Constitutive modeling and experimental identification of material parameters of viscoelastic materials by variable order non-integer derivatives
Viskoelastik malzemelerin değişken-tam sayı olmayan türevleri ile kuramsal modellenmesi ve deneysel olarak malzeme parametrelerinin belirlenmesi
- Tez No: 938320
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERGİN TÖNÜK, PROF. DR. HAMDULLAH YÜCEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 181
Özet
Polimerik malzemeler, üretim kolaylıkları, düşük yoğunlukları ve maliyet etkinlikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Gerilme gevşemesi ve sünme gibi viskoelastik özellikleri, uzun moleküler zincirlerinden kaynaklanmaktadır. Bu özellikleri tanımlayan geleneksel reolojik modeller, birden fazla yay ve sönümleyici içeren, tahmini sabit değerler kullanan yapıları nedeniyle genellikle çok sayıda parametre gerektirmektedir. Alternatif bir yaklaşım olarak kesirli türevli hesaplama, modelleme sürecini basitleştirmek amacıyla tam sayı olmayan türevler ve integraller kullanmaktadır. Bu yöntem, türev mertebesinin 0 ile 1 arasında değişmesine olanak tanıyarak gerekli parametre sayısını azaltmakta ve mekanik davranışı daha tutarlı bir biçimde temsil etmektedir; burada 0 mertebe tamamen elastik, 1 mertebe ise tamamen viskoz davranışı simgelemektedir. Viskoelastik malzemelerin mekanik özellikleri, çevresel faktörler ile yükleme/deformasyon geçmişinden büyük ölçüde etkilendiğinden, sabit mertebeli bir model yerine değişken mertebeli bir kesirli türevli model kullanılması gerekmektedir. Bu çalışmada, PE300, PTFE ve EVA gibi malzemelere çekme testi verileri kullanılarak kesirli mertebeli viskoelastik modeller uygulanmıştır. Teorik modeller ve MATLAB tabanlı benzetimler, deneysel sonuçlar ile sonlu elemanlar analizi karşılaştırmaları yapılarak doğrulanmıştır. Öngörü hassasiyetini daha da artırmak amacıyla, ticari sonlu elemanlar çözücüsü ABAQUS için hem sabit mertebeli hem de değişken mertebeli formulasyonları içeren kullanıcı malzeme alt programları (UMAT) geliştirilmiştir. Önerilen yaklaşımın ek doğrulaması, temassız gerinim ölçer cihazlarla donatılmış çekme testi makinesinden elde edilen veriler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, kullanıcı malzeme alt programının etkinliği, simülasyon sonuçlarının deneysel verilerle karşılaştırılmasıyla incelenmiş, böylece önerilen yöntemlerin güvenilirliği sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Polymeric materials are widely used due to their ease of manufacture, low density, and cost-effectiveness. Their viscoelastic properties, such as stress relaxation and creep, arise from their long molecular chains. Traditional rheological models describing these properties often require numerous parameters, as they rely on multiple springs and dashpots with estimated constants. An alternative approach is fractional calculus, which employs non-integer derivatives and integrals to simplify the modeling process. This method reduces the number of required parameters while providing a more consistent representation of mechanical behavior by allowing the order of differentiation to vary between 0 and 1—representing purely elastic and purely viscous behavior, respectively. The mechanical properties of viscoelastic materials are strongly influenced by environmental factors and loading/deformation history, necessitating a variable-order fractional model rather than a constant-order one. In this study, fractional-order viscoelastic models are applied to materials such as PE300, PTFE, and EVA, utilizing tensile test data. Theoretical models and MATLAB-based simulations are validated through comparisons with experimental results and finite element analysis (FEA). To further enhance predictive accuracy, user-defined material subroutines are developed for the commercial finite element solver ABAQUS, incorporating both constant-order and variable-order formulations. Further verification of the proposed approach is conducted using the tensile test data obtained from a tensile testing machine equipped with non-contact strain measurement devices. The methodology is assessed by simulating tensile tests providing a comprehensive evaluation of the parameter estimation method. Additionally, the effectiveness of the user material subroutine is examined by comparing simulation results with experimental data, ensuring the reliability of the proposed framework.
Benzer Tezler
- Makine öğrenimi teknikleri kullanılarak veriye dayalı birleşik malzeme modelinin geliştirilmesi
Development of a data-driven unified material model using machine learning techniques
AIMAN TARIQ
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiBursa Uludağ Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BABÜR DELİKTAŞ
- Hemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling
Çok fazlı kan akışı ve FSI modellemesine dayalı kalp ve venöz kapakçıkların hemodinamik karakterizasyonu
REZA DARYANI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Yığma duvarların düzlem içi davranışlarının modellenmesi ve analizi
Analysis and modelling of the in-plane behaviour of masonry walls
SEDAT KÖMÜRCÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH GEDİKLİ
- Identification and validation of effective stress-strain data over a large range of strain for metal forming simulation
Metal şekillendirme simülasyonu için geniş bir gerilme aralığında etkin gerilme-şekil değiştirme verilerinin tanımlanması ve doğrulanması
NAGİHAN ERDEM
- Türk makam müziğinde farklı dinleyici grupları ve hesaplamalı modellerden elde edilen melodik gruplama sınırlarının karşılaştırmalı incelemesi
A comparison of makam music segmentation by three computational models and trained and not-trained listeners
ZEYNEP FUNDA YAZICI
Doktora
Türkçe
2016
Müzikİstanbul Teknik ÜniversitesiMüzikoloji ve Müzik Teorisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN DOĞRUSÖZ DİŞİAÇIK