Experimental and theoretical analysis of the impact with solid and flexible surfaces
Katı ve esnek yüzeylerdeki çarpışmanın deneysel ve teorik analizi
- Tez No: 880612
- Danışmanlar: PROF. DR. DAN B. MARGHITU, PROF. DR. SABİT ADANUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Auburn University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Çarpışma, birçok mühendislik uygulamasında, mekanik sistemlerde ve robotik, makine tasarımı gibi farklı alanlarda önemli bir rol oynar. İki veya daha fazla cismin çarpıştığında meydana gelen bu fenomen oldukça karmaşıktır. Tekstil endüstrisinde, mekikli ve mekikçikli atkı atma sistemli dokuma makineleri, kumaş üretimi sırasında çarpışmanın iyi bir örneğini sunar. Bu çalışma, katı ve esnek yüzeylerdeki normal ve eğik çarpışmayı deneysel ve analitik yöntemlerle incelemektedir. Üç farklı durum üzerinde çalışılmıştır: içi boş bir kürenin esnek bir düz yüzeye çarpması, katı bir kauçuk kürenin ahşap bir düz yüzeye çarpması ve bir çubuğun şekil değiştirebilir bir düz yüzeye çarpması. Deneyler, çalışmaya bağlı olarak ya yüksek hızlı bir kamera ya da bir kızılötesi kamera kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yüksek hızlı kamera, daha yüksek frekans sayesinde çarpışma sırasındaki hareketi inceleme fırsatı sunmaktadır. Kürelerin hareketleri, saniyede 10.000 kare hızında kaydedilmiştir. Kürelerin hareketini ölçmek için dijital görüntü korelasyon yöntemiyle bir görüntü işleme tekniği geliştirilmiştir. Görüntü işleme yöntemi için optimum desenin bulunması amacıyla bir benek deseni çalışması yapılmıştır. Kürelerin merkezlerinin konumunu izlemek için Hough dönüşüm yöntemi kullanılmıştır. Kürelerin doğrusal ve açısal hareketleri çarpışmadan önce, çarpışma sırasında ve sonrasında analiz edilmiştir. İçi boş bir kürenin esnek bir yüzeye eğik çarpışı, bir yay-sönümleyici sistemi ile modellenmiştir. Çarpışma, sıkıştırma ve restitüsyon olmak üzere iki alt aşamaya bölünmüştür. Normal çarpışma deneylerinden elde edilen veriler kullanılarak, sıkıştırma ve restitüsyon aşamaları için temas kuvveti ifadesi belirlenmiştir. Farklı çarpışma açıları ve başlangıç hızları için deneyler yapılmıştır. Restitüsyon katsayısı ve etkili sürtünme katsayısı deneysel olarak analiz edilmiştir. Simülasyon ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmış ve model eğik çarpışmalar için doğrulanmıştır. Katı bir kauçuk kürenin ahşap bir düz yüzeye eğik çarpışı incelenmiştir. Ahşap düz yüzey katı kabul edilmiştir. Dijital görüntü işleme yöntemi, çarpışma sırasında kürenin doğrusal ve açısal hızlarını ölçmek için kullanılmıştır. Hem normal hem de teğetsel yönde teorik bir model önerilmiştir. Normal kuvvet sıkıştırma ve restitüsyon olarak iki alt aşamaya ayrılmıştır. Teğetsel kuvvet, sürtünme kuvveti olarak kabul edilmiş ve çarpışma sırasında üç alt aşamaya ayrılmıştır: kayma, yapışma ve ikincil kayma. Model deneylerle karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Şekil değiştirebilir bir düz yüzeye bir çubuğun çarpması için deneysel bir çalışma yapılmıştır. Çarpışmadan önce ve sonra çubuğun hareketi, 3D kızılötesi kamera ile doğru bir şekilde yakalanmıştır. Farklı çarpışma açıları için geri tepme açısal hızı, restitüsyon katsayısı ve düz yüzeydeki kalıcı deformasyon açısından sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çarpışma sonrası kalıcı deformasyonu ölçmek için optik bir profilometre kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Impact plays an important role in many engineering applications, mechanical systems, and different areas such as robotics, machine design, etc. It is a complex phenomenon that occurs when two or more bodies collide. In the textile industry, weaving machines with projectile and shuttle filling insertion systems provide good examples of collision during fabric manufacturing. This work investigates the normal and oblique impact on flexible and rigid surfaces through experimental and analytical methods. Three different cases, including, the impact of a hollow sphere on a flexible flat, the impact of a solid rubber sphere on a wooden flat, and the impact of a rod on a deformable flat have been studied. The experiments are performed using either a high speed or an infrared camera depending on the study. The high speed camera provides the opportunity to study the motion during the impact due to better frequency. The motions of the spheres have been captured at 10,000 frames per second. The image processing technique with a digital image correlation method has been developed to measure the motion of the spheres. A speckle pattern study has been done to find the optimum pattern for the image processing method. The Hough transform method has been used to track the position of the centroid of the spheres. The linear and angular motion of the spheres have been analyzed before, during, and after the impact. The oblique impact of a hollow sphere on a flexible surface has been modeled with a spring-damper system. The impact has been divided into two sub-phases: compression and restitution. The contact force expression has been determined for the compression and the restitution phases using the experimental data from the normal impact experiments. Experiments have been done for a wide range of impact angles and initial velocities. The coefficient of restitution and effective coefficient of friction have been analyzed experimentally. The simulation and experimental results have been compared, and the model is verified for the oblique impacts. The oblique impact of a solid rubber sphere on a wooden flat has been studied. The wooden flat is considered to be rigid. The digital image processing method has been used to measure the linear and angular velocities of the sphere during the impact. A theoretical model has been proposed for both the normal and tangential directions. The normal force has been divided into two sub-phases: compression and restitution. The tangential force is considered to be the friction force and has been divided into three sub-phases during the impact: sliding, sticking and post-sliding. The model has been compared and verified with the experiments. An experimental study has been done for the impact of a rod on a deformable flat. The motion of the rod before and after the impact has been accurately captured with a 3D infrared camera. The results in terms of rebound angular velocity, coefficient of restitution, and permanent deformation on the flat have been compared for different impact angles. An optical profilometer has been used to measure the permanent deformation after the impact.
Benzer Tezler
- High temperature driven optimization of a hybrid rocket graphite nozzle design
Hibrit roket nozul tasarımının yüksek sıcaklık dayalı optimizasyonu
ŞULE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL
- Petrol rafinelerindeki yangınların CFD ile modellenmesi
CFD modeling of fires in oil refines
AHMET ABDULLAH
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN COŞKUN
- Yanma koşullarının kömürdeki eser elementlerin davranışlarına etkisi
The Effect of combustion conditions onto trace elements in coal
NEŞET ÖZTÜRK
- Kompozit plakların balistiğinde bazı basitleştirilmiş yaklaşımların sayısal irdelenmesi
Numerical investigation of some simplified approaches in composite plate ballistics
UĞUR DOĞAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Development of automobile chassis parts via aluminum extrusion and sand casting technology
Otomobil şasi parçalarının alüminyum extrüzyon ve kum döküm yöntemi ile geliştirilmesi
ONUR DEMİREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KALKANLI