Improving machine tool design trough novel analytical and numeric methods
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 830567
- Danışmanlar: PROF. DR. ERHAN BUDAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Yapısal olarak iyileştirilmiş takım tezgâhı tasarımları, süreç iyileştirme ve enerji tasarrufu vb. gibi açılardan sayısız avantaj sağlayarak rekabet gücü sağlar. Bu çalışma, takım tezgâhı tasarımı iyileştirmeleri için yeni analitik ve nümerik yöntemler sunmaktadır. Nümerik takım tezgâhı simülasyonları sırasındaki önemli zorluklardan biri mekanik kontak yüzeylerinin modellemesidir. Varyasyonel eşitsizlikler metodu sayısal ve analitik temas yöntemlerine dayanmaktadır. Bu çalışma, Signorini'nin Kontak Problemini takım tezgâhı araştırmasının yeni bir yönü olarak ele almaktadır. Ek olarak, Signorini probleminin Sonlu Eleman (FE) uygulaması, sonlu eleman metodunda termo-mekanik kontak elemanlarının ayrıntılı bir açıklamasıyla birlikte sunulmaktadır. Yeni bir kontak arayüzü yöntemi RCFM (Yansıtılmış Kontak Kuvveti Yöntemi) önerilmiştir. Kontak modellerini kısıt olarak alan topoloji optimizasyon problemi tanıtıldı. Büyük ölçekli takım tezgahlarının tasarım aşamasında mekanik kontak yüzeyleri daha da önem kazanmaktadır. Bu çalışma, büyük ölçekli portal ve yatay frezeleme makinelerinin mekanik kontak yüzeyleri (RCFM ile) dikkate alınarak üretilen prototipler üzerinde deneysel sonuçlarıyla analiz ve optimizasyonunu göstermektedir. Büyük ölçekli takım tezgahlarının tasarlanması ve optimize edilmesindeki kritik noktalar tartışılmaktadır. Düzey Ayarlı Topoloji Optimizasyonu (LSTO) için RCFM yönteminin uzantısı, bir portal yapısı üzerinde gösterilmiştir. Büyük takım tezgahlarının yanı sıra, ultra yüksek hızlı iş millerinin tasarımı sırasında mekanik arayüzler de bu yapıların binlerce arayüze sahip olması nedeniyle önem kazanmaktadır. Bu çalışma, 40.000 devir/dakikalık bir iş mili için geliştirme spesifikasyonlarını, stratejilerini ve tasarım düzenlerini ayrıntılarıyla anlatmaktadır. Sunulan iş mili laboratuvarda optimize edilecek ve üretilecektir. Bu nedenle, hızlı iş mili tasarımı için özel olarak geliştirilmiş bir optimizasyon platformunda RCSA, rulman ve termal ROM'lar (İndirgenmiş Sıralı Modeller) kullanılarak yüksek hızlı iş mili yapılarının sanal modelleri oluşturulur. Geliştirilen optimizasyon platformu, diğer iş mili optimizasyon platformlarından çok daha güçlüdür çünkü ROM'lar analitik modellerin hızını sunarken FE simülasyon esnekliği ve gücü de verebilir.
Özet (Çeviri)
Improved machine tool designs enable countless advantages for process improvement and energy saving, bringing competitiveness. This study presents novel analytical and numeric methods for machine tool design improvements. One of the significant difficulties during numerical machine tool simulations is mechanical interface modeling. The variational inequalities are based on numerical and analytical contact methods. This study introduces Signorini's Contact Problem as a new aspect of machine tool research. Additionally, the FE implementation of the Signorini problem is presented, along with a detailed explanation of thermo-mechanical contact elements in FE. A novel contact interface method RCFM (Reflected Contact Force Method) is presented. The topology optimization problem with contact constraints has been introduced. The importance of mechanical interfaces becomes significant during the design phase of large-scale machine tools. This study demonstrates the analyses and optimization of large-scale gantry and horizontal milling machines with experimental results on manufactured prototypes by considering the mechanical interfaces (with RCFM). Critical points in designing and optimizing large-scale machine tools are discussed. The extension of the RCFM method for Level-Set Topology Optimization (LSTO) is demonstrated on a gantry structure. As well as large-machine tools, the mechanical interfaces become significant during the design of ultra-high-speed spindles since these structures have thousands of interfaces. This study details developing specifications, strategies, and design layouts for a 40 000-rpm spindle. The presented spindle will be optimized and manufactured in the laboratory. Therefore, virtual models of high-speed spindle structures are created using RCSA, bearing, and thermal ROMs (Reduced Order Models) in an optimization platform developed explicitly for fast spindle design. The developed optimization platform is much more potent than other spindle optimization platforms since the ROMs can give FE simulation flexibility and power while offering the speed of analytical models.
Benzer Tezler
- Mimari tasarımda yapay zekâ yaklaşımı: Makine öğrenmesi ile mekân işlevlerinin tanınması ve üretken çekişmeli ağlarla mimari plan üretimi
Artificial intelligence approach in architectural design: Recognition of space functions with machine learning and architectural plan generation with generative adversarial networks
BERFİN YILDIZ
Doktora
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM ZİNCİR
- Development of a modular pulmonary resuscitation device for chronic and acute respiratory support
Kronik ve akut solunum desteği için modüler pulmoner resüsitasyon cihazının geliştirilmesi
MUNAM ARSHAD
Doktora
İngilizce
2023
BiyofizikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Esnek üretim sistemleri
Flexible manufacturing systems
ARMAĞAN EROL ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÖNÜL YENERSOY
- Depreme dayanıklı mimarı tasarımda plan düzensizliklerinin makine öğrenmesi yoluyla tespiti ve yapay zeka entegrasyonu
Detection of plan irregularities in earthquake resistant architectural design through machine learning and artificial intelligence integration
SELİN DENİZ KAVLAK
- Esnek imalat sistemleri ve alternatif rotaları göz önünde bulundurarak esnek ortamlar için üretim hücrelerinin dizaynı
Flexible manufacturing systems and design of manufacturing cells for flexible environmental
GİRAY İLKER ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÖNÜL YENERSOY