Genel kütle azaltımı ve yapısal verimlilik için ağaç işleme makinesi parçalarının topoloji optimizasyonu
Topology optimization of woodworking machine parts for overall mass reduction and structural efficiency
- Tez No: 984362
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CELALETTİN YÜCE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ağaç işleme makineleri, Topoloji optimizasyonu, Yapısal optimizasyon, Wood working machinery, Topology optimization, Structural optimizasyon
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, üçlü dairesel testereli bir ağaç işleme makinesinin yedi kritik bileşeninde (testere montaj plakası, giriş/çıkış taban plakaları, motor destek plakaları, makaralı besleme kızağı ve şase grubu) genel kütle azaltımı ve yapısal verimlilik artışı sağlamak amacıyla topoloji, boyut ve şekil optimizasyon tekniklerini entegre şekilde uygulamıştır. Geleneksel tasarımlardaki aşırı malzeme kullanımından kaynaklanan enerji kayıpları, maliyet artışı ve dinamik performans sınırlamalarını çözmek için, SolidWorks ile modellenen bileşenler HyperMesh OptiStruct yazılımında analiz edilmiştir. Statik yapısal analiz, modal analiz ve doğrudan frekans tepkisi simülasyonlarıyla orijinal tasarımların gerilme dağılımı, deformasyon ve titreşim davranışları incelenmiş; topoloji optimizasyonunda SIMP yöntemiyle %40 hacim fraksiyonu sınırı uygulanmış, boyut optimizasyonunda sac kalınlıkları 8-10 mm aralığında optimize edilmiş, şekil optimizasyonunda ise genetik algoritma tabanlı çok amaçlı optimizasyonla geometrik iyileştirmeler yapılmıştır. Sonuç olarak, testere montaj plakasında %58 kütle azaltımı sağlanırken gerilme değerleri ST-37 çeliğinin akma sınırının %80 altında tutulmuş, motor destek plakasında alüminyum kullanımıyla %41 hafifletme ve 71 MPa gerilme seviyesi elde edilmiştir. Makinenin toplam ağırlığı 550 kg'dan 378 kg'a (%31,2) düşürülmüş, yük kapasitesi 1500 kg'dan 1150 kg'a indirilerek enerji tüketiminde %15-20 iyileşme potansiyeli sağlanmıştır. Dinamik performansta, motor destek plakası (76 Hz) ve makaralı besleme kızağı (110 Hz) rezonans riskinden arındırılırken, testere montaj plakası (32.6 Hz) ve taban plakaları (14.6-58.9 Hz) gibi bileşenlerde gözlemlenen operasyonel frekans banttaki (25-50 Hz) riskler, gelecek çalışmalarda lokal sertleştirici ilaveleri ve kalınlık optimizasyonuyla çözülecektir. Üretilebilirlik odaklı kısıtlar endüstriyel uygulanabilirliği doğrulamıştır.
Özet (Çeviri)
This study implemented integrated topology, size, and shape optimization techniques on seven critical components (saw mounting plate, input/output base plates, motor support plates, roller feed sled, and chassis group) of a triple-circular-saw woodworking machine to achieve mass reduction and enhance structural efficiency. To address energy losses, cost increases, and dynamic performance limitations caused by excessive material use in traditional designs, components modeled in SolidWorks were analyzed using HyperMesh OptiStruct software. Static structural analysis, modal analysis, and direct frequency response simulations evaluated stress distribution, deformation, and vibration behavior of original designs. Topology optimization employed the SIMP method with a 40% volume fraction constraint, size optimization adjusted sheet thicknesses within 8-10 mm, and shape optimization utilized genetic algorithm-based multi-objective optimization for geometric refinements. Results include 58% mass reduction in the saw mounting plate while maintaining stresses below 80% of ST-37 steel's yield limit, 41% light weighting in the motor support plate using aluminum (71 MPa stress), and total machine weight reduction from 550 kg to 378 kg (31.2%) with payload capacity decreased from 1,500 kg to 1,150 kg, enabling 15-20% energy consumption improvement. Dynamically, the motor support plate (76 Hz) and roller feed sled (110 Hz) were cleared from resonance risk within the operational frequency band (25-50 Hz), while components like the saw plate (32.6 Hz) and base plates (14.6-58.9 Hz) exhibited residual risks requiring future resolution via local stiffeners and thickness optimization. Manufacturing-driven constraints confirmed industrial viability.
Benzer Tezler
- Development of polypropylene composite materials reinforced with reduced graphene oxide and talc for automotive applications
Otomotiv uygulamaları için indirgenmiş grafen oksit ve talk ile takviye edilmiş polipropilen kompozit malzemelerin geliştirilmesi
İREM DÜZENLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- Optimum multiple tuned mass dampers for soft story structures
Yumuşak katlı yapılar için optimum çoklu ayarlanmış kütle sönümleyiciler
FARAH SALIM MUSTAFAY ARKHEES ALNAYHOUM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. SİNAN MELİH NİGDELİ
- Sonlu elemanlar ve topoloji optimizasyon yöntemi ile bir yolcu uçağı koltuk kolçağının tasarımı
Design of a passenger aircraft seat armrest via finite element and topology optimization methods
TOLGA GÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN KEMAL SÜRMEN
- Uydu paneli ve insertlerinin eklemeli imalat ile üretilmesine yönelik parametrelerin geliştirilmesi ve tasarım optimizasyonu
Development of parameters for the manufacturing of satellite panels and inserts through additive manufacturing and design optimization
BUKET ÇAM
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OLCAY ERSEL CANYURT
- Optimization and finite element analysis of metastructures for vibration mitigation
Titreşim azaltımı için metayapıların optimizasyonu ve sonlu elemanlar analizi
ELİF NUR YAŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAAN YILDIZ