Kule vinç sisteminin yapısal analizi ve kontrolü
Structural analysis and control of tower crane system
- Tez No: 951087
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA TINKIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
Kule vinçler, yüksek yapılarda ağır yüklerin taşınmasında kullanılan ve hem yapısal hem de dinamik açıdan karmaşık davranışlar sergileyen sistemlerdir. Bu tez çalışmasında, flat top (tepesiz) tipi bir kule vinç sisteminin yapısal analizi, modal analizi ve vincin kule dönüş açısal konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, öncelikle kule vincin üç boyutlu katı modeli SolidWorks yazılımı ile tasarlanmış ve elde edilen model ANSYS sonlu elemanlar analiz (FEA) ortamına aktarılmıştır. Statik analizler kapsamında, vinç yapısının farklı yükleme durumlarında maruz kaldığı gerilme dağılımları ve deplasman değerleri belirlenmiştir. Ayrıca, sistemdeki elemanların serbest titreşim davranışları incelenmiş ve modal analizler sonucunda doğal frekanslar ile mod şekilleri belirlenmiştir. Yapısal analizlerin yanı sıra, literatürde benzeri bulunmayan 17 serbestlik dereceli ayrık sistem modeli oluşturulmuş, hareket denklemleri elde edilmiş ve kule vinç sisteminin matematiksel modeli oluşturulmuştur. Kule vincin matematiksel modelinde kullanılmak üzere, her bir yapısal bileşene ait rijitlik (k) katsayıları ANSYS programında yapılan analizler ile Hook Kanununa göre ayrı ayrı belirlenmiştir. Sönüm katsayısı (c) ise matematiksel yöntemlerle hesaplanarak modele dahil edilmiştir. Ayrıca, tasarımı yapılan kule vinç modeli, Matlab/Simmechanics ortamına aktarılmış ve sistemin üç boyutlu elastik modeli elde edilmiştir. Matematiksel model ile MATLAB/SimMechanics ortamında geliştirilen 3 boyutlu modelin en uç (sekizinci bomuna) kısmına 2 ton statik yük uygulanmış ve yer değiştirme (sehim) değerleri hesaplanmış ve her iki modelin sehim sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca çalışmada; kule dönüşünün açısal konum kontrolü Oransal+İntegral+Türev (PID) kontrol ve yapay sinir ağı tabanlı bulanık mantık (ANFIS) kontrolcüler ile gerçekleştirilmiş, kontrolcü performansları karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Elde edilen bulgular, geliştirilen kapsamlı modelin hem yapısal analizde hem de otomatik kontrol uygulamalarında güvenilir ve geçerli sonuçlar sunduğunu göstermektedir. Gerçekleştirilen yapısal analizler sonucunda sistemde gerilme ve yer değiştirme açısından herhangi bir problem olmadığı ortaya koyulmuştur. Oluşturulan matematiksel model ile Matlab/Simmechanics model üzerinde gerçekleştirilen bom ucu kritik yer değiştirme durumu kıyaslanmış ve her iki modelin sonuçlarının birbiri ile uyumlu olduğu ortaya koyulmuştur. Yapılan kontrol çalışmaları sonucunda hem PID hem de yapay sinir ağı tabanlı bulanık mantık kontrolcünün sistemi istenilen referans konuma hassas bir şekilde ulaştırabildiği ancak yapay sinir ağı tabanlı bulanık mantık kontrolcünün daha başarılı bir şekilde konum kontrolünü gerçekleştirdiği belirlenmiştir. Çalışmanın, kule vinçlerin yapısal analizi, matematiksel modellenmesi ve akıllı kontrol stratejilerinin geliştirilmesi konularında literatüre ve benzer mühendislik uygulamalarına katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Tower cranes are systems utilized for lifting heavy loads in high-rise buildings and exhibit complex structural as well as dynamic behaviors. In this thesis study, the structural analysis, modal analysis, and angular position control of the tower rotation for a flat-top type tower crane system were conducted. Within the scope of the study, the three-dimensional solid model of the tower crane was first designed using SolidWorks software, and the resulting model was transferred to the ANSYS finite element analysis (FEA) environment. In the context of static analyses, the stress distributions and displacement values experienced by the crane structure under various loading conditions were determined. Furthermore, the free vibration behavior of the system components was investigated, and as a result of modal analyses, the natural frequencies and mode shapes were identified.In addition to structural analyses, a novel discrete system model with 17 degrees of freedom unprecedented in the literatüre was developed, the equations of motion were derived, and a comprehensive mathematical model of the tower crane system was established. For use in the mathematical model, the stiffness coefficients (k) of each structural component were individually determined in accordance with Hooke's Law, based on analyses performed using the ANSYS software. The damping coefficients (c) were calculated using mathematical methods and incorporated into the model. Moreover, the designed tower crane model was transferred to the Matlab/SimMechanics environment, allowing a three-dimensional elastic model of the system to be obtained.A static load of 2 tons was applied to the tip (eighth jib) of both the mathematical model and the three-dimensional model developed in the MATLAB/SimMechanics environment, and the resulting displacement (deflection) values were calculated. The deflection results obtained from both models were then compared.Additionally, in this study, the angular position control of the tower rotation was performed using both Proportional+Integral+Derivative (PID) controllers and artificial neural network-based fuzzy logic (ANFIS) controllers, and the performances of these controllers were compared and evaluated. The findings indicate that the developed comprehensive model provides reliable and valid results in both structural analysis and automatic control applications. Structural analyses revealed that there were no issues related to stress or displacement within the system. The critical tip displacement of the jib, calculated using the mathematical model and the Matlab/SimMechanics model, was compared, and the results of both models were found to be consistent with each other. Control studies demonstrated that both the PID controller and the artificial neural network-based fuzzy logic controller were able to accurately drive the system to the desired reference position; however, the artificial neural network-based fuzzy logic controller achieved superior performance in position control. It is considered that this study will contribute to the literature and to similar engineering applications in the areas of structural analysis, mathematical modeling, and the development of intelligent control strategies for tower cranes.
Benzer Tezler
- Design optimisation of gantry crane under certain loading conditions
Gantry crane'nin belli yükleme koşullarında tasarımın optimizasyonu
ARMIN ABADI KARIMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Kule vinç sistemleri için parçacık sürü optimizasyonu tabanlı kayan kipli kontroltasarımı
Particle swarm optimization based sliding mode control design for tower crane systems
SELMAN COGAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BANU AYYILDIZ
- Döner vinçlerin dinamik davranışlarının incelenmesi
Dynamic behaviors of rotary cranes
FURKAN BOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHARREM ERDEM BOĞOÇLU
- Kule vinçlerin matematik modellenmesi
Mathematical modelling of tower cranes
MUSTAFA KARAMOLLA
Doktora
Türkçe
2005
Makine MühendisliğiCelal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ONUR SAYMAN
- A data fusion approach for monitoring activities in double shift construction sites using sensor-based data tracking technologies
Şantiyelerde aktivite ilerlemelerinin algılayıcı tabanlı veri takip teknolojileri kullanılarak tespit edilmesi için bir veri füzyonu yaklaşımı
GÜRŞANS GÜVEN IŞIN
Doktora
İngilizce
2016
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESİN ERGEN PEHLEVAN