Geri Dön

Mikro sertliğin ve dokusal özelliklerin doğal taş kazılabilirliğine ve elmas boncuklu tel kesme makinelerinin seçimine etkisinin araştırılması

Investigations into natural stone cuttability and diamond wire cutting machine selection using microhardness and textural properties

  1. Tez No: 854312
  2. Yazar: CAN POLAT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ TUMAÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 257

Özet

Günlük hayatta doğal taş kullanımı sanayi, inşaat, sanat, gibi alanlarda her geçen gün artmakta ve üretim aşamalarının verimli ve etik bir şekilde gerçekleştirilmesi oldukça önem arz etmektedir. Doğal taş üretiminde yaygın bir şekilde kullanılan elmas boncuklu tel kesme makinelerinin performansı, tasarımı ve uygun bir şekilde kullanımı bu araştırmanın en önemli noktalarından biridir. Bu belirsizliği yüksek problemin çözümü için ise, doğal taşların mikro ve makro özellikleri ele alınmış ve basit çoklu doğrusal ve doğrusal olmayan çoklu regresyon modelleri kullanılarak tahmin modelleri üzerinde çalışmalar yürütülmüştür. Bu çalışma kapsamında, Marmara adası ve Afyon şehrine arazi gezileri düzenlenmiş olup, bu bölgelerde yer alan doğal taş ocaklarında anlık net kazı hızı (ANKH) ve boncuk tüketim oranı (BTO) için arazi ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İTÜ Maden Mühendisliği bölümünde yürütülen ve TÜBİTAK tarafından desteklenen 112M860 ve 117M975 kodlu projelerde yer alan veriler ile birlikte elmas boncuklu tel kesme makinelerinin arazi verilerini ele almak adına metamorfik ve sedimanter olmak üzere iki farklı oluşum şeklini içeren veri tabanı yirmi beş farklı doğal taş ile oluşturulmuştur. On dört farklı fiziksel mekanik, mineralojik ve petrografik bağımsız değişkeni içeren deneyler ISRM ve ASTM standartları dahilinde gerçekleştirilmiştir. Doğrusal kesme deneyleri portatif doğrusal kesme deney seti (PLCM) ile standart kama keski ile yardımsız (etkileşimsiz) olarak gerçekleştirilmiş olup, metamorfik, sedimanter ve magmatik olmak üzere üç farklı oluşum şeklini içeren otuz dört ayrı doğal taş ile ikinci bir veri tabanı oluşturulmuştur. ANKH ve BTO arazi ölçüm sonuçları ile elde edilen bağımsız değişkenler ile basit, çoklu doğrusal ve doğrusal olmayan regresyon analizleri ile karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda bağımlı değişkenlerin tahmini için oluşum şekilleri ele alınarak metamorfik ve sedimanter için ayrı ayrı ve birlikte olmak üzere en iyi modeller istatistiksel güvenilirlik limitleri kapsamında sunulmuştur. Bunlarla birlikte, laboratuvarda doğal taş kazılabilirliği tahmini adına standart kama keski ile yardımsız olarak gerçekleştirilen deneylerde elde edilen spesifik enerji, normal ve kesme kuvveti değişkenlerinin tahmini için fiziksel mekanik, mineralojik ve petrografik değişkenler kullanılarak metamorfik ve sedimanter kökenli doğal taşlar ayrı ve metamorfik, sedimanter ve magmatik doğal taşlar birlikte olmak üzere istatistiksel yöntemler yardımı ile tahmin modelleri üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak, sürtünme prensibi ile kazı işlemini gerçekleştiren elmas boncuklu tel kesme makineleri ile farklı kazı prensiplerine sahip olan doğal taşlar üzerinde gerçekleştirilen doğrusal kesme deneyleri ve delme oranı indeksi (DRI) çalışmaları ile ANKH ve BTO arazi ölçümlerinin kestirimi üzerine de çalışmalar yürütülmüş olup, bu doktora tezi kapsamında son iki bölümde yer verilmiştir.

