Geri Dön

Çerçeve konstrüksiyonlu bir koltukta auksetik bağlantı elemanlı birleştirmelerin mekanik performansı

Mechanical performance of a sofa frame conctructed with auxetic joints

  1. Tez No: 944964
  2. Yazar: ERKAN CEYLAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KASAL, PROF. DR. JERZY SMARDZEWSKI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Ağaç İşleri, Wood Products
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 301

Özet

Bu çalışmada, çerçeve konstrüksiyonlu koltuk birleştirmelerinde kullanılmak üzere, auksetik (genişlemeye eğilimli) bağlantı elemanları tasarlanması, üç boyutlu (3B) yazıcı teknolojisiyle üretilmesi ve bu bağlantı elemanlarıyla birleştirilerek üretilen gerçek ölçülerdeki koltuk iskeletlerinin performansının değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada, bağlantı elemanı olarak çerçeve konstrüksiyonlu mobilya birleştirmelerinde yaygın olarak kullanılan kavela seçilmiştir. Buna göre, auksetik özellikli enine kesit geometrisine sahip kavela tasarımları yapılmış, enine kesit geometrileri optimize edilmiş, sonlu elemanlar analizi metoduyla (FEM) nümerik analizleri yapılmış ve daha sonra da bu auksetik kavelalar 3B yazıcı teknolojisiyle üretilmiştir. Deneysel aşamada, mobilya mühendisliğinin en önemli alanlarından mukavemet tasarımı metodolojisinin tüm adımları uygulanmıştır. Bu bağlamda, öncelikle malzemelerin gerekli fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiş, daha sonra koltuk iskelet sistemindeki tüm birleştirmelerin statik testleri gerçekleştirilmiş, son olarak da koltuk iskelet sisteminin bütününün performans testleri yapılmıştır. Koltuk iskeletlerinin üretiminde masif ağaç malzeme olarak mobilya endüstrisinde yaygın olarak kullanılan Sarıçam (Pinus sylvestris L.), ahşap esaslı levha olarak ise 20 mm kalınlığında kavak (Populus nigra) kontrplak kullanılmış olup auksetik kavelaların üretiminde ise Polilaktik Asit (PLA), Akrilonitril Butadiyen Stiren (ABS) ve Akrilonitril Stiren Akrilat (ASA) filamentleri kullanılmıştır. 3B yazıcı teknolojisiyle üretilen kavelalar için ilk aşamada; 2 koltuk iskelet malzemesi, 4 auksetik kavela tipi, 3 kavela malzemesi, 2 farklı test (montaj kuvveti ve çekme direnci) ve her bir örnekten 5 yineleme olmak üzere toplam 240 adet liflere paralel (kenardan), 240 adette liflere dik (yüzeyden) deney örneği hazırlanmıştır. Ayrıca, her bir kavela malzemesi ve dış yüzey diş tipi için olmak üzere yine 5 yineleme olacak şekilde 60 adet liflere paralel (kenardan) 60 adet liflere dik (yüzeyden) olmak üzere 120 adette auksetik olmayan kontrol kavelaları hazırlanmış ve test edilmiştir. Deneyler sonucunda, PLA filamentin, ASA ve ABS filamentlere kıyasla daha üstün performans sergilediği ve en yüksek mukavemeti gösteren 3 kavela tipinin PLA-dik üçgen diş tipli-üçgen auksetik desenli (PLA-DÜ-ÜB), PLA-ikizkenar üçgen diş tipli-üçgen auksetik desenli (PLA-İÜ-ÜB), PLA- ikizkenar üçgen diş tipli-yıldız auksetik desenli (PLA-İÜ-YB) şeklinde sıralandığı belirlenmiştir. Buna göre, birleştirme testlerinde en iyi mukavemeti