Geri Dön

Vibration reduction by the use of beam-type metastructures with nonlinear attachments

Lineer olmayan eklentiler içeren kiriş tipi metayapılar kullanarak titreşim azaltma

PDF İndir

  1. Tez No: 987579
  2. Yazar: BEKİR MERT ÖZCEYLAN
  3. Danışmanlar: PROF. ENDER CİĞEROĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Doğrusal olmayan titreşimler, Nonlinear vibrations
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Metamalzemeler doğal malzemelerde bulunmayan özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanmış yapay malzemelerdir. Metayapılar ise bir dizi rezonatör bağlanmış belirli sınır koşullarına sahip metamalzeme tabanlı sonlu yapılardır. Bu yapılar lokal rezonanslarından dolayı, kristal boyutlarına nazaran çok daha uzun dalga boylarında bant aralıkarına sahip olabilirler. Önceki çalışmalar, bu durumun dinamik efektif kütlenin lokal rezonans frekansı aralığında negatif olması ile ilgili olduğunu ortaya koymuştur. Eğer uyarılma frekansı bu aralıkta ise, negatif olan efektif dinamik kütlenin etkisiyle lokal rezonatörler zorlamanın tersi yönünde ivmelenmeye başlar ve metayapı kirişini düzeltecek şekilde zıt yönde kesme kuvvetleri oluşturur. Bu nedenle lokal rezonanslı metayapılardan düşük frekanslarda titreşim azaltma amacıyla yararlanılabilir. Literatürde çubuk, kiriş, membran, plaka vb. gibi birçok tipte metayapı titreşim azaltma yönünden lineer modeller kullanılarak incelenmiştir. Fakat, literatürde doğrusal olmayan eklentilerle donatılmış kiriş tipi metayapıları inceleyen az sayıda çalışma vardır. Bu tezde, lineer olmayan eklentilerle donatılmış kiriş tipi bir metayapının titreşim sönümleyebilme yeteneği incelenmektedir. İlk olarak sonsuz uzunluktaki bir yapının temsili bir hücresi üzerinde Bloch-Floquet teorisi kullanılarak durdurma bandı analizi yapılmıştır. Bir ve iki lokal kütle bağlanmış doğrusal ve doğrusal olmayan hücreler ayrı ayrı çalışılmıştır. Tekil hücrenin davranışı analiz edildikten sonra çalışma doğrusal-olmayan sonlu yapı üzerinde genişletilmiştir. Daha sonrasında araşatırmalar kütle korunumlu kiriş tipi metayapının birincil modundaki titreşimlerin sönümlenmesi üzerine odaklanmıştır. Kütle korunumlu yaklaşım, rezonatörlere tahsis edilmiş kütlenin taban kirişinin kütlesinden azaltılması manasına gelmektedir. Böylece, herhangi bir ilave kütle eklenmeksizin titreşim azaltma kabiliyitindeki iyileşme çalışılmaktadır. Sonlu elemanlar ayrıklaştırması kullanılarak yapının matematiksel modeli oluşturulmuş ve Euler-Bernoulli Kiriş Teorisi varsayımları kullanılarak yapısal matrisler türetilmiştir. İlk olarak kütle korunumlu lineer metayapı üzerinde çeşitli parametrelerin titreşim azaltma performansı üzerindeki etkisi H2 ve H∞ normları ölçülerek çalışılmıştır. Ardından, daha sonra doğrusal olmayan metayapı ile karşılaştırmak üzere erişilebilecek maksimum sönümleme performansını elde etmek için lineer metayapı üzerinde optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Daha sonra, doğrusal olmayan metayapının titreşim azaltma performansı iki farklı tipte lineer olmayan element kullanılarak araştırılmıştır. Tanımlayıcı Fonksiyon Metodu doğrusal olmayan diferansiyel denklem setini, değrusal olmayan cebirsel denklem seti şeklinde ifade etmek için kullanılmıştır. Lineer olmayan frekans yanıtının lineer sistemin mod şekilleri cinsinden yazıldığı Modal Süperpozisyon Metodu, çözülecek denklemlerin sayısını azaltma amacıyla kullanılmıştır. Son olarak, doğrusal olmayan metayapı üzerinde parametre ve optimizasyon çalışmaları yapılmış ve elde edilen sonuçlar lineer metayapı ve eşit kütleli resonatörsüz temel yapı için elde edilen sonuçlarla kıyaslanmıştır.

