Data-driven approach for rubberlike materials
Kauçuk gibi malzemeler için veri odaklı yaklaşım
- Tez No: 774580
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSNÜ DAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Kauçuk benzeri malzemeler, yapıları gereği yükleme sırasında çok yüksek gerilimlere maruz kalabilir ve doğrusal olmayan davranışlar sergileyebilir. Maruz kaldıkları yükü kaldırdıktan sonra, genellikle deformasyon öncesi şekillerine geri dönebilirler, bir anlamda deformasyonları sırasında enerji kaybı olmaz. Bu özelliklerinden dolayı kauçuk benzeri malzemeler hiperelastik malzemeler olarak modellenebilir. Kauçuk ile uğraşan birçok kişinin modelleme yaklaşımı, literatürde kauçuk için geliştirilmiş uygun serbest enerji/gerinim enerjisi fonksiyonlarından birini seçmektir. Seçilen modelin malzeme parametre değerleri, malzeme testlerine en iyi uyumu veren parametre setlerinden belirlenir. Bazen en uygun modeli bulmak için birkaç model kontrol edilir ve karşılaştırılır. Halihazırda literatürde 40'ın üzerinde tanımlı serbest enerji fonksiyonu bulunmaktadır ve bunlara her geçen gün yenileri eklenmektedir. En uygun modeli bulmak yorucu bir süreç olabilir. Veriye dayalı malzeme modelleri bu bağlamda çok faydalı araçlar haline gelebilir. Sundukları genel yaklaşım sayesinde kimyasal yapıları, kürleşme süreçleri, katkı maddeleri ve kullanıldıkları ortam koşullarına göre çok farklı davranış özellikleri sergileyen kauçuk benzeri malzemelerin kolay ve doğru bir şekilde modellenmesini sağlarlar. Veriye dayalı hiperelastik modelleme, gerinim enerjisi yoğunluk fonksiyonu için herhangi bir özel analitik ifade kullanmadan gerilim-gerinim yanıtının oluşturulması için deneysel verilerin doğrudan kullanımına olanak sağladığından, kauçuk benzeri malzemelerin modellemesi için umut verici bir yaklaşımdır. Fiziksel olarak anlamlı malzeme parametreleriyle bir gerinim enerjisi fonksiyonu tanımlamak yerine, gerilim ifadelerinde kullanılan gerinim enerjisi yoğunluk fonksiyonlarının kısmi türevleri, uygun B-spline enterpolasyonlarıyla değiştirilmiştir. Bu B-spline enterpolasyonları, tek eksenli çekme, saf kesme ve (eş)çift eksenli çekme gibi çeşitli çok eksenli yükleme senaryolarından tanımlanan bir dizi kontrol noktasına sahiptir. Bu kontrol noktaları, veriye dayalı malzeme modelinin parametreleri olarak da tanımlanabilir. Aynı zamanda kararlı model yanıtını için sağlanması gereken dışbükey gerekliliği bu kontrol noktaları aracılığıyla uygulanır. Bu tez, farklı derecelere ve farklı kontrol noktalarına sahip B-spline'ların tanımları ile başlar ve geliştirilen B-spline algoritmasının tanıtılmasıyla devam eder. Devamında, veriye dayalı modellemede benimsenecek farklı kinematik yaklaşımlar açıklanmaktadır. Her kinematik yaklaşım için önerilen veri odaklı modeller, Kawabata ve Treloar veri setleri kullanılarak farklı dereceler ve kontrol noktası sayıları için test edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Son olarak, önerilen modellerin farklı deformasyon modları ve gerinim seviyeleri (düşük, orta ve yüksek) için mekanik davranışı yakalamadaki başarısı, uygunluk kriterlerinin kalitesi ile gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
Rubberlike materials, due to their structure, can undergo very high strains during loading and exhibit highly non-linear behavior. After the load is removed, they usually return to their pre-deformation shape, in a sense, no energy is lost during their deformation. Due to these properties, rubberlike materials can be modeled as hyperelastic materials. The modeling approach of many people dealing with rubber is to choose one of the appropriate free energy/strain energy functions developed for rubber in the literature. Material parameter values of the chosen model are determined from the parameter sets that give the best fit to the material tests. Sometimes to find the best-fitted model, several models are checked and compared. Currently, there are over 40 free energy functions defined in the literature and new ones are added to them every day. Finding the best-fitted model can become a tiresome process and data-driven material models can become very useful tools in this context. Thanks to the general approach they offer, they can enable easy and accurate modeling for rubberlike materials that exhibit very different behavior characteristics according to their chemical structure, curing process, additives, and the ambient conditions in which they are used. Data-driven hyperelasticity is a promising approach for the constitutive modeling of rubberlike materials because it enables the direct use of experimental data for the construction of the stress-strain response without using any specific analytical expression for the strain energy density function. Instead of defining a strain energy function with physically meaningful material parameters, the partial derivatives of the strain energy density functions, which are used in stress expressions, are replaced with appropriate B-spline interpolations. Those B-spline interpolations have a set of control points that are defined from various multiaxial loading scenarios such as uniaxial tension, pure shear, and (equi)biaxial tension deformations. These control points can also be defined as parameters of the data-driven material model. The convexity requirement is also enforced through those control points to ensure a convex and stable constitutive response. The thesis starts with the definitions of B-splines with different degrees and different control points and continues with the introduction of the developed B-spline algorithm. In the sequel, different kinematic approaches to be adopted in data-driven modeling are explained. The proposed data-driven models for each kinematic approach are tested and compared for different degrees and control point numbers using Kawabata and Treloar data sets. Finally, the success of the proposed models in capturing the mechanical behavior for different deformation modes and strain levels is demonstrated by the quality of fit criteria.
Benzer Tezler
- Açık işletmelerde uygun delme-patlatma şartlarını veren bir modelin geliştirilmesi
The development of a model to obtain suitable drilling and blasting conditions in open pit mines and quarries
SAİR KAHRAMAN
Doktora
Türkçe
1997
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NUH BİLGİN
- A data-driven approach for predicting solar energy potential of buildings in urban fabric
Kent dokusu içindeki binaların güneş enerjisi potansiyelini tahmin etmeye yönelik veriye dayalı bir yaklaşım
AYÇA DURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
MimarlıkOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK GÜRSEL DİNO
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLA AKGÜL
- A data-driven approach for understanding human behavior in urban studies
Kent araştırmalarında insan davranışını anlamak için veri tabanlı bir yaklaşım
BERTUĞ KAAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Şehircilik ve Bölge PlanlamaTED ÜniversitesiMimarlık ve Kent Çalışmaları Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BAŞAK UÇAR KIRMIZIGÜL
DR. ÖĞR. ÜYESİ İNAN UTKU TÜRKMEN
- A data driven approach for earthquake damace detection
Veri kullanımlı deprem hasar tespit yöntemi
AHMED S. MOHAMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
İnşaat MühendisliğiAtılım Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BURCU GÜNEŞ
- A reduced order data driven approach for shape optimization of hull vane
Tekne kıç kanadı şekil optimizasyonu için mertebesi düşürülmüş veri odaklı bir yaklaşım
CİHAD ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEVRİM BÜLENT DANIŞMAN