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: Belirtilmemiş.
- 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: 118
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
- 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
- Endüstriyel malzemelerde eş zamanlı ısı ve kütle transferinin deneysel ve nümerik incelenmesi
Experimental and numerical investigation of simultaneous heat and mass transfer in industrial materials
BURAK TÜRKAN
Doktora
Türkçe
2020
EnerjiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AKIN BURAK ETEMOĞLU
- A roadmap for breast cancer microwave hyperthermia treatment planning and experimental systems
Meme kanseri mikrodalga hipertermisinde tedavi planlama ve deneysel sistemler için bir yol haritası
MELTEM DUYGU ŞAFAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞAH YILDIZ ALTINTAŞ
- Havai rüzgar enerji sistemleri için çift modlu enerji dönüşüm ünitesinin çok fizikli analitik tasarımı ve optimizasyonu
Analytical design and multiphysics optimization of a dual mode energy conversion unit for airborne wind energy systems
ESRA ÇELİK
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET GARİP
DOÇ. DR. KADİR ERKAN
- Design and simulation of a microfluidic biochip for optic detection with derivatized microbeads and the biochemistry of learning
Türevlendirilmiş mikro küreler ile optik biyosensörü ve öğrenme biyokimyası için mikroakışkan biyoçipin tasarımı ve sımülasyonu
TUĞÇE TÜYSÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ALPTÜRK
DOÇ. DR. YILDIZ ULUDAĞ