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: Belirtilmemiş.
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
- Ulaştırma modelinin optimum dağıtımda kullanılması ve şeker fabrikalarında bir uygulama
Utilizing the transportation model in optimum dispersion and an application in the sugar factories
HÜSEYİN DELİBAŞ
- Sivas-Kangal yöresinde kırsal gelişme ve pazara açılma sürecindeki farklılaşmalar (bir örnek olay incelemesi)
Başlık çevirisi yok
FAHRİ ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiSosyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. VAHAP SAĞ
- İran İslam Cumhuriyeti Anayasası'nda yasama ve yürütme organları
Başlık çevirisi yok
GHOLAM REZA BAGHERİ MOGHADDAM
- Çizgisel kaynaktan ışıyan elektromağnetik dalgaların mükemmel iletken silindir takkesinden optik gibi saçılması
Başlık çevirisi yok
ADNAN GÖRÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. H. ERGUN BAYRAKÇI