Özet (Çeviri)

Usage of natural stones in daily life is increasing day by day. The main areas for its consumption can be stated as industry, construction and arts which indicates the importance for more efficient and ethical production. Diamond wire cutting machines are used widely at natural stone quarries and performance and design of these machines are quite important in terms of mining economics. In order to overcome this problem micro and macro properties of natural stones are analyzed and prediction models are stated using statistical methods. Within this research, field trips to Marmara Island and Afyon city are done to collect field data and stated in this thesis as areal net cutting rate (ANCR) and bead consumption rate (BCR) for the diamond wire cutting machines. Two scientific projects that are granted to Istanbul Technical University Mining Engineering Department coded as 112M860, 117M975 and together with field trip created a database consisting twenty-five different field measurements having two different geological origins as metamorphic and sedimentary and thirty-four different natural stone samples having three different geological origins as metamorphic, sedimentary and magmatic. Natural stones are subjected to physical mechanical, mineralogical and petrographic testing according to the ISRM and ASTM standards. These tests are stated as; density, Uniaxial Compressive Strength, Brazilian Tensile Strength, Static Elasticity Modulus, P and S wave velocity, Dynamic Elasticity Modulus, Schmidt Hammer Hardness, Shore Scleroscope Hardness, Cerchar Abrasivity Index, Knoop Micro Hardness, Apperent Porosity, Grain Size Measurement and Texture Coefficient. Later, natural stone samples are subjected to linear cutting experiments using portable linear cutting machine (PLCM) with standard chisel tool (clearance angle 5°, rake angle -5° width of the tool 12.7 mm). Since cutting action at the diamond wire cutting machines stated as unrelieved cutting mode. Rock cutting experiments were performed in unrelieved mode at 1-1.5-2.5 and 3.5 mm with four different depth of cut values. As a result of the experiments dependent variables specific energy, normal and cutting force were obtained. Detailed data verifications are done at the beginning of each chapter in order to find outlier values, normal distribution essentials for all variables and relationship with each other to fulfill statistical verifications for regression models. After the suggestion of the models, multicollinearity, autocorrelation and homoscedasticty verifications are done to see the statistical limits and biasness. ANCR and BCR field measurements are subjected to statistical anaylses which are simple, multiple linear and non-linear regression as metamorphic (seventeen different observations) and sedimentary (eight different observations) separately and together. The results for simple regression for ANCR stated as square meter of natural stone cut per hour indicates that Uniaxial Compressive Strength explains the best dependent variable with R2= 0.93 in sedimentary natural stones. Metamorphic natural stones are showed the best results in UCS (R2=0.60) and BTS (R2=0.61) independent variables. Metamorphic and sedimentary natural stones together are giving the best result with UCS with an explained variability 73 %. Multiple best models are suggested with BTS, TC, ρ, SHH and SSH for metamorphic and UCS and TB for sedimentary stones. On the other hand, best model for metamorphic and sedimentary stones are selected simple non-linear model with coefficient of determination of 0.73. BCR stated as bead consumption per square meter excavated natural stone explained the best by TC (R2=0.73) for metamorphic natural stones and UCS (R2=0.81) for sedimentary natural stones. For all types together the best model stated with UCS with an explained variability of 71 %. For the BCR dependent variable best models are suggested with BTS, TC and HK for metamorphic and UCS, TC, BTS and ρ for sedimentary natural stones with multiple linear regression method with R2 of 0.99. Additionally, for the two natural stone types together both multiple linear and non-linear models are giving R2=0.83 with four different independent variables. Specific energy and cutting forces acting on the standard chisel tool results were obtained for thirty-four different natural stone samples which are 20 metamorphic, 10 sedimentary and 4 magmatic. Simple regression analyses stated that best models are obtained at 1 and 1.5 mm and rock properties that are giving the best results are TC for metamorphic natural stones (R2=0.45 d=1.5mm), SSH for sedimentary natural stones (R2=0.95 d=1mm) and TC for metamorphic, sedimentary and magmatic natural stones (R2=0.59 d=1.5 mm). After, the multiple regression models are done only at 1 mm depth of cut values and the best models for specific energy achieved as follows. In metamorphic natural stones moderator effect of ρ over HK is spotted with TC independent variables (R2=0.77). SHH and TB independent variables are giving the best results with a non-linear model for sedimentary natural stones (R2=0.96). Lastly, for all natural stone types best model is achieved with TC, HK, SHH and ρ independent variables (R2=0.77). Normal force results are compared with the rock properties in terms of simple regression method and results indicate that higher depth of cut values (2.5-3.5 mm) are showing better results. Best models are achieved at 3.5 mm for all analyses and rock properties TC (metamorphic), SSH (sedimentary) and SHH and SSH (all natural stones) are spotted as the best explained variables. Later on, multiple linear models states that TC and HK with moderator effect of density over HK is again the best model for metamorphic natural stones with R2 value of 0.63. SSH, HK and TG independent variables are giving 94 % explained variability for sedimentary natural stones and lastly TC and SSH variables are giving the best result for all natural stone types (R2=0.75). Cutting force dependent variable compared with the rock properties and the best results are spotted for metamorphic natural stones at TC (1 mm R2= 0,34). Sedimentary natural stones are showing the best result with SSH independent variable at 1.5 mm depth of cut with R2 of 0.91. Finally, TC is giving the 63 % explained variability at 1 mm depth of cut for all natural stone types. Multiple regression models are showing again with the moderator effect of density over HK with TC independent variables (R2=0.71). In sedimentary natural stones SSH, BTS and TG (R2=0.87) independent variables and for all natural stone types TC, SHH, TB, CAI, TG and UCS/BTS is explaining best the (R2= 0.88) FC variable. At the sixth chapter field measurement results are compared with the four different depth of cut specific energy values. Diamond wire cutting machines are cutting the natural stone with friction mechanism and simulation of this phenomena taken into account with the linear rock cutting tests. Natural stones are analyzed in three different modes which are metamorphic, sedimentary separately and together. Best results are achieved in 1 mm depth of cut for ANCR (R2=0.34) and 1.5 mm for BCR (R2=0.36) for metamorphic natural stones. In sedimentary stones all the results are lower than %15 in terms of coefficient of determination. Lastly, for all natural stone types, 0.21 and 0.25 R2 values achieved ANCR and BCR respectively. Results are showing that, 1 and 1.5 mm depth of cut results are giving better explained variability than 2.5 and 3.5 mm results. In the last chapter Drilling Rate Index (DRI) compared with the natural stone properties with simple regression method and best explaining variables are selected as TC (R2=0.42) for metamorphic and BTS (R2=0.81) for sedimentary natural stones. BTS is also showed R2 of 0.52 as the best relationship for both natural stone types. Later, DRI are compared with the ANCR and BCR dependent variables and results are showing low coefficient of determination except for DRI with BCR at metamorphic natural stones (R2=0.50).

