Üç boyutlu yazıcılar marifetiyle beton bina inşasında duvar topolojisinin yapay zekâ teknikleri ile optimizasyonu
Topology optimization of 3D printed concrete structural walls through artificial intelligence techniques
- Tez No: 952576
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPER ALDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 344
Özet
Beton, dünya çapında en fazla kullanılan yapı malzemelerinden birisidir. Dünya çapında, yapıların performansını iyileştirmek için yüksek dayanımlı beton, kendiliğinden yerleşen beton, kimyasallara karşı dayanıklı beton gibi çeşitli beton türleri kullanılmaktadır. 3 boyutlu yazıcılar gibi dijital teknoloji uygulamaları beton yapıların üretimi için yeni olanaklar sunmaktadır. 3 boyutlu beton basım sürecini nümerik olarak modellemenin birçok avantajı bulunmaktadır. Basım sürecinin simüle edilmesi ile betonun üretim aşamasındaki yapısal davranışı tahmin edilebilmekte ve bu aşamada nasıl bir hasarın meydana gelebileceği hesaplanabilmektedir. Bu durum malzeme israfının azaltılması ve basım makinesinin yıpranmaması açısından önemlidir. Sürdürülebilir ürün geliştirmeye yönelik taleplerin artması ile birlikte bilim adamları odaklarını yüksek mukavemet ve minimum ağırlığa sahip boşluklu yapılar üretmeye kaydırmaya başladılar. Topoloji optimizasyon prosedürleri ile daha verimli sistemlerin üretilmesi yapıların daha ekonomik ve sağlam bir şekilde dizayn edilmesi hususunda mühendislik, mimarlık ve yapı alanlarına yeni katkılar sağlayacaktır. Birçok araştırmacı 3 boyutlu yazıcılar ile basılan boşluklu elemanların özelliklerini iyileştirmek için fizik tabanlı modeller geliştirmiştir. Fakat, bu formülasyonlar üretim süreci hakkında çok derin bilgi sahibi olmayı gerektirmekte bu da çok zahmetli bir süreç olabilmektedir. Bu yönteme alternatif olarak sadece elde edilen verileri kullanarak tahmin yapılabilir. Bu bağlamda çeşitli yapay zekâ yöntemleri kullanılabilir. Beton yapıların 3 boyutlu basım sürecinde tasarım işleminin ofis ortamında, basım işleminin ise şantiye ortamında yapılması gerekmektedir. 3 boyutlu basım sürecinde eş zamanlı olayan bu uygulama 3 boyutlu beton basımı işleminin tam otomatik bir şekilde uygulanmasını imkânsız hale getirmektedir. Ayrıca literatürde, eksenel ve yanal yük etkilerine (rüzgâr yükleri veya sismik talepler sırasında oluşan tasarım etkileri gibi) maruz kalan, 3 boyutlu yazıcılar ile üretilmiş beton duvarların kapasite hesabı için herhangi bir formülasyon bulunmamaktadır. 3 boyutlu beton basımı işleminin tam otomatik bir şekilde uygulanmasını gerçekleştirmek için, bu çalışmada, 3 boyutlu yazıcılar marifetiyle basılan beton bina inşasında duvar topolojisinin yapay zekâ teknikleri ile optimizasyonu gerçekleştirilmiş olup bu yapay zekâ modelleri kullanılarak otomatize edilmiş tasarım araçları geliştirilmiştir. Yapay zekâ modeli için gerekli olan veri seti nümerik modelleme ile elde edilmiştir. Bu çalışma ile deneme yanılma yoluna başvurulmadan yapay zekâ modeli vasıtası ile istenilen dayanıma sahip en ekonomik, en hafif kesit topolojisi belirlenmiş olup malzeme ile enerjiden tasarruf edilmiştir. Ayrıca iki farklı yapay zekâ modeli kıyaslanarak en yüksek doğruluğu veren en düşük parametre sayısına sahip model bulunmuş, böylece hesaplama maliyeti de düşürülmüştür. Buna ek olarak, önerilen yapay zekâ tabanlı tasarım aracının önceden eğitilmiş versiyonu kalıcı bir depolama ortamına yüklenip ilgili bağlantı bu çalışmanın sonuç bölümünde eklenmiştir.
