Negatif poisson oranına sahip akıllı malzemelerin hava araçlarında titreşim sönümleme performansının araştırılması
Investigating the vibration performance of smart materials with negative poisson ratio in aircraft
- Tez No: 960118
- Danışmanlar: PROF. DR. CİHAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
Bu çalışmada, Negatif Poisson Oranına sahip akıllı malzemelerin helikopterlerde izolatör olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Negatif Poisson oranına sahip malzemeler son zamanlarda yaygınlaşan, düşük frekanslarda pasif sönüm yapabilen 2 boyutlu veya 3 boyutlu olarak tasarlanabilen yapılardır. Helikopterde oluşan titreşimin ekipmana iletilirken sönümlenerek ekipmanın ömrü veya bakım süresi uzatılarak maliyetler azaltılabilir. Negatif Poisson oranına sahip düşük kütleli izolatörler geliştirilerek düşük frekanslarda kullanılan aktif sönümleyiciler yerine kullanılması durumunda helikopterlerde ağırlık azaltılabilir. Negatif Poisson Oranına sahip tasarım TPU malzemesinden, helikopterin gövdesinde bulunan bir ekipmanın altına izolatör olarak tasarlanmıştır. MIL STD 810H standardına göre AH-1 helikopterinde meydana gelen rastlantısal ve harmonik titreşim seviyeleri belirlenerek yapıya uygulanmıştır. İki boyutlu üçgen yapı ve ok kafalı birim hücre 2 boyutlu olarak analiz edilmiştir. Üçgen yapı harmonik analizde 12 - 40 Hz aralığında %75 izolasyon verimi, rastlantısal analizde 12 – 500 Hz aralığında tüm titreşimleri izole ederek ok kafalı yapıdan daha iyi performans göstermiştir. En iyi performansa sahip yapı 3 boyutlu modellenmiştir. 3 boyutlu yapının ekipman kütlesine, plaka kalınlığına, kesit alanına, sönümleme oranına, ve birim hücre sayısı bağlı titreşim sönümleme performansı Ansys programında analiz edilmiştir. Her tasarıma, verileri kolayca irdeleyebilmek amacıyla farklı tasarım numaraları atanmıştır. Ekipman kütlesi artıkça yapının izolasyon verimi artmış ve daha düşük frekanslarda sönüm elde edilmiştir. Plaka kalınlığı arttıkça sönüm yapılan frekans aralığı azalmıştır. Kesit alanı arttıkça izolasyon verimi azalmıştır. Sönümleme oranı arttıkça izolasyon verimi de artmıştır. Birim hücre sayısı arttıkça sönüm yapılan frekans genişliği azalmıştır. En iyi performansı gösteren T1A1025D125W15 numaralı tasarım harmonik analizde 8 - 40 Hz aralığında %27, rastlantısal analizde ise %85 izolasyon verimine sahip olduğu elde edilmiştir. Titreşim uygulanan eksen dışındaki yönlerde harmonik analizde %60 ve üzerinde rastlantısal analizde tüm %99'a yakın izolasyon verimleri elde edilmiştir. İlerleyen araştırmalarda, helikopterin farklı bölgelerindeki sönüm performansları, farklı tasarımlarının üretilebilirliği ve tasarımların deneysel olarak doğrulanması üzerine çalışma yapılması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, the usability of smart materials with negative Poisson's ratio as isolator in helicopters is investigated. Negative Poisson's ratio materials are recently widespread structures that can be designed as 2D or 3D structures that can passively damp at low frequencies. By damping the helicopter vibration as it is transmitted to the equipment, the life or maintenance time of the equipment can be extended and costs can be reduced. Low mass isolators with negative Poisson's ratio can be developed and used instead of active dampers used at low frequencies to reduce the weight of helicopters. The Negative Poisson's Ratio design is made of TPU material and is designed as an insulator under a piece of equipment in the helicopter fuselage. According to MIL STD 810H standard, the random and harmonic vibration levels occurring in the AH-1 helicopter were determined and applied to the structure. The two-dimensional triangular structure and the unit cell with arrowhead were analyzed in 2D. The triangular structure showed 75% isolation efficiency in the range of 12 - 40 Hz in harmonic analysis and outperformed the arrowhead structure by isolating all vibrations in the range of 12 - 500 Hz in random analysis. The structure with the best performance was modeled in 3D. The vibration damping performance of the 3D structure depending on the equipment mass, plate thickness, cross-sectional area, damping ratio, and unit cell number was analyzed in Ansys. Each design was assigned a difterin design number in order to easily analyze the data. As the equipment mass increased, the isolation efficiency of the structure increased and damping was obtained at lower frequencies. As the plate thickness increased, the damped frequency range decreased. As the cross-sectional area increased, the isolation efficiency decreased. As the damping ratio increased, the isolation efficiency increased. As the number of unit cells increased, the damped frequency width decreased. The best performing design T1A1025D125W15 was found to have 27% isolation efficiency in the range of 8 - 40 Hz in harmonic analysis and 85% in random analysis. In the directions other than the vibration axis, isolation efficiencies of 60% and above in harmonic analysis and close to 99% in random analysis were obtained. In future research, it is recommended to study the damping performances in different regions of the helicopter, the manufacturability of different designs and the experimental verification of the designs.
Benzer Tezler
- Auxetic malzemelerin deneysel olarak ve sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Investigation of auxetic materials experimentally and using finite element method
AHMET ABDULLAH KARACA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
BiyomühendislikBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN LEKESİZ
YRD. DOÇ. DR. SUKHWINDER KAUR BHULLAR
- Farklı tip negatif poisson oranına sahip (auxetıc) kirişlerin titreşim esaslı enerji hasadı performanslarının incelenmesi
Investigation of vibration based energy harvest performances of auxetic beams with different types of negative poisson ratio (auxetic)
AFİYE SUGEÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FEVZİ ÇAKMAK BOLAT
- Negatif poisson oranına sahip (auxetıc) düz örme yapıların performans özelliklerinin incelenmesi
An investigation on performance properties of flat knitted auxetic textiles
ECENUR ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖZDE ERTEKİN
- Negatif Poisson oranına sahip (auxetic) fiber ağ örgü yapıların mekanik özelliklerinin çeşitli parametrelere göre nümerik analizi
The numerical analysis of mechanical properties of fibrous network structures with negative Poisson's ratio (auxetic) according to various parameters
UMUT AKSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET SEHA TATLIER
- Negatif Poisson oranına sahip bir mikro-kafes yapının tasarımı ve analizi
Design and analysis of a micro-lattice structure with negative Poisson' s ratio
ASLI IŞILTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MESUT KIRCA