Mechanical characterization of additively manufactured Ti-6Al-4V aircraft structural components produced by electron beam melting
Elektron demeti ile ergitme eklemeli imalat yöntemiyle üretilen Ti-6Al-4V uçak yapısal parçalarının mekanik karakterizasyonu
- Tez No: 763551
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN, DOÇ. DR. ERCAN GÜRSES
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 202
Özet
Hava ve uzay araçlarının yakıt verimi ve uçuş performansını iyileştirmek için yapısal parçaların topoloji optimizasyonu ile hafifletilmesi, tasarım ve analiz çalışmalarının en önemli amaçlarındandır. Bu noktada; karmaşık geometriye sahip daha hafif tasarımlar ortaya çıkmakta ancak konvansiyonel imalat yöntemleriyle üretilememektedir. Ortaya çıkan tasarım ise katman üzerine katman ekleyerek gerçekleştiren eklemeli imalat yöntemleriyle net şekle yakın olarak üretilebilmektedir. Ancak, eklemeli imalat ile üretilen malzemelerin özellikleri standardize edilmemiştir ve tam olarak da bilinmemektedir. Bu nedenle bu tez çalışmasında, bir toz yatağında metalik eklemeli imalat yöntemi olan elektron demeti ile ergitme (EBM) ile üretilen Ti-6Al-4V alaşımının çekme, yorulma ve pim-ezme malzeme özelliklerinin ASTM standartlarına göre gerçekleştirilen test kampanyaları ile elde edilmesi amaçlanmıştır. Test numuneleri üç üretim yönünde üretilmiştir ve üretim yönlerinin malzeme özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Bunun yanında, bir ardıl işlem olan sıcak izostatik preslemenin (HIP) malzemedeki istenmeyen gözenekleri neredeyse tamamen giderdiği de gözlemlenmiştir. Test kampanyaları ile malzeme özellikleri elde edildikten sonra, bir insansız hava aracının pilon bağlantı parçasının ağırlığı topoloji optimizasyonu ile azaltılmıştır. Son olarak bilimsel katkıları özetlemek gerekirse; bu çalışma kapsamlı bir test kampanyasını içermektedir ve birçok çalışma sadece iki üretim yönüne odaklanırken bu çalışmada esas olarak birbirine dik üç üretim yönünün elastoplastik özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmanın bir diğer özgünlüğü de Poisson oranının değerlendirilmesidir. Bunlara ek olarak elde edilen bir diğer bulgu ise, mikro CT görüntüleme ile destek yapılarının uygulandığı yüzeylerde daha yoğun kusurlara yol açtığının gözlemlenmesidir; bu nedenle yapısal parçaların yüksek gerilimli bölgelerinde destek yapıları kullanmaktan kaçınılmalıdır.
Özet (Çeviri)
Weight reduction of structural parts is one of the most important efforts of design and analysis studies to improve fuel efficiency and flight performance of aerospace vehicles through topology optimization creating complex geometric designs that are lighter but cannot be produced via conventional manufacturing methods. Instead, the manufacturing of the resulting designs is possible with additive manufacturing methods where the final product is obtained by adding layer upon layer to obtain close to the near-net-shape. However, the material properties produced by additive manufacturing are not standardized and fully known. Therefore, this thesis aims to obtain the tensile, fatigue, and pin-bearing material properties of Ti-6Al-4V alloy produced by electron beam melting (EBM) with test campaigns carried out according to ASTM standards. Test specimens are manufactured in three build directions, and the effect of build direction on material properties is investigated. Additionally, the effect of hot isostatic pressing (HIP) as a post-treatment revealed that the unwanted pores in the material are almost thoroughly closed. Having obtained the material properties, the pylon fitting of an unmanned aerial vehicle is lightened by topology optimization. Finally, as novel scientific contributions, this study includes comprehensive test campaigns and investigates the effects of three orthogonal build directions on elastoplastic properties, while many studies focus on only two-build directions. Evaluation of Poisson's ratio is the other originality of this study. Furthermore, another finding through micro CT imaging is that temporary support structures result in intense defects closer to applied surfaces; hence high-stress regions of structures should be avoided to use support structures.
Benzer Tezler
- Seçici lazer ergitme metodu ile üretilmiş parçalarda termal kalinti gerilme karakterizasyonu ve malzeme metalurjik özellikleriyle ilişkilendirilmesi
Thermal residual stress characterization of parts produced by selective laser melting method and its relationship with material metallurgical properties
AKIN DAĞKOLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- SLE (seçici lazer ergitme) yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımının ısıl işlemi ve karakterizasyonu
Heat treatment and characterization of Ti6Al4V alloy produced by selective laser melting (SLM) method
ESRA ZERİNA APPAVURAVTHER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET TÜRK
- Metal eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Ti-6Al-4V humerus plağının eğilme davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the bending behavior of Ti-6Al-4V humerus plates produced by metal additive manufacturing method
KAMURAN KAMİL YEŞİLKAYA
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF USTA
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH AYCAN
- Constitutive modelling and micro-machinability evaluation of wrought and additively manufactured Ti6Al4V alloys: Experimental characterization and numerical simulation
Dövme ve eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımlarının yapısal modellemesi ve mikro işlenebilirlilik değerlendirmesi: Deneysel karakterizasyon ve nümerik simülasyon
NECATİ UÇAK
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM ÇİÇEK
PROF. DR. KUBİLAY ASLANTAŞ
- 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