Özet (Çeviri)
Concrete is one of the most widely used building materials worldwide. Various types of concrete, such as self-compacting concrete, high-strength concrete, and chemical-resistant concrete, are used globally to improve the performance of structures. Digital technology applications like 3D printers offer new possibilities for the production of concrete structures. There are many advantages to numerically modeling the 3D concrete printing process. Simulating the printing process allows for predicting the structural behavior of concrete during production, and calculating the potential damage that may occur at this stage. This is important for reducing material waste and preventing wear on the printing machine. With the increasing demand for sustainable product development, scientists have begun to focus on producing hollow structures with high strength and minimum weight. Topology optimization procedures will contribute to the more economical and robust design of structures, providing new contributions to the engineering, architecture, and construction fields. Many researchers have developed physics-based models to improve the properties of hollow elements printed through 3D printers. However, these formulations require a deep understanding of the production process, which can be very laborious. As an alternative to this method, predictions can be made using only the data obtained. In this context, various artificial intelligence methods can be used. In the 3D printing process of concrete structures, the design process should be done in the office environment, while the printing process should be done in the construction site. This simultaneous occurrence of the design and printing processes makes it impossible to fully automate the 3D concrete printing process. Additionally, there is no formulation in the literature for the capacity calculation of concrete walls printed through 3D printers and subjected to combined axial and lateral loads (such as design effects occurring during wind loads or seismic demands). To achieve fully automatic 3D concrete printing, in this study, the optimization of wall topology in concrete building construction printed by 3D printers has been realized with artificial intelligence techniques, and automated design tools have been developed using these artificial intelligence models. The dataset required for the artificial intelligence model was obtained through numerical modeling. With this study, the most economical and lightest section topology with the desired strength was determined through the artificial intelligence model without resorting to trial and error, saving material and energy. Additionally, by comparing two different artificial intelligence models, the model with the highest accuracy and the lowest number of parameters was found, reducing the calculation cost. In addition, the pre-trained version of the proposed artificial intelligence-based design tool has been uploaded to permanent storage, and the relevant link has been added in the conclusion section of this study.
Benzer Tezler
- Kürleme süresinin 3 boyutlu yazıcı ve farklı daimi reçineler ile üretilen endokronların yüzey doğruluğu üzerindeki etkisinin ı̇ncelenmesi
Investigation of the effect of post-curing time on the surface trueness of endocrowns manufactured with 3D printer and different permanent resins
ZEHRA KAHRAMAN
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2025
Diş HekimliğiAfyonkarahisar Sağlık Bilimleri ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SAFA ÖZDEN
- Üç boyutlu yazıcılar ile üretilen malzemelerin sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesi
Joining materials produced with three-dimensional printers using friction mix welding
CİHAN ALTUOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NERGİZHAN ANAÇ
- Topografik harita modelleri için 3 boyutlu yazıcıtasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of 3 dimensions printer for topographic map models
MEHMET VURGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Endüstri Ürünleri TasarımıMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAKAR
- Üç boyutlu yazıcılar ve günümüz mimarisinde kullanımı
Three dimensional printers and their use in today's architecture
MUSTAFA BORA TÜMER
- Comparison of the mechanical properites of three-dimensionally printed orthodontic models with different materials and infill parameters
Üç boyutlu yazıcılar tarafından farklı iç yapılara sahip ve farklı malzemeler kullanılarak üretilmiş ortodontik modellerin mekanik özellikleri
YAVUZ DENİZ TANKUTER
Doktora
İngilizce
2023
Diş HekimliğiYeditepe ÜniversitesiOrtodonti Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİDEM NALBANTGİL