Development and finite element analysis of a magnetorheological elastomer for stiffness variation in a soft manipulator
Yumuşak manipülatörlerde direngenlik değişimi için manyetoreolojik elastomer geliştirilmesi ve sonlu eleman analizi
- Tez No: 691814
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EVREN SAMUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Rijit robotların zorlu çevre koşullarına yetersiz adaptasyonları yeni akıllı sistemler gerektirir. Bu gereklilik, yüksek çevikliğe, deformasyona ve uyumluluğa sahip yumuşak robotların evrimini sağlamıştır. Yumuşak robotlar için çok önemli bir gereklilik ise değişken direngenliktir, çünkü bu çevre ile etkileşen kuvvetleri ayarlama potansiyeli sağlar. Dış fiziksel uyaranlar sayesinde direngenlik değişimi gösterebilen akıllı malzemelerin kullanılması literatürde önerilen yöntemlerden biridir. Manyetoreolojik elastomerler (MREler), uygulanan manyetik alanın bir sonucu olarak reolojik davranışı değiştirilebilen bir tür akıllı malzemedir. MREler genellikle mikron büyüklüğünde ferromanyetik parçacıklarla elde edilmiş doğal veya sentetik kauçuktan oluşur. Bu çalışmada, STIFF-FLOP adlı yumuşak bir manipülatöre direngenlik değişimi sağlamak için izotropik bir MRE geliştirilmiştir. Bağımsız bir MRE modülü geliştirilmiş, test edilmiş ve bu MRE'nin STIFF-FLOP'a uygulanması önerilmiştir. MRE'lerin materyal davranışını daha kapsayıcı bir biçimde yakalamak için, halihazırda literatürde kullanılan analitik bir yöntem bazı eklemelerle geliştirilmiştir. Önerilen model daha sonra bir sonlu elemanlar analizi (FEA) yazılımına entegre edilmiştir. Bu FEA modeli mevcut yöntemle karşılaştırılmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Geliştirilen FEA, doğrulandıktan sonra, STIFF-FLOP'ta MRE modülünün olası bir uygulamasıyla oluşabilecek direngenlik değişimini analiz etmek için kullanılmıştır. Sonuçlar, önerilen FEA modelinin, geliştirilen MRE'lerin materyal davranışını yakalayabildiğini göstermektedir. Sonuçlar ayrıca, MRE'lerden yararlanarak yapılması amaçlanan uygulamanın, yüksek oranda değişen direngenlik değerleri elde edebileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Rigid robots and their inadequate adaptation to challenging environmental conditions requires new intelligent systems. This demand has empowered the evolution of soft robots, that have high dexterity, deformability, and compliance. One crucial requirement for soft robots is the variable stiffness as this provides the potential for tuning the forces exchanged with the environment. Adaptation of smart materials, which can undergo stiffness variations because of the applied physical stimuli, is one of the proposed methods in the literature. Magnetorheological elastomers (MREs) are a type of smart material whose rheological behavior can be changed as a result of the applied magnetic field. MREs generally consist of natural or synthetic rubber perfused with micron sized ferromagnetic particles. In this thesis, an isotropic MRE has been developed to provide stiffness variation for a soft manipulator, which is the STIFF-FLOP. A stand-alone MRE module for stiffness variation has been developed, and tested, an intended application of this MRE module to the STIFF-FLOP soft manipulator is proposed. To capture MRE's material behavior adequately, an analytical method currently used in literature has been advanced by further development. The proposed model has then been implemented in a finite element analysis (FEA) software. This FEA model was compared with the existing method, and experimentally validated. Once the developed FEA was validated, it was used to analyze the stiffness change that might occur due to a possible implementation of the MRE module in the STIFF-FLOP. Results indicate that the proposed FEA is capable of capturing the material behavior of the developed MREs. Results also show that the intended application might benefit from MREs by obtaining highly changing stiffness values.
Benzer Tezler
- Manyetoreolojik damper sistemlerinde sıvı bileşen geliştirilmesi ve sönümleme özelliklerinin karakterizasyonu
Liquid component development in magnetorheological damper systems and characterization of damping properties
ERCAN OLCAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT KARABAY
- Development of MR-fluid based semi-active dampers for use in haptic devices
Haptik cihazlarda kullanılması için MR-sıvısı bazlı yarı-aktif damper geliştirilmesi
MEHMET GÖRKEM KARABULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET İSMET CAN DEDE
- Bir taktik insansız hava aracı kanadının sonlu elemanlar ve deneysel analizi
Experimental and finite element analysis of a tactical unmanned air veichle composite wing
BAHTİYAR TAYLAN AKSONGUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Zemin mühendisliğinde gerilme şekil değiştirme davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Stress-strain analysis by finite element method in geotechnical engineering
ELİF YILMAZ
- NiCoCrAlY+YSZ ile kaplanmış kanatçıklı diskin dinamik sonluelemanlar analizi ve toplu parametreli sistem ilemodellenmesi
Dynamic fem analysis and modeling of NiCoCrAlY+YSZ coated blisk with lumped parameter system
MUSTAFA YİĞİT OTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VAHİT MERMERTAŞ