Eklemeli imalat ile titanyum ve polimer esaslı malzemelerden üretilen hücresel yapıların mekanik davranışlarının deneysel olarak araştırılması
Experimental research on mechanical behaviors of additively manufactured cellular structures from titanium and polymer based materials
- Tez No: 655002
- Danışmanlar: PROF. DR. BEKİR YALÇIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 304
Özet
Endüstride, özellikli davranışa sahip tasarımlara, hafif malzemelere ve yeni imalat yöntemlerine yönelim artmıştır. Topolojik tasarımla daha hafif, kabul edilebilir dayanıma, spesifik enerji emilimine, esnekliğe ve geometrik karmaşıklığa sahip hücresel yapıların eklemeli imal edilebilirliği araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. Literatürde, pozitif Poisson oranına sahip malzemelerin davranışıyla ilgili çok sayıda bilimsel çalışmaya rastlanmakta, ancak, negatif Poisson oranına sahip yeni hücresel yapıların mekanik davranışlarıyla ilgili sınırlı düzeyde araştırma bulunmaktadır. Bu doktora tezinde, Poisson oranının negatif olması ve bunun mekanik davranışa etkisinin araştırılabilmesi için honeycomb, re-entrant, kiral ve hibrit gibi değişik topolojilere sahip hücresel yapılar tasarlanarak, PLA ve Ti6Al4V malzemelerden optimum parametrelerle eklemeli imal edilmiştir. Eriyik yığarak modellemeyle (FDM) PLA malzemeden, direkt metal lazer sinterlemeyle (DMLS) Ti6Al4V malzemeden ASTM D638-14 ve E8/E8M-16a standartlarına uygun olarak çekme ve basma test numuneleri üretilmiştir. Hücresel yapıların birim hücresinin konumlanma yönü ve birim hücresindeki kirişin kalınlığı, uzunluğu, yüksekliği ve açısı gibi geometrik değişkenlerin mekanik performansa etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak, DMLS ile Ti6Al4V malzemeden ve FDM ile PLA malzemeden imal edilen hücresel yapıların birim hücresinde tasarımla imalat sonrası boyutsal farklılık sırasıyla % 1,6 ve % 22,5 olarak ölçülmüştür. PLA numunelerin yüzey pürüzlülüğü 10-20 µm aralığında, Ti6Al4V'un 3-4 µm mertebesinde ölçülmüştür. Kiriş kalınlığının artmasıyla, elastik modülü, çekme ve basma dayanımlarında artış görülmüştür. Çekme durumunda honeycomb yapıların, basma durumunda ise re-entrant yapıların daha fazla enerji absorbe ettiği belirlenmiştir. Özellikle, honeycomb yapılar pozitif Poisson değerine sahip olurken, re-entrant, kiral ve hibrit yapılar belirli deformasyon miktarına kadar negatif Poisson davranışı sergilemiştir. Bu davranışın, re-entrant yapıların enerji emilimine katkı sağladığı sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In the industry, there has been an increasing trend towards designs with featured behavior, light materials, and new manufacturing methods. With topological design, the additive manufacturability of cellular structures with lighter, acceptable strength, specific energy absorption, flexibility, and geometric complexity has been the focus of the researchers. There are many scientific studies in the literature on the behavior of materials with a positive Poisson's ratio, but there is limited research on the mechanical behavior of new cellular structures with a negative Poisson's ratio. In this PhD thesis, cellular structures with different topologies such as honeycomb, re-entrant, chiral and hybrid were designed and manufactured with optimum parameters from PLA and Ti6Al4V materials to investigate the negative Poisson's ratio and its effect on mechanical behavior. Tensile and compression test specimens in accordance with ASTM D638-14 and E8 / E8M-16a standards were manufactured from PLA and Ti6Al4V material by fused deposition modelling (FDM) and direct metal laser sintering (DMLS) respectively. The effect of geometric variables such as the positioning direction of the unit cell of the cellular structures and the thickness, length, height, and angle of the rib in the unit cell on the mechanical performance were determined. As a result, the dimensional difference in the unit cell of the cellular structures made of Ti6Al4V by DMLS and PLA material by FDM between design and manufacturing was measured as 1,6 % and 22,5 % respectively. The surface roughness of PLA samples was measured in the range of 10-20 µm, and 3-4 µm for Ti6Al4V. With the increase in rib thickness, elastic modulus, tensile and compression strengths increased. It was determined that honeycomb structures absorb more energy under tension and re-entrant structures in compression. Especially, honeycomb structures have a positive Poisson value, while re-entrant, chiral and hybrid structures exhibited negative Poisson behavior up to a certain amount of deformation. It is concluded that this behavior contributes to the energy absorption of the re-entrant structures.
Benzer Tezler
- Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş Ti6Al4V parçaların farklı ortam sıcaklıklarında mekanik özelliklerinin incelenmesi
Determining mechanical properties of Ti6Al4V additive manufactured parts at different test conditions
TAYLAN OVACIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİNNUR SAĞBAŞ
- Peek matrisli polimer kompozit temelli insan omurga implantı geliştirilmesi ve granül ekstrüzyon yöntemi ile eklemeli imalatı
Development of human spine implant based on peek matrix polymer composite and additive manufacturing by granule extrusion method
MERVE BAĞCI BİLGEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Experimental and numerical investigation of mechanical properties of additively manufactured auxetic structures
Eklemeli imalatla üretilmiş ökzetik yapıların mekanik özelliklerinin deneysel ve sayısal incelemesi
MEHMET TAŞDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER EVİS
- Sterolitografi ile üretilen kompozitlerde nano toz katkısının mekanik ve fiziksel özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of nano powder additives on mechanical and physical properties of composites produced by stereolithography
MAMOUN K.M. ALSHIHABI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEVLÜT YUNUS KAYACAN