Experimental analysis and modeling of porous NiTi shape memory alloys
Gözenekli NiTi şekil hafızalı alaşımlarının deneysel analizi ve modellenmesi
- Tez No: 812611
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Gözeneklilik, NiTi ŞHA'lara ek özellikler getirerek malzemenin biyomedikal uygulamalar için potansiyelini artırmıştır. Gözenekli NiTi parçaların üretimi için literatürde çeşitli teknikler sunulmakla birlikte şekil hafızası anlamında üstün özellikler elde etmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Buna dayanarak, gözenekli NiTi ŞHA'ların mekanik davranışını analiz etmek ve modellemek amaçlanmıştır. İlk olarak, kıvılcım plazma sinterleme yöntemi ile sıkıştırılmış NiTi numuneleri üretilmiştir. Sinterlemeden sonra numuneler beklenen super-elastik davranışı göstermemiş ve sistematik olarak ısıl işleme tabi tutulmuşlardır. Faz dönüşüm özellikleri ve mikro bileşenler DSC ve XRD kullanılarak gözlemlenmiş, bu karakterizasyonlar mikro yapıya dair bir fikir vermiştir. Yaşlanma işlemi ile değişen malzeme sertliğini ölçmek için mikro sertlik ölçümü yapılmış ve belirli numuneler tek eksenli sıkıştırma altında test edilmiştir. Sinterlenmiş NiTi'nin süper-elastik davranışında bir iyileşme gözlemlenmiş ve de ısıl işlemin etkisi rapor edilmiştir. Tezin modelleme bölümünde, gözenekli ŞHA'ların mekanik davranışı için poromekanik yaklaşım kullanılarak makro ölçekli fenomenolojik bir model geliştirlmistir. Modelde, gözenekli ortam katı bir matris ve bağlantılı gözenekli boşluktan oluşan bir iskelet yapısı olarak kabul edilmiş ve gözeneklilik modele bir iç durum değişkeni olarak dahil edilmiştir. Hem süperelastik hem de plastik deformasyonlar modele dahil edilmiştir. Gözenekli ŞHA'ların davranışını Abaqus'te modellemek için bir kullanıcı tanımlı malzeme alt programı geliştirilmiştir. Model, literatürdeki deneysel sonuçlar ve bu çalışmada uygulanan birim hücre tekniğinden elde edilen sayısal sonuçlar kullanılarak doğrulanmış; gözenekli ŞHA'ların mekanik davranışı makul bir doğruluk ve birim hücre yaklaşımına kıyasla numerik maliyette önemli bir azalma ile temsil edilmiştir. Modelin ozellikle biyomedikal uygulamalarda oldukça yararlı olabileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Porosity brings new features to NiTi SMAs, and raises its potential for biomedical applications. Although different techniques are provided in the literature for manufacturing porous NiTi samples, the subject is still open to further investigation to achieve superior shape memory characteristics. Based on this, the aim of the thesis is to analyze and model the mechanical behavior of porous NiTi SMAs. First, NiTi compacts were produced using spark plasma sintering. After sintering, because the samples did not show the expected pseudoelastic behavior, they were systematically subjected to heat treatment. The transformation behavior and the phase composition were analyzed using DSC and XRD. These characterization gave an insight to the micro-structure after heat treatment. Then, instrumented micro-indentation was carried out to measure the hardness that was altered by aging. Selected samples that were tested under uniaxial compression showed an enhancement in the pseudoelasticity of the SPSed NiTi that was heat-treated. In the modeling part, a macro-scale phenomenological model is proposed for the mechanical behavior of the porous NiTi by using poromechanics. The model considers the porous medium as a skeleton that consists of a solid matrix and connected porous space. The porosity is included as an internal state variable. Both the pseudoelastic and plastic deformations were considered. The phenomenological model was implemented into Abaqus through a UMAT, and validated using experimental results available in the literature, as well as the numerical results obtained from the unit cell (UC) technique used in this study. The model proposed in this thesis represents the mechanical behavior of porous SMAs with reasonable accuracy with a significant reduction in numerical cost when compared to the UC approach. The model can be especially useful in possible biomedical applications.
Benzer Tezler
- Toz torbasız elektrik süpürgelerinde toz dağılımının sayısal modellenmesi ve toz haznesinin toz toplama veriminin belirlenmesi
Numerical modeling of dust particle trajectories in a cyclonic vacuum cleaner and determination of dust collection efficiency
BARIŞ KALE
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Karbon tabanlı yeni hibrit nano-yapıların modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of carbon based new hybrid nano-structures
ÜNAL DEĞİRMENCİ
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Zorlanmış salınımlı dikey akışta gözenekli ortamın ısı geçişine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigations on the effect of porous media on heat transfer from vertical forced oscillated fluid flow
ESRA KEŞAF
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. ERSİN SAYAR
- Seramiklerin pyroplastik davranışının modellenmesi
Modeling of the pyroplastic behavior of ceramics
ULUĞ KERİM YÜCEL
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YILDIZ
- Susturucu içerisindeki akışın modellenmesi
Modeling of the silencers flow
ENGİN ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM PARMAKSIZOĞLU