Hava aracı yapısal parçasının topoloji optimizasyonu kullanılarak eklemeli imalata uygun tasarımı ve sayısal analizlerle doğrulanması
Design for additive manufacturing of an aircraft structural part using topology optimization and validation with numerical analyses
- Tez No: 884170
- Danışmanlar: PROF. DR. OLCAY ERSEL CANYURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
Geleneksel üretim yöntemlerinin getirdiği kısıtlar parçalarda üretim sonrası gereksiz malzemeli bölgelerin kalmasına ve daha ağır bir tasarımın kullanımına yol açmaktadır. Eklemeli imalat yönteminin bu kısıtı kaldırmasıyla tasarımda esneklik ve daha hafif bir tasarımla daha mukavim bir sonuca ulaşılmasının önü açılmıştır. Eklemeli imalatta üç boyutlu modeli katman katman işleyip kayıpsız olarak üretime gönderebilme kabiliyeti daha yaratıcı ve hafif tasarımların ortaya konabilmesine olanak sağlamıştır. Daha hafif ve mukavim parçalara ulaşmanın en önemli araçlarından birisi de topoloji optimizasyonu metodudur. Topoloji optimizasyonu belirlenen tasarım hacminde en iyi malzeme dağılımını bulmak ve gereksiz olan bölgelerdeki malzemeleri boşaltarak optimum parça ağırlığına ulaşmak amacıyla kullanılan bir metodolojidir. Bu çalışmada hava aracında yapısal olarak konumlanan alüminyum malzemeden geleneksel CNC talaşlı imalat yöntemiyle üretilen bir parçanın kritik yük koşulları altında hasara uğramadan yeterli dayanımı sağlayacak şekilde eklemeli imalatla üretimi için yeniden tasarlanması amaçlanmıştır. Ek olarak yapının 5 adet en kritik yüklemeleri altında herhangi bir hasar durumuna sebebiyet vermeden güvenliğinin tesisi açısından gerekli sonlu elemanlar yöntemi&el hesaplamaları gerçekleştirilmiş, tasarımın son halinin toz yataklı seçici lazer ergitme tezgahında başarılı bir şekilde üretilebileceği de üretim analiz yazılımıyla ortaya konulmuştur. Topoloji optimizasyonu prosesinde kısıt fonksiyonu olarak %30 hacim oranı, hedef fonksiyonu olarak kompliansın minimize edilmesi seçilmiştir. Talaşlı imalat prosesinde üretim için kullanılan Al7050 malzemesi yerine Ti6Al4V tozu tercih edilmiştir. Parça ağırlığı 2,640 kg'dan 1,688 kg'a düşürülmüş ve %36,1'lik bir ağırlık azaltım oranına erişilmiştir. Ayrıca başlangıçta 1,01 olan malzeme dayanımı emniyet katsayısı 1,25'e, 24 bağlayıcı kullanılan 1,42 bağlayıcı dayanımı emniyet katsayısı son durumda 12 bağlayıcı ile 1,07'ye ulaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Traditional production methods impose limitations, resulting in unnecessary material regions and the use of heavier designs in parts post-production. The additive manufacturing method eliminates this constraint, allowing for flexibility in design and achieving a more resilient outcome with a lighter design. Additive manufacturing processes enable the layer by layer creation of more creative and lightweight designs without loss. Topology optimization is crucial for achieving lighter and more resilient parts. It aims to find the best material distribution in a defined design volume, emptying unnecessary material regions to reach the optimal part weight. This study aims to redesign a part made of aluminum traditionally produced using CNC machining methods in an aircraft, ensuring sufficient strength under critical load conditions without damage, through additive manufacturing. Additionally, finite element method & hand calculations were performed to ensure structural integrity under the five most critical loading conditions, and it was demonstrated that the final design could be successfully produced using selective laser melting with powder bed fusion through production analysis software. In the topology optimization process, a 30% volume constraint and weighted compliance minimization were selected as the constraint and objective functions, respectively. Ti6Al4V powder was preferred over Al7050 material used in machining processes. The part weight was reduced from 2,640 kg to 1,688 kg, achieving a 36,1% reduction. Additionally, the initial material strength safety factor of 1,01 increased to 1,25, and with 24 fasteners, it reached 1,42, then to 1,07 with 12 fasteners.
Benzer Tezler
- Hava aracı yapısallarına yönelik aluminyum alaşımlı bileşenlerin eklemeli imalat yöntemine uygun tasarımı, optimizasyonu ve analizi
Design, optimization and analysis of al alloy components for aircraft structures in accordance with additive manufacturing method
ONUR UĞUR TİP
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OLCAY ERSEL CANYURT
- Nose landing gear main fitting design with topology optimization
Burun iniş takımı dikmesi ana bağlantı parçasının topoloji optimizasyonuyla tasarımı
ENES AY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Structural design and optimization of bearingless helicopter tail rotor system
Yataksız helikopter kuyruk rotor sisteminin yapısal tasarımı ve optimizasyonu
MERT MUSTAFA TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VAHİT MERMERTAŞ
- Hava aracı imalatında kullanılan kaldırma aparatlarının tasarımı için bir dinamik model kurulması ve analizi
Establishing a dynamic model and the design and structuralanalysis of lifting fixtures used in aircraft manufacturing
YAKUP KILIÇASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiBaşkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAMİ KARADENİZ
- Parametrik tasarım ile derin öğrenme destekli tasarım çalışmaları için 3 boyutlu veri kümesi oluşturma ve düzenleme
Creating and editing a 3D dataset with parametric design for deep learning aided design studies
GÜLÇİN URAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Endüstri Ürünleri TasarımıGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN RIZA BÖRKLÜ