bu mukavvalarda kullanılan yaygın kağıt türleri ve onların da üretimleri açıklanmıştır. Yine ikinci bölümde literatür taraması sunulmuş ve kağıtlar ile kağıt türevi malzemelerin mekanik deneyleri konusunda yapılmış çalışmalar açıklanmış. Sonrasında ise yine kağıt ve kağıt türevi malzemelerin modellemesinde kullanılan yöntemlerden bahsedilmiş ve literatürdeki çalışmalardan örnekler verilmiştir. Ayrıca yine deneylerde kullanılan görüntü işleme yöntemlerine (DIC) yönelik literatür çalışmalarından bahsedilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde kağıtlarda deformasyonun kinematik denklemleri açıklanmış olup bu denklemler aracılığıyla deformasyonun tanımı yapılmıştır. Ardından ise kağıtlarda bünye denklemleri açıklanarak kağıdın elastik ve elasto-plastik deformasyonu analitik yöntemlerle açıklanmış ve modellemeler bu denklemler temelinde yapılmıştır. Dördüncü bölüm bu tez çalışmasında yapılan deneysel kısımları açıklamaktadır. Deneylerin sistematik ve mümkün olduğunca incelenen parametreler dışındaki diğer tüm parametrelerden bağımsızlaştırılması amacıyla tüm numuneler aynı firmadan aynı zamanda tedarik edilmiş olup hepsi standart ölçülerinde 2 boyutlu kesici tezgahta kesilerek hazırlanmıştır. Ardından bu numuneler normal çekme testlerine tabi tutularak ortalama kopma dayanımları çıkartılmış ve buna göre test sisteminde kullanılması planlanan yük hücresi, çene, çekme hızı gibi parametreler belirlenmiştir. Çekme testi sonucunda numunelerin poisson oranlarının da belirlenebilmesi için kamera sistemi kurulmuş ve görüntü işleme arayüzü kullanılarak poisson oranları belirlenmiştir. Kameralar numune üzerindeki benekli baskıda benekler arası hareketten şekil değişimi hesaplayacağı için rastgele benek baskıları yapılmış olup bu numuneler test edilmiş ve numunelerin düzlem içi lif yöne ve lif yönüne dik yöndeki birim şekil değiştirme–gerilme grafikleri çıkartılmıştır. Bu grafikler aracılığı ile numunelerin elastiklik modülleri, kayma modülleri ve poisson oranlarına karar verilmiştir. Monoton çekme testi sonrasında yeni numunelerle tekrarlı yükleme testleri yapılarak kağıtların plastik bölge davranışları incelenmiştir. Bu testler sonrasında akma noktası datası elde edilerek malzemelerin her yüklemedeki maksimum kuvvetleri aracılığı ile şekil değiştirme - kuvvet grafikleri çizilmiş ve bunlar monoton çekme testlerinin şekil değiştirme–kuvvet grafikleri ile karşılaştırılmıştır. Bu sayede tekrarlı yükleme testlerinin kameralı monoton çekme testleri ile doğruluğu teyit edilerek kameralı tekrarlı yükleme testi yapmak gereği ortadan kaldırılmıştır. Tezin dördüncü bölümünün sonunda ise nümerik modellemelerde kullanılmak üzere malzeme parametrelerinin belirlenebilmesi için gerekli deneyler yapılmış ve çıkan sonuçlar tablolar aracılığıyla sunulmuştur. Nümerik modelleme kısmını içeren beşinci bölümde tezde yapılan sayısal çalışmalar bunların girdi ve çıktıları açıklanarak yeni modelleme önerisine göre yapılan çalışmalar anlatılmıştır. Öncelikle görüleceği üzere nümerik yöntemde elastic ve elasto-plastik malzeme modeli için girilecek malzeme datalarının deneyler sonucunda çıkarılması, bunlarla ilgili yapılmış literatürde belirtilen ampirik yaklaşımla çıkartılmış malzeme dataları sunulmuştur. Bunlarla birlikte ortotropik elasto-plastik malzeme modeli açıklanmıştır. Ardından yine aynı bölümde nümerik modellemede literatürden farklı olarak bu çalışmada kullanılan CSS8 tipi 8 noda sahip sürekli katı plaka elemanından ve bu elemanın literatürden farklı olarak kalınlık yönünde de yükleme durumu hakkında fikir verdiğinden bahsedilmiştir. Daha sonra ise bu malzeme ve eleman modelleri aracılığıyla yeni ve daha efektif olan ortotropik elasto-plastik malzeme modelleme tekniğinden bahsedilmiştir. Beşinci bölümün sonunda ise bu malzeme modelleri ile deneyleri yapılan numuneler modellenmiş ve bunların sonuçları verilmiştir. Bu sonuçlar ardından deneysel malzeme dataları ile birlikte değerlendirilmiştir ve karşılaştırmalı sonuçlar açıklanmıştır. Bu açıklamalar sonrası yeni modelleme tekniğinin avantajları ve dezavantajları da belirtilmiş ve mevcut modelleme yöntemlerine kıyasla ne durumda olduğundan bahsedilmiştir. Tezin son kısmı olan altıncı kısmında ise bu yapılan çalışmların devamında neler yapılabileceği, üzerine ne koyulabileceği ve sonuçların tartışılması ve değerlendirilmesi olan bölüm yer almaktadır. Tüm anlatılanları toparlayacak olursak, bu tez çalışması sanayi için önemli bir harcama kriteri olan oluklu mukavva ambalaj malzemelerinde daha kolay nümerik modeller oluşturmayı ve bu modellemeler aracılığıyla daha efektif kağıt seçimine gidilmesine yardımcı olacaktır. Ayrıca ürünlerde kullanılan kağıt tüketiminin azaltılması ile bu çalışmanın çevresel etkisi de ortaya çıkmış olacaktır.