Özet (Çeviri)

Metamaterials are artificial materials engineered to have special properties which are not possessed by natural materials. Metastructures are metamaterial-based finite structures with specified boundary conditions coupled with an array of resonators. Due to their resonant nature, metastructures can have bandgaps at very long wavelengths compared to their lattice size. Previous studies have shown that this phenomenon arises as dynamic effective mass becomes negative around a local resonance frequency interval which is called as stopband region. If excitation frequency is within this range, due to the negative dynamic effective mass of the structure, local resonators accelerate in the reverse direction of the forcing and start to create opposing shear forces to straighten the metastructure beam. Therefore, locally resonant metastructures can be utilized to attenuate vibrations at low frequencies. In the literature, several types of base structures such as bars, beams, membranes, plates, etc. were examined from the vibration suppression perspective by using linear models. However, beam-type metastructure with nonlinear attachments is investigated very little. In this dissertation, vibration absorption capability of a metastructure beam with nonlinear inserts is investigated. First, bandgap analysis is performed on the single cell of an infinitely long structure by using Bloch-Floquet Theory. Linear and nonlinear cells endowed with one and two resonators are studied separately. Once the behavior of the single cell is analyzed, then studies are extended on the finite metastructure beam with nonlinear attachments. Next, examinations are focused on the fundamental mode vibration mitigation performance of a mass-conserved metastructure beam. Conserved-mass approach implies that mass dedicated to resonators are reduced from the mass of the base beam. Thus, improvement in vibration reduction capability is studied without adding any additional mass. Mathematical model of the structure is constructed by using finite element discretization, and structural matrices are derived based on assumptions of Euler-Bernoulli Beam Theory. Initial studies are performed on mass-conserved linear metastructure to identify the influence of various parameters on the vibration mitigation performance quantified by H2 and H∞ norms. Then, optimization studies are carried on linear metastructure to obtain maximum attainable performance later to compare with nonlinear metastructure performance. Next, vibration absorption performance of the nonlinear metastructure is investigated for two types of nonlinear elements -cubic stiffness and dry friction-. Describing Function Method (DFM) is utilized to represent the nonlinear differential equations of motion as a set of nonlinear algebraic equations which is solved by using arc-length continuation method. Modal Superposition Method (MSM) in which the nonlinear response is written in terms of the mode shapes of the linear system is employed to decrease the number of nonlinear equations to be solved. Finally, parameter and optimization studies are performed on nonlinear metastructure, and results are compared with linear metastructure and equally weighted base beam without any attachments.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    992789

    Afet zararlarının azaltılması kapsamında 1976 yılı öncesi betonarme yapıların harman tuğla yığma duvarlarla güçlendirilmesi ve deprem performans analizi

    Seismic performance analysis and strengthening of pre-1976 reinforced concrete buildings using brick masonry walls within the scope of disaster risk reduction

    İSMAİL CAN ULUSOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Afet ve Acil Durum Yönetimi Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. HASAN YILDIRIM

  2. Tez No

    389373

    Comparative design of high rise RC building according to eurocode and ASCE 7-10/ ACI 318-11/ IBC 2012

    Eurocode ve ASCE 7-10 / ACI 318-11 / IBC 2012 yönetmeliklerine göre çok katlı betonarme binaların karşılaştırmalı tasarımı

    RAFAL WZİATEK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KUTLU DARILMAZ

  3. Tez No

    637217

    Structural analysis of thin/thick composite box beams using finite element method

    İnce/kalın kompozit kutu kirişlerin sonlu elemanlar yöntemi ile yapısal analizi

    BUSE TUĞÇE TEMUÇİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR

  4. Tez No

    866216

    Design of additively manufactured hybrid structural brackets via topology optimization

    Topoloji optimizasyonu ile eklemeli imalata uygun hibrit yapısal braketlerin tasarımı

    CENGİZ KÖSEOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MESUT KIRCA

  5. Tez No

    947274

    Experimental study of substandard RC frames enhanced with tube-in-tube buckling-restrained braces

    Burkulmasi önlenmiş tüp içinde tüp çaprazlar ile iyileştirilmiş standart alti betonarme çerçevelerin deneysel çalişmasi

    EMİNE EVRİM OYGUÇ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDUL HAYIR

Geri Dön