Design of a piezoresistive pressure sensor using topology optimization
Topoloji optimizasyonu ile piezorezistif basınç sensörü tasarımı
- Tez No: 895112
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Bilim ve Teknoloji, Mechatronics Engineering, Engineering Sciences, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Topoloji optimizasyonu, Topology optimization
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Esnek basınç sensörleri, akıllı kişisel ekipmanlardan tıbbi cihazlara kadar çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı uygulamalar, uygulamaya özel tasarlanmış sensörler gerektirir. Bu tezde, bası yaralarının önlenmesi için topoloji optimizasyonu (TO) yoluyla bir piezorezistif basınç sensörü tasarlanmıştır (4,6 kPa basınç değerinde). Temel amaç, azami hassasiyete, yani azami basınç üzerindeki bağıl dirençteki değişime sahip bir sensör tasarlamak üzere bir TO tasarım çerçevesi geliştirmektir. Topoloji opimizasyonu, mekanik, termal, elektromanyetik ve piezoelektrik cihazların tasarımına uygulanmıştır. İletken malzeme odaklı tasarımlar, TPMS geometrileri de dahil olmak üzere farklı termal ve elektrik uygulamalara yönelik çalışılmış olsa da, piezorezistif malzeme tasarımına dayalı TO problemi çok fazla araştırılmamıştır. Bu çalışmada, piezorezistif jiroid birim hücrelerinin sayısal homojenizasyonu kullanılarak oluşturulan modifiye SIMP malzeme modelleri kullanılarak bir TO çerçevesi geliştirilmektedir. Geliştirilen malzeme modelleri, hem optimizasyon sırasında hem de değişken jiroid sensör topolojisinin yeniden yapılandırılması aşamasında gereklidir. Sensör tasarımının malzeme yapısı PDMS-PPy kompozit olarak öngörülmüş ve gerekli özellikleri önceki bir çalışmadan alınmıştır. Tezde kabuk tipi bir jiroid geometrisi, hacim oranının kolay ayarlanabilirliği sayesinde yoğunluğa dayalı TO ile uyumludur ve 3 boyutlu basım teknikleri kullanılarak üretilebilirliği gibi avantajları nedeniyle seçilmiştir. Simülasyon modelleri COMSOL Multiphysics 6.2'de sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analiz edilmiş ve TO çerçevesi üç farklı hedefe yönelik tasarim kategorisindeki problemlere uygulanmıştır. Bunlar 1) mekanik performans, 2) elektriksel performans ve 3) çok kriterli tasarım modeli yoluyla her iki kriteri aynı anda hedefleyen tasarım problemleridir. Uygulama sırasında CAD modelleri bir MATLAB komut dosyası tarafından oluşturulmuştur.
Özet (Çeviri)
Flexible pressure sensors are used commonly in applications ranging from smart personal equipment to medical devices. Different applications require sensors designed specific to the application. In this thesis, a piezoresistive pressure sensor is designed via topology optimization for bedsore prevention (most sensitive at 4.6 kPa). The main objective is to develop a TO design framework for designing a sensor with maximum sensitivity, i.e. change in relative resistance over pressure. TO has been applied to many applications including mechanical, thermal, electromagnetic and piezoelectric devices. Although conductive material topologies have been designed for thermal or electric applications including use of TPMS structures, piezoresistive material design based TO has not been much explored. Here, we develop a TO framework based on modified SIMP material models constructed using numerical homogenization of piezoresistive gyroid unit cells. These material models are used during optimization and are needed during the reconstruction phase of the tapered gyroid sensor topology. The sensor design was envisioned as a PDMS-Polypyrrole composite material and its properties were taken from earlier measurements. A sheet type gyroid geometry is chosen due to its advantages such as volume fraction tunability that is easily linked to density based TO and its manufacturability using additive manufacturing. Simulation models were built and analyzed using FEM in COMSOL Multiphysics 6.2 and the TO framework was applied to three different design categories targeting: 1) mechanical performance, 2) electrical performance, and 3), both criteria simultaneously via multi-criteria design studies. CAD models where generated by a MATLAB script.
Benzer Tezler
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Şehircilik ve Bölge PlanlamaEge ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
- Ağızlık açma mekanizmalarının tasarımı
Başlık çevirisi yok
RECEP EREN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiUludağ ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL R. ALPAY
- Sonbahar sera yetiştiriciliğine uygun hıyar çeşit seçimi
Selecting a cucumber variety suitable for glasshouse production in Autumn
MESUT OKTAY
- İki katlı pamuk ipliklerinden dokunan kumaşlarda örgüye bağlı olarak maksimum atkı sıklığının değişimi üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
MELTEM ASLI NARTER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- Küçük Yamanlar tepesi örneğinde kent yakın çevresinde rekreasyon alanı düzenleme projesi
Başlık çevirisi yok
NİHAN BULGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Şehircilik ve Bölge PlanlamaEge ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLÇİN ASLANBOĞA