Multiphysical modeling and optimization of vacuum bag only process with integration of resin flow, heat transfer and consolidation for composite manufacturing design
Kompozit üretim tasarımında otoklav dışı prepregler için vakum torbalama yönteminin reçine akışı, sıcaklık transferi ve konsolidasyon çoklu fiziklerin entegrasyonu ile modellenmesi ve optimizasyonu
- Tez No: 643484
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar destekli hesaplama, Lifli kompozitler, Tabakalı kompozitler, Computer aided calculation, Fiber composites, Laminated composites
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılık endüstrisi standardlarında kompozit üretimi ileri teknoloji ve yüksek kabiliyetli üretim teknikleri gerektirir. Otoklav üretim tekniği, yüksek basınç ve sıcaklık profili içeren, mümkün olduğunca düşük boşluk oranı elde etmeyi hedefleyen havacılık endüstrisi için iyi anlaşılmış ve yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Üretilen parçaların kısıtlı geometrik özellklere sahip olabilmesi ve üretim maliyetlerinin cok yüksek olması Otoklav üretim tekniğinin kullanımını sınırladırmaktadır. Alternatif olarak, Otoklav Dışı (OoA) üretim tekniği ile Vakum Torbalama (VBO) yöntemi, doğru proses işlem koşulları ile havacılık endüstrisindeki pahalı kompozit üretim zorluklarının yerini alma potansiyeline sahiptir. Otoklav dışı vacuum torbalama yönteminin başarısı, reçine akışı, ısı transferi ve konsolidasyon gibi çoklu fiziklerin kontrolüne bağlıdır. Bu tezde, VBO üretim süreci için çoklu fizik ana denklemleri şemasının entegrasyonu gerçekleştirilmiş ve 1-, 2- ve 4-katmanlı OoA prepreglerinin kalınlık yönünde iki boyutlu (2D) çözüm geometrisi içerisinde, ticari olarak mevcut olan yazılım yardımıyla modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu geliştirilen model, prepreg sistemindeki anlık boşluk içeriğini, aynı zamanda boşluk oluşum mekanizmasını ve hava tahliye kanallarının tespit etmeyi amaçlamaktadır. Geliştirilen modelin tez içerisinde değerlendirilmesi, reçine emdirilmiş alanın VBO işlemi sırasında zamana bağlı değişimini bulacak şekilde ilerlenmiş. Geliştirilen model 1-,2- ve 4-tabakalı prepeg sistemleri için, hem entegrasyon hem de bireysel olarak herbir fiziğin değerlendirilmesi için kullanılmıştır. Sıcaklık profilinde ilk kür sıcaklığı, son kür sıcaklığı, bekleme süresi ve kürlenme hızı içeren etkili proses parametreleri, Nelder-Mead algoritması ile optimizasyon çalışmasının yanı sıra parametrik sayısal deneylere tabi tutulmuştur. Çalışmaların sonuçları, tekrarlanabilir, ölçeklenebilir ve kontrol edilebilir bir VBO proses çıktıları elde etmek için doğru proses koşullarını bulmayı amaçlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The composite manufacturing for the aerospace industry requires advance and skillful manufacturing techniques. Autoclave manufacturing technique is well understood and widely used for the aerospace industry that aims to get as low as possible void content in cured parts with higher pressure and temperature profile. The allowable geometry of manufactured parts and operational cost limits Autoclave manufacturing techniques by fulfilling high mechanical performance. Alternatively, Out of Autoclave (OoA) technique with Vacuum Bag Only (VBO) method with right process conditions and prepreg system has the potential to displace expensive composite manufacturing challenges in the aerospace industry. The successful OoA manufacturing process depends on control of multiphysics such as resin flow, heat transfer and consolidation. In this thesis, integration of multiphysical governing equations scheme for VBO manufacturing process, is developed and implemented for 2D through thickness of 1-, 2-, and 4-layer of OoA prepregs via commercially available software. This model aims to capture instantaneous void content in prepreg system, hence, void initiation mechanism and air evacuation channels during VBO process. The assessment of developed model during thesis, is planned to find time dependent change of resin impregnated area during VBO process. Based on change of resin impregnated area, the multiphysical assessment of developed model configurations is evaluated to reveal effective parameters of individual physics as well as integration with each other. The effective process parameters that includes initial cure temperature, post cure temperature, dwell time and ramp rate on the temperature profile is subjected to parametric numerical experiments as well as the optimization study with Nelder-Mead algorithm. The results of studies are aimed to find right process conditions in order to achieve repeatable, scalable and controllable VBO process outcomes.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of refractory high entropy WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alloys by mechanical alloying method and vacuum arc melting
Mekanik alaşımlama ve vakum ark eritme yöntemleriyle refrakter yüksek entropi WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alaşımlarının sentezi ve karakterizasyonu
AMMAR BASIL NADER ALKRAIDI
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
- Elektrik dağıtım sistemlerinde birey odaklı konfor öncelikli talep yönetimi için akıllı yöntem geliştirilmesi
Developing an intelligent method for the user oriented comfort based demand response studies in the electricity distribution systems
MEHMET ALİ SÖNMEZ
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Design, analysis, simulation and optimization of a MEMS Lorentz force magnetic field sensor for biosensing of biowarfare agents
Biyolojik savaş ajanlarının tespit uygulamaları için Lorentz kuvveti temelli manyetik alan sensörünün tasarımı, analizi, simülasyon ve optimizasyonu
EMİNE RUMEYSA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Predictive modeling and multi-objective optimization of machining-induced residual stresses: İnvestigation of machining parameter effects
Talaşlı imalat ile oluşan kalıntı gerilimlerin tahminsel modellemesi ve çok hedefli optimizasyonu: İşleme parametrelerinin etkisinin incelenmesi
DURUL ULUTAN
Doktora
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiRutgers, The State Unıversıty Of New Jersey-New Brunswıck CampusEndüstri ve Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞRUL ÖZEL
- Parçacık sürü optimizasyonu ile pareto yaklaşımının birleştirilerek çok amaçlı optimizasyon problemlerinin çözümü ve Çanakkale-Tuzla hidrotermal sistemin manyetotellürik verileri ile modellenmesi
Solution of multi-objective optimization problems by combining particle swarm optimization with pareto approach and modeling of Çanakkale-Tuzla hydrothermal system with magnetotelluric data
ERSİN BÜYÜK
Doktora
Türkçe
2020
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH KARAMAN