Özgün auxetic kafes yapıların tasarımı, analizi ve eklemeli imalatı
Design, analysis and additive manufacturing of new auxetic lattice structures
- Tez No: 857074
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ ELDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Metamalzemeler, doğada kolayca bulunmayan benzersiz mekanik, akustik, manyetik veya termal özellikler gösterecek şekilde tasarlanmış yapılardır. Metamalzemelerin bir çeşidi olan mekanik metamalzemelere auxetic yapı da denilmektedir. Auxetic özelliği, davranışı ya da malzemesi olarak da bilinen negatif poisson değeri, malzemenin direk yapısında olabileceği gibi malzemeye sonradan da kazandırılabilir. Auxetic yapılar negatif poisson oranına sahip olacak şekilde tasarlanmaktadır. Bu tür yapılarda çekme yüküne maruz bırakıldığında yanal yönde genişleme, basma yüküne maruz kaldıklarında ise yanal yönde daralma gözlenmektedir. Bu yapılar geleneksel yapılara göre, daha fazla darbe direnci, yüksek enerji sönümleme kapasitesi gibi fırsatlar sunmaktadır. Bu çalışmada İslami motiflerden esinlenilerek 3 farklı auxetic kafes yapı tasarımı tasarlanmıştır. Kafes yapılara farklı geometrik iç kalınlıklar verilerek sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan üç farklı kafes yapının negatif poisson oranına sahip olup olmadığını belirlemek için yapılara çekme analizleri yapılmış ve bütün yapıların negatif poisson oranına sahip olduğu bulunmuştur. Yapılarda değişken parametre olarak geometrik iç kalınlık seçilmiştir. Değişen geometrik iç kalınlığın negatif poisson oranı değerlerinde de değişikliğe neden olduğu gözlenmiştir. Çekme analizi sonuçlarına göre, yapıların geometrik iç kalınlığı arttıkça toplam deformasyon ve von Mises gerilimleri düşmüştür. Auxetic yapılara uygulanan çekme ve eksplisit dinamik analiz sonuçları irdelenmiş ve en ideal sonuçlar sergileyen yapının üretimi yapılmıştır. Bu yapıya çekme ve basma testleri uygulanmıştır. Elde edilen deneysel verilerin analiz sonuçları ile karşılaştırılması yapılarak doğrulama sağlanmıştır. Numunelerin üretimleri SLM eklemeli imalat yöntemi ile AlSi10Mg malzeme kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışması gerçekleştirilen auxetic yapı, askeri zırhlı araçların maruz kaldığı mayın patlamalarında, personelin alt uzuv yaralanma limit değerlerini aşmayacak bir ayak pedi tasarımına entegre edilmiş ve eksplisit dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Metamaterials are structures designed to exhibit unique mechanical, acoustic, magnetic, or thermal properties not readily found in nature. Mechanical metamaterials, a type of metamaterial, are also called auxetic structures. The negative Poisson's value, also known as auxetic property, behaviour, or material, can be directly in the material structure or added to the material later. Auxetic structures are designed to have a negative Poisson ratio. In such structures, lateral expansion is observed when subjected to a tensile load, and lateral contraction is observed when subjected to a compressive load. These structures offer opportunities such as higher impact resistance and high energy absorption capacity compared to conventional structures. In this study, 3 different auxetic lattice structure designs were inspired by Islamic motifs. Finite element analyses were performed by giving different geometric internal thicknesses to the lattice structures. To determine whether the three different lattice structures have a negative Poisson's ratio, tensile analysis was performed on the structures, and it was found that all structures have a negative Poisson's ratio. Geometric internal thickness was selected as a variable parameter in the structures. It was observed that changing geometric internal thickness caused a change in the negative Poisson's ratio values. According to the tensile analysis results, the total deformation and von Mises stresses decreased as the geometric inner thickness of the structures increased. The results of the tensile and explicit dynamic analysis applied to the auxetic structures were analyzed, and the structure exhibiting the most ideal results was produced. Tensile and compression tests were applied to this structure. The experimental data obtained were compared with the analysis results, and validation was provided. The production of the specimens was carried out using AlSi10Mg material by the SLM additive manufacturing method. The experimental auxetic structure was integrated into the design of a foot pad that will not exceed the lower limb injury limit values of the personnel in mine explosions exposed to military armoured vehicles, and excipient dynamic analyses were performed.
Benzer Tezler
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Structural design and analysis of an impact resistant auxetic metamaterial
Darbe dayanım özellikli auxetic metamalzemenin yapısal tasarımı ve analizi
SERCAN GÖK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Ökzetik (auxetic) çok hücreli kiriş yapıların eğilme davranışı
Bending behaviour of auxetic multicellular beam structures
MEHMET FATİH KAHRAMAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN GENEL
- Design and structural analysis of unique lattice structure with negative poisson's ratio
Negatif poisson oranına sahip özgün latis yapı tasarımı ve yapısal analizi
İBRAHİM AKSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İHSAN TOKTAŞ