Geri Dön

Finite element formulations for Kirchhoff-Love microplates

Kirchhoff-Love mikroplakaları için sonlu elemanlar formülasyonları

  1. Tez No: 667329
  2. Yazar: MURAT KANDAZ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSNÜ DAL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 162

Özet

Mikro- ve nano-elektromekanik sistemler (MEMS-NEMS) yaşadığımız modern dünyanın vazgeçilmez parçalarıdır ve ilk kullanmaya başlanıldığı günden beri önem kazanmaya devam etmektedir. Halen daha da iyi tasarım ve üretim yöntemlerine ulaşmak için ilgili yapılarda daha doğru ve hassas elektromekanik analizlere ihtiyaç bulunmaktadır. Bu yapıların maruz kaldıkları şartlara bağlı olarak iç yapılarındaki fiziksel değişim ve olayları baz alarak yapılacak hassas modelleme ve analizler büyük önem taşımaktadır. Klasik sürekli ortam mekaniği yaklaşımları, büyük boyutlardaki yapılar için doğru sonuçlar vermektedir. Ancak MEMS-NEMS yapıları gibi boyutların birkaç tanecik boyutunda mikro boyuttaki parçaların mekanik davranışını modelleyememektedirler. Bu yüzden alan değişkenlerinin tanecik kenarlarındaki süreksizlikleri ve diğer yapısal bozukluklar dikkate alınmalıdır. Bu fenomen boyut etkisi olarak bilinmektedir. Mikron seviyelerindeki yapıları modellemek için, en etkili ve kanıtlanmış olanı modifiye gradyan elastisite kuramları olmak üzere çok çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. İlgili teorilerde mikron boyutta olan parçalar ve malzemeler, gradyanlar kullanarak, ve bunun sonucu olarak esas yapısal denklemlere boyut etkisi parametrelerini içeren yüksek mertebe terimlerinin eklenerek modellenmektedir. Bu çalışmada örnek mikroyapılar ve MEMS-NEMS yapıları, modifiye gradyan teorilerinin varyasyonel formülasyonuna dayalı sonlu elemanlar yöntemi (SEY) kullanılarak analiz edilmiştir. Bu kapmsada, Kirchhoff-Love plak teorisi için yeni sonlu elemanlar geliştirilmiş, dolayısıyla komplike şekillere sahip düzlemsel MEMS-NEMS yapılarının modellenmesi mümkün olmuştur. İlgili yapıların davranışları sayısal analiz tabanlı olarak gene bu çalışma içerisinde geliştirilen bilgisayar kodları ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, yapılan deneyler ve literatürdeki bulgular ile karşılaştırılmıştır. Genel sürekli ortam yaklaşımı içerisinde model sonuçlarının doğruluğu ve yakınsama davranışları ile hangi derecede uygulanabilir olduğu da ayrıca tartışılmıştır. Sözü edilen kuramsal-hesaplamalı-deneysel çerçeve kapsamında altın mikroyapılar için boyut etkisi parametreleri önerilmiştir.

Özet (Çeviri)

Micro- and nano-electromechanical systems (MEMS-NEMS) are integral parts of the modern world today and have gained importance since they were first introduced. There is still a huge demand for accurate electromechanical analyses of MEMS devices in order to reach even better design and manufacturing methods. It is vital that these devices are accurately modelled and analyzed based on the physical phenomena occurring within their inner structure as a result of the conditions they are subjected to. Classical continuum mechanics approaches are highly accurate for large scale structures where the structural length scale is several order of magnitudes higher than the microstructural length scale. However, they fail to describe the mechanical behavior of smaller parts, i.e. MEMS-NEMS devices, as the structural length scale becomes comparable to grain size. Hence, the effect of discontinuities in field variables at grain boundaries and other imperfections should be considered. This phenomenon is known as size effect or scale effect. To model such structures in the scale of microns, several techniques have been developed, the dominating and most well-proven being the modified gradient elasticity theories. Within this context, micron-scaled parts and materials are modelled using gradients, and in turn, higher order terms are introduced with relevant length scale parameters into the constitutive theory which take the size effects into account. In this study, sample microstructures and MEMS-NEMS devices are analyzed using finite element method (FEM) based on variational formulation of modified strain gradient theories. In this framework, new finite elements are developed and verified for Kirchhoff-Love plate theory, making it possible to model complex planar MEMSNEMS geometries. Structural behavior is elaborated using codes based on numerical analyses, that are also developed within this study. The results are then compared with experimental results and literature for verification. The convergence and validity of model results and the extent upto which they are applicable within the general continuum approach are also discussed. Length scale parameters for gold microstructures are proposed based on theoretical computational-experimental framework.

Benzer Tezler

  1. Elastik zemine oturan tabakalı kompozit plakaların karışık sonlu elemanlar metoduyla stabilite analizi

    Stability analysis of laminated composite plate-foundation interaction by mixed finite element formulation

    ENDER GÜLAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET H. OMURTAG

  2. Structural analysis of thin/thick composite box beams using finite element method

    İnce/kalın kompozit kutu kirişlerin sonlu elemanlar yöntemi ile yapısal analizi

    BUSE TUĞÇE TEMUÇİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR

  3. Eğri eksenli düzlemsel kirişlerin düzlem dışı statik problemlerinin analitik çözümü

    Başlık çevirisi yok

    O.YAŞAR DOĞRUER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALAATTİN ARPACI

  4. Takviyeli dairesel silindirik kabuk yapıların serbest titreşimlerinin incelenmesi

    Free vibrations of stiffened circular cylindrical shells

    ZAHİT MECİTOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1988

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. M. CENGİZ DÖKMECİ