Investigation of mechanical and fracture behaviors of additively manufactured polymeric lattice materials
Eklemeli imalat ile üretilen latis malzemelerin yapı-özellik ilişkilerinin kırılma mekaniğine bağlı olarak incelenmesi
- Tez No: 977638
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Tobb Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezin amacı, malzeme ekstrüzyon tekniği kullanılarak polilaktik asit (PLA) malzemeden üretilen latis malzemelerin kırılma davranışını verimli bir şekilde modellemek için deneysel ve sayısal analizlere dayalı olarak geliştirilen çok seviyeli bir yöntemle yapı-özellik ilişkilerini belirlemektir. Tezin orijinal değerini oluşturan bu yöntem, mevcut kübik latis hücre eksikliklerinin giderilmesi amacıyla önerilen yeni bir kübik latis hücrenin kırılma analizinde kullanılacaktır. Çubuklardan oluşan latis malzemeleri yüksek mukavemet ve hafiflik sağlaması ve eklemeli imalat ile üretilebilmesi nedeniyle artık nihai ürünlerin imalatında da ilgi görmeye başlamıştır. Ancak malzemenin katman katman istiflenmesinden dolayı eklemeli imalat ile üretilen latis malzemelerinde belirsizlikler ve kusurlar bulunmaktadır. Özellikle otomotiv, biyomedikal ve havacılıkta çevre dostu olması nedeniyle ön plana çıkan PLA malzemesinin imalatına olanak sağlayan malzeme ekstrüzyon yönteminde, uygulama için ne tür hasar veya kusurların oluşabileceğinin tahmin edilmesi son derece önemlidir. Mühendislik malzemelerinde, çatlaklı bir cisimde üç kırılma (veya yükleme) modu deneyimlenebilir. Bunlar, Mod I açılma modu, mod II çatlak düzlemindeki kesme modu mod III yırtılma modu olarak adlandırılır. Polimerlerin kırılma davranışına ilişkin çalışmalarda malzeme ekstrüzyonuyla üretilen malzemeler genellikle üç saf kırılma modunun tamamının araştırılmasını göz ardı etmektedir. Literatürdeki bu kritik boşluğu doldurmak amacıyla, bu tezde, her üç mod için kırılma özelliklerini elde etmek amacıyla katı kırılma numunelerinin yanı sıra llatis numuneleri kullanılarak da deneyler gerçekleştirilmiştir. Katı ve latis numunelerin kırılma davranışını verimli bir şekilde modellemek için ise, eklemeli imalat işlemine bağlı oluşan geometrik değişiklikleri dikkate alarak deneylerden elde edilen kırılma özelliklerinin dahil edildiği genişletilmiş sonlu elemanlar metodu (GSEM) (ing. Extended finite element method – XFEM) kullanılmıştır. Tezin özgün katkıları şu şekilde sınıflandırılabilir: (1) Latis hücrelerinin kırılma davranışının GSEM ile incelenmesi. (2) Latis hücrelerindeki çubuklarda oluşan ve malzeme ekstrüzyon yönteminin neden olduğu geometrik belirsizlikler dikkate alınarak GSEM analizleri ile etkili kırılma özelliklerinin elde edilmesi. (3) Desteksiz olarak üretilebilen ve kırılma mukavemeti yüksek olan kübik latis hücre önerilmesi ve bu hücre içinGSEM kırılma analizi ile belirsizlikler altında yapı-özellik ilişkilerinin belirlenmesi.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to determine the structure-property relationships with a multi-level method developed based on experimental and numerical analyses to efficiently model the fracture behavior of lattice materials produced from polylactic acid (PLA) material using the material extrusion technique. This method, which constitutes the original value of the thesis, will be used for the fracture analysis of a new cubic lattice cell proposed to eliminate the existing cubic lattice cell deficiencies. Since the lattice materials consisting of struts provide high strength and lightweight and can be produced by additive manufacturing (AM), they have now started to attract attention in the fabrication of final products. However, due to the stacking of the material layer by layer, there are uncertainties and defects in the lattice materials produced by AM. In the material extrusion method, which enables the fabrication of PLA material, which has come to the forefront due to its environmental friendliness, especially in automotive, biomedical, and aviation, it is extremely necessary to predict what kind of failure or defects can occur in order to predict the damages that may occur during applications. In engineering materials, three modes of fracture (or loading) can be experienced in a cracked body: Mode I is the opening mode, mode II is the shearing mode in the crack plane, and mode III is referred to as the tearing mode. Studies concerning the fracture behavior of polymers fabricated by material extrusion usually ignore investigating all three pure fracture modes. To fill this critical gap in the literature, in this thesis, experiments were done using solid fracture specimens as well as lattice specimens to obtain fracture properties for all three modes. Extended finite element method (XFEM) was used to efficiently model the fracture behavior of solid and lattice specimens using the fracture properties extracted from experiments by taking account of geometric variations arising from the AM process. The original contributions of the thesis can be categorized as follows: (1) Examination of the fracture behavior of lattice cells by XFEM (2) Obtaining effective fracture properties through XFEM analyses while considering the geometric uncertainties that occur in the struts in the lattice cells and caused by the material extrusion method. (3) A cubic lattice cell, which can be produced without any support and has high fracture strength, is proposed and the structure-property relations are determined under uncertainties with XFEM fracture analysis.
Benzer Tezler
- Investigation of mechanical and fracture behaviors of additively manufactured polymeric lattice materials
Eklemelı imalat ile üretılen polımerık kafes yapıların mekanık ve kırılma davranışlarının incelenmesı
BAHMAN PAYGOZAR
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Büyük hacimli 3 boyutlu yazıcı tasarımı ve eriyik biriktirme yöntemi ile abs polimer matrisli karbon fiber takviyeli kompozitlerin üretim parametrelerinin incelenmesi
Big volume 3 dimensional printer design and investigation of production parameters of abs polymer matrix carbon fiber reinforced composites by fused deposition modeling
EFECAN KARAMAN
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ ÇOLAK
- Eklemeli imal edilen AlSi10Mg alaşımının üretim parametrelerinin mikroyapı ve mekanik davranışına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of process parameters on the microstructure and mechanical behavior of additively manufactured AlSi10Mg alloy
HASRET BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAŞİD AHMED YILDIZ
- Eklemeli imalat yöntemiyle üretilen alüminyumun bakıra sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesinin araştırılması
Investigation of the joining of additively manufactured aluminum to copper by friction stir welding
EMRE ŞANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiSivas Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. ÖMER EKİNCİ
- Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş Ti-6Al-4V alaşımının yüksek gerinme hızlarındaki davranışının deneysel ve sayısal yöntemler ile incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V alloy under high strain rates
FIRAT MEMU
Doktora
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ DURLU
DR. HAKAN HAFIZOĞLU