Detection of manufacturing errors in composite pressure vessel structures
Kompozit basınçlı kap yapılarında üretim kaynaklı hataların bulunması
- Tez No: 762425
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN OSMAN ÖZGEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 190
Özet
Kompozit malzemelerin mühendislik yapılarında kullanımı son birkaç yılda artmakta olup bu nedenle imalat tekniklerinde karmaşıklık ve incelikte bir artış gerektirmiştir. Metal muadillerinden farklı olarak kompozit yapılar, ürünün performansını sağlamak için geniş ve kapsamlı bir test süreci gerektirir. Bu nedenle, ürünün çok az hata içermesi temeldir. Bu çalışmada, filaman sargılı kompozit yapılar için en sık karşılaşılan hata türleri: katman açıları karışıklıkları, hacim oranındaki değişiklik ve delaminasyon ele alınmakta ve değerlendirilmektedir. Plaka, silindirik ve basınçlı kap yapıları için her bir hata türü incelenmiştir. Dinamik ve titreşim ilkelerine dayalı tahribatsız değerlendirme yöntemleri ya önerilmiş ya da kullanılmaktadır. Önerilen veya kullanılan yöntemler, sonlu elemanlar analizi ve modal test verileri aracılığıyla doğrulanmıştır. Katman açıları karışıklıklarını değerlendirmek için yeni bir yöntem önerildi. Bu yöntem deneysel olarak ölçülen doğal frekansları kullanmakta ve daha sonra bunları katman açılarını tanımlamak için kullanılacak bir dizi parametreye dönüştürmektedir. Daha sonra bu parameter aralığını tek bir parametreye indirmek ix için üretim sürecinin fizikselliğine dayalı bir optimizasyon kullanılmaktadır. Bu parametre daha sonra kompozitteki katman açılarını değerlendirmek için bir yapay sinir ağı ile kullanılmıştır. Önerilen yöntemi doğrulamak için toplam katmanların, geometrinin, boyutun ve sınır koşulunun etkilerini içeren sonlu eleman analizleri ve modal testleri yapılmıştır. Tüm durumlar için, ele alınan durumlar ile önerilen yöntemin tahmininde çok iyi bir eşleşme elde edilmiştir. Daha önce önerilen yeni yöntem kompozitin hacim oranı ve ortalama kalınlığının etkilerini kapsayacak şekilde genişletilmiştir. Bu etkiler dahil edilerek, yöntem zayıflatılmış ve artık katman açılarını elde edemeyebileceği gösterilmiştir. Önerilen yöntem, bunun yerine değerli bir bilgi içermeyen sahte katman açılarını bulmaktadır. Bununla birlikte, hacim oranı saptandıktan sonra, gerçek katman açılarını elde etmek için ek bir adımın kullanılabileceği gösterilmiştir. Önerilen bu yöntem aynı zamanda hem sonlu elemanlar analizi hem de modal test verileri ile doğrulanmıştır. Literatürde daha önce, kiriş yapılarında delaminasyonlara kütle ekleme yöntemi kullanılıyordu. Bu yöntem genişletildi; plakalara, silindirlere ve basınçlı kaplara uygulandı. Kullanılan yöntem için, kütlenin bir delaminasyon bölgesine uygulandığında dikkate alınan tüm yapılar için doğal frekansları abarttığı ve kütle delaminasyon dışı bir bölgeye uygulandığında anlamlı bir değişiklik sağlamadığı tespit edilmiştir. Kullanılan yöntem hem sonlu elemanlar analizleri hem de modal testler yoluyla doğrulanmıştır. Sonlu elemanlar analizinin, testlere kıyasla doğal frekanslarda elde edilen farkı abarttığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Usage of composite materials in engineering structures has been increasing for the past few decades, which required an increase in complexity and delicacy in the manufacturing techniques. Unlike their metal counterparts, composite structures require a vast and thorough testing process to ensure the performance of the product. Any error in the manufacturing process will affect the quality of the produced composite part, which in return may not satisfy the required performance of the design. Therefore, it is required for composite parts to contain as little error as possible, both in types, number, and extent. In this study, most commonly encountered error types for filament wound composite structures: ply orientation mix-ups, alteration in volume fraction, and delamination are considered and assessed. Each error type was considered for plate, cylindrical, and pressure vessel structures. Non-destructive evaluation methods based on principals of dynamics and vibration are either proposed or employed. Proposed or employed methods were validated through finite element analysis and modal test data. vi A novel method was proposed to assess the ply orientation mix-ups. This method uses the experimentally measured natural frequencies, and then converts them into a range of parameters that will be used to identify ply orientations later. An optimization based on the physicality of the manufacturing process is then used to reduce this range into a single quantity. This quantity is then employed with an artificial neural network to assess the ply orientations in the laminate. To validate the model, several finite element analysis and modal tests were conducted that include the effects of total plies, geometry, size, and boundary condition. Previously proposed novel method described in the previous paragraph was extended to cover the effects of volume fraction and average thickness of the laminate on stiffness and mass characteristics of the structure. By including these effects, the method was weakened and was shown that it may no longer obtain the ply orientations. The proposed method for this effect instead finds pseudo-orientations, which cannot be employed in aid to find the ply orientations anymore. However, it was shown that after the volume fraction was detected, an additional step may be used to obtain the real ply orientations. This method was also validated through both finite element analysis and modal test data. Previously in literature, a method of added mass to the delaminations was used to identify them on beam structures. This method was extended and applied to plates, cylinders, and pressure vessels. It was identified that the employed method presents a large difference in natural frequencies for all structures considered when the mass is applied on a delamination region and does not provide a meaningful change if the mass is applied elsewhere, compared to a structure that is free of delamination. The employed method was validated both through finite element analysis and modal tests. It was shown that the finite element analysis overestimates the difference obtained in natural frequencies compared to tests.
Benzer Tezler
- Permeability measurement methods for fabric preforms used in liquid composite molding processes
Sıvı kalıplama kompozit imalat yönteminde kullanılan kumaşlar için geçirgenlik ölçüm yöntemleri
AYŞEN SARIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. E. MURAT SÖZER
- Developing learning algorithms for enhancing industrial machine vision systems and improving task accuracy of robotic manipulators
Endüstriyel yapay görme sistemlerini iyileştirmek ve robotik manipülatörlerin görev doğruluğunu artırmak için öğrenme algoritmalarının geliştirilmesi
DIYAR KHALIS BILAL
Doktora
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Bir binek araca ait fren diskindeki hataların titreşim parametreleri ile tespiti
Determination of defects on the passenger car brake disc using vibration parameters
ERTUĞRUL İLHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN GÖKDAĞ
- Toz yatağında katmanlı imalat prosesinin sonlu elemanlarla modellenmesi
Process modeling of powder bed fusion additive manufacturing with finite element method
FATİH YARDIMCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- CFRP plakalarda delaminasyon hasarının makina öğrenmesi ile tahmin edilmesi
Predicting delamination failure in CFRP composite plates with machine learning algorithms
AMMAR TARIK DİNÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL