Experimental and finite element free vibration analysis of a 3D printed nano-composite polymer cantilever beam
Üç boyutlu yazıcıda üretilmiş nanokompozit polimer ankastre kirişin deneysel ve nümerik serbest titreşim analizi
- Tez No: 775619
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEM BOĞA, DOÇ. DR. TURAÇ FARSADİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
Eriyik yığma modelleme yöntemi, tasarımda esneklik sağlaması ve tasarım aşamasından ilk üretime kadar geçen süreyi önemli ölçüde kısaltması nedeniyle imalatta kullanımını giderek artırmaktadır. Pek çok üretim yönteminde olduğu gibi, süreç bazı dezavantajlara sahiptir; bunlardan biri, yöntemin doğası gereği çoğunlukla anizotropinin neden olduğu mekanik özelliklerdeki zayıflıklardır. Bununla birlikte, bu zorlukların üstesinden gelmek için, örneğin filament hammaddesine nanopartiküllerin dâhil edilmesi gibi birçok yeni çalışma vardır. Araştırmacılar, bu nanopartikülleri dâhil ederek, eriyik yığma modelleme ile üretilen parçaların nispeten zayıf özelliklerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Ayrıca bu yöntemle üretilen parçaların kullanımı, hafif ama dayanıklı parça gerektiren Otomotiv ve Havacılık sektörlerinde de yerini almaktadır. Güvenilirliğin yanı sıra, bu endüstrilerde kullanılan parçaların önemli bir özelliği de titreşim davranışıdır, çünkü bu parçalar sıklıkla yoğun titreşime maruz kalırlar. Bir parça üzerinde dış kuvvetlerin neden olduğu titreşim, parçanın doğal frekansı ile çakışırsa, rezonans denilen ve yıkıcı etkilere neden olan bir olayın meydana geldiği bilinen bir gerçektir. Bu çalışmada, ağırlık olarak %1, %2, %3 ve %5 Kalsiyum Karbonat (CaCO3) nanopartikülleri içeren Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS) ve %0,3, %1 ve %2 Karbon Siyahı (KS) nanopartikülleri içeren ABS olmak üzere iki tip nanokompozit ankastre kiriş eriyik yığma modelleme yöntemi ile üretilmiştir. Bu kirişler için kullanılan filamentler, malzeme ekstrüzyon yöntemiyle laboratuvarda üretilmiştir. Ankastre kirişler, nanopartikül ilavesinin doğal frekans ve sönüm oranı değerlerine ilişkin titreşim davranışı üzerindeki etkilerini belirlemek için fiziksel olarak test edilmiştir. Fiziksel testlerin yanı sıra kirişlerin doğal frekans değerleri de doğrulama için ANSYS yazılımı ile sayısal olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, ABS matrisindeki karbon siyahı miktarının sönümleme katsayısı değerlerinde olumlu etkiye sebep olduğunu göstermiş ve %0,3 karbon siyahı nanoparçacık içeriğinin, sönüm oranı değerinde %39.6'lık bir artış sağladığını göstermiştir. Bununla birrlikte doğal frekans değerinde çok az değişimler tespit edilmiştir. Matristeki CaCO3 içeriği, ağırlık yüzdesindeki her artış için sönümleme oranı değerlerinde küçük artışlara neden olmuştur ve maksimum artış %5 CaCO3 katkılı ankastre kirişte %11.1 olarak kaydedilmiştir. Doğal frekans değerleri açısından CaCO3 nanoparçacıklarının eklenmesinin parametre üzerinde çok sınırlı bir etkiye sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Fused Deposition Modeling (FDM) is steadily increasing its usage in manufacturing since it enables flexibility in design and significantly shortens the amount of time needed from the design phase to the first production. Like many manufacturing methods, the process comes along with some drawbacks, one of them being weaknesses in mechanical properties mostly caused by anisotropy due to the nature of the method. Nevertheless, there are many novel efforts made for overcoming these difficulties such as the inclusion of nanoparticles in the feedstock of the process which is the filament. By including these nanoparticles, researchers aim to enhance the relatively weak properties of the parts produced with Fused Deposition Modeling. Furthermore, the use of parts manufactured with this method is taking place in the Automotive and Aeronautics industries as well which requires low-weight but durable parts. Along with reliability, an important characteristic of the parts used in these industries is vibrational behavior, since these parts are subjected to intense vibration frequently. It is a known fact that if vibration caused by external forces on a part coincides with the natural frequency of the part then a phenomenon called resonance occurs causing devastating effects. In this study, two types of nanocomposite cantilever beams composed of Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) containing Calcium Carbonate (CaCO3) nanoparticles of 1%, 2%, 3%, and 5% in weight fraction and ABS containing Carbon Black (CB) nanoparticles of 0.3%, 1% and 2% in weight fraction were manufactured by FDM method. The filaments used for these beams were fabricated in-house with the material extrusion method. The cantilever beams were physically tested for determining the effect of nanoparticle addition on vibrational behavior regarding natural frequency and damping ratio values. Along with the physical tests, the natural frequency values of the beams were also numerically calculated with ANSYS software for validation. The results showed that CB nanoparticle content in ABS resulted in an increase in the damping ratio of the beams compared to pure ABS beams with a maximum value obtained in 0.3wt% CB nanocomposite beams with a 39.6% increase in the damping ratio value however, it had a small influence on the natural frequency value of the beams. The CaCO3 content in the matrix also provided a maximum of 11.1% increase in the damping ratio with 5wt% CaCO3 content. In terms of natural frequency values, it was concluded that the addition of CaCO3 nanoparticles has a limited effect on the parameter.
Benzer Tezler
- Comperative structural analysis of suspension bridges with diagonal and vertical hangers
Eğik ve düşey askı kablolu asma köprülerin kıyaslamalı yapısal analizi
MUSTAFA MERT EYÜPGİLLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞRI MOLLAMAHMUTOĞLU
- Hafif raylı bir taşıtın taşıyıcı bojisinin titreşim analizi
Vibration analysis of a trailer bogie of a lrv
FATİH ZAFER TOPSAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Teorisi ve Dinamiği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMİH SEZER
- Diferensiyel transform metodu ile uç eklentili kirişlerin titreşim analizi
Vibration analysis of beams with tip mass using differential transform method
HİLAL DOĞANAY KATI
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN GÖKDAĞ
- Effects of internal contact surfaces of dental implants and abutment screw surface roughness on screw loosening
Diş implantlarin iç temas yüzeylerinin ve dayanak vidasi yüzey pürüzlülüğünün vida gevşemesi üzerindeki etkileri
ABDULRAHMAN MOHAMMED ABDO AL-HAJ AL-SANEA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Diş HekimliğiKocaeli ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN KİŞİOĞLU
- Top plate vibration analysis of the kanun instrument
Kanun göğüs tahtasının titreşim analizi
CEM ÖMEROĞLU