Özet (Çeviri)

Nowadays, with rapid development in commerce, the need for products to be delivered quickly and without damage has increased. Growing rivalry in the commerce has lead the standard material costs to become more significant, and to keep up with the competition, companies need to reduce their standard material costs. Due to the fact that the protective packaging is not an end user product, designers are mainly the ones that focus their attention on the packaging of the products. As the outer containers of the products and accessories are made from corrugated cardboards, this makes them one of the most widespread packaging materials used in the industry. In the first chapter, motivation and the reason behind the importance of this topic is explained. Next, details of testing and modelling of paper materials is elaborated. In the second section of this thesis, the terminology of other works in the recent studies and the production methods of paper and corrugated cardboards are explained. Then the literature study related to mechanical behaviour modelling of paper was performed. Conducted tests in the literature about papers, numerical modelling of the paper and digital image processing of the paper were examined. Third chapter defines the kinematics of the deformation of paper and explains the constitutive equations of the orthotropic elastic and elasto–plastic materials. The numerical analyses are further conducted based on this constitutive equations. Fourth chapter of this thesis is devoted to the experimental analysis and material parameter determination of the specimens. Firstly, the specimen dimensions and preparation of specimens by using 2D plotter device is explained. Inıtial tests performed to determine test parameters and required load cells are elaborated. After that, monotonic tensile tests performed to determine elastic parameters of the specimens, and the cyclic loading tests prepared to determine elasto-plastic material parameters of the specimens are discussed. The fifth section of the thesis is where numerical analyses by using determined material parameters is explained. In this chapter, new modelling technique and new continuum solid shell element which called as CSS8 is introduced and by using this technique numerical analyses are conducted and the results explained. Last section of this thesis is the discussion and further works chapter, where procedures of tests and results, numerical analyses procedures, techniques, and results are discussed. To sum up, this thesis is intended to help the industry to model corrugated cardboard using finite element modelling, and easily develop effective cardboard designs. Additionally, this work aims to help with the selection of more efficient paper for ones corrugated cardboards by making easy numerical models.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    323855

    Nanolif yara örtücü yüzeylerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of nanofiber wound dressings

    ZARİFE DOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ DEMİR

  2. Tez No

    652114

    Experimental and mathematical modeling studies on thermoplastic composites filled with organic and inorganic residues

    Organik ve inorganik atık katkılı termoplastik kompozitler üzerine deneysel ve matematiksel modelleme araştırmaları

    NİLAY KÜÇÜKDOĞAN ÖZTÜRK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MÜCAHİT SÜTÇÜ

    PROF. DR. KUTLAY SEVER

  3. Tez No

    389257

    Atıksu arıtma tesislerinin model desteği ile iyileştirilmesi ve optimizasyonu

    Model supported rehabilitation and optimization of wastewater treatment plants

    GAMZE KIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM KARAHAN ÖZGÜN

  4. Tez No

    714909

    Modelling and characterization of the spoof surface plasmon polariton waveguides and reconfigurable components for terahertz integrated systems

    Terahertz entegre sistemler için yapay yüzey plazmon polariton dalga kılavuzları ve ayarlanabilir bileşenlerin modellenmesi ve karakterizasyonu

    MUHAMMED ABDULLAH UNUTMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. MEHMET ÜNLÜ

  5. Tez No

    426838

    Ham petrol kökenli parafinik esaslı mineral baz yağların (SN-80, SN-100, SN-150, SN-350, SN-500) farklı karışımlarının karakterizasyonu

    The characterization of various mixtures of parrafinnic mineral based oils originated from unrefined petroleum

    HABİB AKYAZI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Kimya MühendisliğiHitit Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERDAL KARADURMUŞ

Geri Dön