A novel total lagrangian smoothed particle hydrodynamics approach for modeling damage in elastic solids and deformation of composite structures
Elastik katiılarda hasar ve kompozit yapıların deformasyonunu modellemek için yeni bir toplam lagrange interpolasyonlu parçacık hidrodinamiği yaklaşımı
- Tez No: 967836
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Bu tez, kati mekaniginde Toplam Interpolasyonlu Düzgünlestirilmis Parçacik Hidrodinamigi (TLSPH) kullanimina odaklanir; dinamik gevrek kirilma ve lamine kompozitlerin yari-statik deformasyonunu inceler. Ilk bölümde, çatlak baslatma ve ilerlemesi için agsiz bir TLSPH çerçevesi gelistirilmistir. Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM)'in ag bagimliligi ve yeniden ag olusturma sorununu asarak, lineer momentum denklemlerini Lagrangian formülasyonuyla çözer. Hasar, kritik gerilime dayali bir kriterle modellenir; sayisal kararsizliklar difüzyon ve hiz filtrelemesiyle azaltilir. Bu method, iki ve üç boyutlu kiyaslamalarla (Kalthoff-Winkler ve dinamik çatlak çatallanmasi deneyleri) dogrulanmistir ve bu methodun yeniden ag olusturma gerektirmeden karmasik çatlak ilerlemesini yakalama yetenegi, dogrulugu ve saglamligi gösterilmistir. Ikinci bölümde, TLSPH lamine kompozit kiris ve plakalarin yari-statik deformasyonunu modellemek üzere genisletilmistir. Bu, ortotropik laminatlarda 3D TLSPH'nin ilk kapsamli uygulamasidir. Yöntem, her katmani kalinlik boyunca ayriklastirir; denklemleri düzeltilmis kernel gradyanlari kullanarak çözer. Stabilizasyon, kum saati kontrolü ve yapay viskozite ile saglanmistir. Kiyaslama çalismalari (karbon/epoksi konsol kirisler, kare plaka) FEM çözümlerine karsi dogrulugu teyit eder; düzlem içi yer degistirmelerin kalinlik boyunca dogrusal degisimini ve asimetrik laminatlardaki bükülme-uzama birlesimini yakalar. Kum saati katsayisi çalismasi, sönümleme ve dogruluk arasindaki ödünlesimleri inceler. Genel olarak, tez TLSPH'yi izotropik ve anizotropik ortamda kirilma mekanigi ile kompozit yapisal analizini birlestiren, saglam, agsiz, çok yönlü bir araç olarak sunarak literatürdeki boslugu doldurur.
Özet (Çeviri)
This thesis comprehensively investigates Total Lagrangian Smoothed Particle Hydrodynamics (TLSPH) for modeling complex failure and deformation in solid mechanics by focusing on dynamic brittle fracture and quasi-static deformation of laminated composite structures. In the first part, a novel TLSPH framework for crack initiation and propagation is developed. Overcoming mesh-based method limitations such as FEM's mesh dependence and remeshing, this mesh-free model solves the strong form of linear momentum equations using a fully Lagrangian particle formulation. Damage is modeled via a stretch-based criterion, with particle interactions deactivated at critical stretch. Numerical instabilities are mitigated by enhanced diffusion and velocity filtering in damaged zones. Validated against 2D and 3D benchmarks (e.g., Kalthoff-Winkler experiment, dynamic crack branching), the framework demonstrates accuracy, robustness, and captures complex crack paths without remeshing. The second part extends TLSPH to model quasi-static deformation of laminated composite beams and plates. This is the first comprehensive 3D TLSPH application to orthotropic composite laminates, discretizing each ply through thickness using corrected kernel gradients. Laminae are modeled as orthotropic continua, with global stiffness via exact tensor transformations. Hourglass control and artificial viscosity ensure stabilization. Benchmark studies (bi-layer carbon/epoxy cantilever beams, clamped square plate) confirm accuracy against high-fidelity FEM by capturing linear through-thickness in-plane displacements and bending-stretching coupling. A parametric study of hourglass coefficients further explores damping-accuracy trade-offs. Overall, this thesis establishes TLSPH as a versatile, robust, mesh-independent tool for simulating deformation and fracture in isotropic and anisotropic media, bridging a key gap by unifying fracture mechanics and composite structural analysis within a single framework.
Benzer Tezler
- Esnek mekanizmaların tasarlanması ve kontrolü
Design and control of compliant mechanisms
AYŞE TEKEŞ
Doktora
Türkçe
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SALIH DOKUZ
- Riskten kaçınan çok kollu haydut problem
Risk-averse multi-armed bandit problem
MILAD MALEKIPIRBAZARI
Doktora
İngilizce
2021
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM ÇAVUŞ İYİGÜN
- A novel method for total recycling ofperovskite solar cells
Perovskit güneş hücrelerinin tamamen geri dönüşümü için yeni bir metot
MUHAMMED DOĞUŞCAN DÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
- Toplam tiyol tayini için yeni bir spektrofotometrik yöntem geliştirilmesi
Development of a novel assay for total thiol determination
EMİNE MÜNEVVER GÖRÜŞÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimyaİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA REŞAT APAK
- Total larenjektomili olgularda yeni bir özofageal konuşma eğitimi yöntemi: İmpedans ile geribildirim
A novel esophageal speech retraining method in total laryngectomy patients: Feedback by impedence
MUSTAFA ŞAHİN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2012
Kulak Burun ve BoğazEge ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET FATİH ÖĞÜT