Benzer Tezler

  1. Tez No

    611859

    Puf kurutma yöntemi ile protein içeriği yüksek atıştırmalık et (dana nuarı) üretimi: Uygun ön işlem koşullarının belirlenmesi, puf kurutma işlem koşullarının optimizasyonu

    Production of meat snack (round beef) having high protein content by explosion-puff drying: Determination of optimum pretreatment conditions, optimization of puff drying process conditions

    ANIL BODRUK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Gıda MühendisliğiEge Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİGEN ERTEKİN

  2. Tez No

    849111

    Multi - capsule endoscopy: Demonstrations of inter - capsular control and (tactile) sensing

    Çoklu - kapsül endoskopi: Kapsüller arası kontrol ve (dokunsal) algılama yöntemleri

    FURKAN PEKER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU

  3. Tez No

    637275

    Rezidüel çürük tespitinde kullanılan geleneksel ve güncel yöntemlerin mikrosertlik testi ile karşılaştırılması

    Comparison of traditional and current methods used in the detection of residual caries by microhardness test

    ALPER GÜVEN

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Diş HekimliğiSelçuk Üniversitesi

    Restoratif Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA SAĞ GÜNGÖR

  4. Tez No

    742345

    AA5083 alaşımının mikro frezelenmesinde tane yöneliminin etkisinin araştırılması

    Investigation of the effect of grain orientation on the micromilling of AA5083 alloy

    ŞÜKRÜ SERTESER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiAfyon Kocatepe Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KUBİLAY ASLANTAŞ

  5. Tez No

    372949

    CoCrMo alaşımının yüzeyine SHS yöntemiyle gözenekli NiTi kaplanabilirliğinin araştırılması

    Investigation of porous NiTi coatability on the surface of Co-Cr-Mo alloy via SHS method

    ABDULLAH MELİK ÖZEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Metalurji MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İLYAS SOMUNKIRAN

Geri Dön