gösteren bu üç kavela tipi kullanılmıştır. Birleştirme testleri aşamasında, koltuk iskeletinde yer alan alt sistemlere ait 9 farklı birleştirme elemanı grubu için; 2 koltuk iskelet malzemesi, 3 auksetik kavela tipi ve her bir örnekten 5 yineleme olacak şekilde her bir grupta 30 deney örneği olmak üzere toplam 270 adet deney örneği hazırlanmış ve bu deney örnekleri kullanım sırasında maruz kalacakları yükleme biçimlerine göre statik yük altında test edilmiştir. Deneyler sonucunda, en iyi mukavemeti gösteren kavela tipinin PLA-DÜ-ÜB olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca birleştirme testlerinden, her bir birleştirme için yarı rijitlik katsayıları elde edilmiş ve nümerik analizlerde birleştirmelerin tanımlanmasında bu değerler kullanılmıştır. Son aşama olarak, birleştirme testlerinde en yüksek performansa sahip olduğu belirlenen PLA-DÜ-ÜB kavelalar ile birleştirilerek üretilen gerçek ölçülerdeki koltuk iskeletleri, FNAE-80 214 (GSA) standardında belirtilen devirli yükleme metoduyla oturma, kolçak, ayaklara yanal, ayaklara önden arkaya ve arkalık çerçeve testlerine tabi tutulmuş ve yük taşıma performansları belirlenmiştir. GSA standardındaki hafif (ev içi) kullanım tasarım yüklerine göre yapılan karşılaştırmalar sonucunda, auksetik kavelalı birleştirilmiş koltuk iskeletlerinin oturma, arkalık çerçeve ve kolçaklara yanal yükleme testlerinde başarısız olduğu ve güçlendirilmesi gerektiği, buna karşın ayaklara önden arkaya ve ayaklara yanal yükleme testlerinde ise ev içi kullanımlar için gerekli mukavemete sahip olduğu belirlenmiştir. Deney koltuklarının mukavemet analizinde; birleştirmelere ilişkin kabul edilebilir performans değerlerinin belirlenmesi amacıyla, GSA metodundaki ev için kullanımlar için verilen kabul edilebilir tasarım yükleri esas alınıp temel yapısal kurallar kullanılarak gerçekleştirilen teorik hesaplamalar, statik birleştirme elemanı testlerinden elde edilen maksimum performans değerleri, koltuk performans testlerinden elde edilen maksimum yükler ve nümerik analiz sonuçlarının bir arada kullanıldığı bir metodoloji kullanılmıştır. Yapılan analizler ve hesaplamalar sonucunda, genellikle auksetik kavelalı birleştirmelerin deneysel taşıma kapasitesi değerleri, hesaplanan güvenli tasarım yüklerinden düşük çıkmış ve güçlendirilmesi gerektiği anlaşılmıştır. Çalışmanın sonucunda, auksetik özellikte tasarlanan kavelalar ile birleştirilmiş koltuk iskeletlerinin mukavemet özellikleri hakkında mobilya mühendislik tasarımında kullanılabilecek deneysel ve nümerik sonuçlar elde edilmiştir. Genel anlamda, auksetik bağlantı elemanlarının bazı mukavemet geliştirici optimizasyonlar yapıldıktan sonra çerçeve konstrüksiyonlu döşemeli koltuk iskeletlerinin üretiminde kullanılabileceği söylenebilir. Auksetik bağlantı elemanlarına ilişkin olarak, farklı auksetik desenler, farklı malzemeler ve farklı üretim teknolojileri kullanılmak suretiyle yeni çalışmaların yapılması, bu olağanüstü özellikteki akıllı malzemelerin mobilya sektöründeki kullanımının yaygınlaşması açısından oldukça önemlidir.

Özet (Çeviri)

In this study, the aim was to design auxetic (tendency to expand) fasteners for use in sofa frame construction joints, to manufacture these fasteners using three-dimensional (3D) printing technology, and to evaluate the performance of full-scale sofa frames assembled with these fasteners. In the study, dowels commonly used as connectors in frame construction furniture joints were selected as the fastener. Designs were made for auxetic dowels with cross-sectional geometries exhibiting auxetic properties, their geometries were optimized, numerical analyses were performed using the finite element analysis method (FEM), and then these auxetic dowels were manufactured with 3D printing. In the experimental phase, all steps of the strength design methodology, one of the most important areas of furniture engineering, were implemented. Accordingly, first the necessary physical and mechanical properties of the materials were determined, then all joint tests in the system were conducted, and finally performance tests of the complete system were performed. For the production of sofa frames, Scots pine (Pinus sylvestris L.), widely used in the furniture industry, was employed as the solid wood; for the wood based panel, 20 mm thick poplar (Populus nigra) plywood was used; and PLA (polylactic acid), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), and ASA (acrylonitrile styrene acrylate) filaments were utilized for producing the auxetic dowels with 3D printing technology. At this stage, for the dowels produced using 3D printers, samples were prepared as follows: 2 sofa frame materials, 4 types of auxetic dowels, 3 dowel materials, 2 different test types (tensile and assembly), and 5 repetitions for each sample—resulting in a total of 240 specimens parallel to the grain (edge), and 240 specimens perpendicular to the grain (surface), making a total of 480 test samples. Additionally, for the auxetic-free control dowels (one for each dowel material and external surface thread type), 60 samples parallel to grain and 60 samples perpendicular to grain (a total of 120 specimens) were prepared and tested, again with 5 repetitions each. As a result of the experiments, it was determined that PLA filament exhibited a superior performance compared to ASA and ABS filaments, and that the three highest strength dowel types were PLA-DÜ‐ÜB, PLA-İÜ‐ÜB, and PLA-İÜ‐YB configurations. Then, using these dowels, for each fastener group; 2 sofa frame materials, 3 types of auxetic dowels, and 5 replications for each sample, 9 joint groups were formed, and 30 test samples per group, making a total of 270 samples, were prepared and statically tested under load types to which they would be exposed in use. Test results indicated that the PLA-DÜ‐ÜB dowel type had the best performance characteristics. Finally, sofa frames manufactured with PLA-DÜ‐ÜB auxetic dowels which demonstrated the highest performance in joint tests were subjected to cyclic loading tests as specified in FNAE-80 214 standard for seat, armrest, lateral load on legs, front to back load on legs, and backrest performance. Comparison with GSA household use standards revealed that sofa frames showed insufficient performance under seat, backrest frame, and armrest lateral loads and needs to be reinforced, however they were successful under front to back and lateral leg loads. For the strength analysis of the sofa frames, the methodology included using the acceptable design loads for household use specified in the GSA method, theoretical calculations based on basic structural rules, maximum performance values from static joint tests, maximum loads from performance tests, and results from numerical analyses all combined to determine acceptable joint performance values. Analyses showed that, for most connections, the experimentally determined carrying capacity values were lower than the calculated acceptable design loads. As a result of the study, experimental and numerical results were obtained regarding the strength properties of sofa frames connected with auxetic dowels, which can be used in furniture engineering design. Generally, auxetic fasteners can be used in the production of upholstered sofa frames with frame construction after some strength-enhancing optimizations are made. Conducting new studies on auxetic fasteners using different auxetic patterns, different materials, and different production technologies is crucial for expanding the use of these exceptionally smart materials in the furniture industry.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    125977

    Çerçeve konstrüksiyonlu masif mobilyada boy, en ve T birleştirmelerin çekme direnci

    The Tensile strength of frame construction massive furniture end to end, side to side and T dowel joints

    TUNCAY BİLGE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Ağaç İşleriGazi Üniversitesi

    Mobilya ve Dekorasyon Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HASAN EFE

  2. Tez No

    156002

    Masif ve kompozit ağaç malzemelerden üretilmiş çerçeve konstruksiyonlu koltukların performansı

    The strenght performance of sofa frames constructed of solid wood and wood composites

    ALİ KASAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Ağaç İşleriGazi Üniversitesi

    Mobilya ve Dekorasyon Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. HASAN EFE

    DOÇ.DR. YUSUF ZİYA

  3. Tez No

    367444

    Ağaç türü, tutkal çeşidi ve zıvana ölçülerinin l-tipi mobilya birleştirmelerinin moment kapasitesine etkileri ve gerçek deney sonuçlarının sonlu elemanlar analizi sonuçlarıyla karşılaştırılması

    Effects of the wood species, adhesive type, and tenon size on bending moment capacity of l-type furniture joints and comparison of the actual test and finite element analysis results

    İBRAHİM YALÇIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Ağaç İşleriMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

    Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ KASAL

  4. Tez No

    274878

    Mobilya köşe birleştirmelerinde kullanılan farklı bağlantı elemanlarının sonlu elemanlar metodu ile mukavemet analizi

    Furniture corner joint elements used in connection with the finite element method analysis of strength

    SAMET KARABULUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Ağaç İşleriKarabük Üniversitesi

    Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. H. İBRAHİM DEMİRCİ

  5. Tez No

    605173

    Günümüz az katlı konut yapılarında ahşap konstrüksiyonlu yapım sistemlerinin yönetmelikler açısından karşılaştırılması: Türkiye-Japonya örneği

    A comparison of timber construction systems in today's low-rise residential buildings in terms of regulations: The case of Japan and Turkey

    FEYYAZ ÇAKIROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    MimarlıkBursa Uludağ Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ ŞENKAL SEZER

Geri Dön