Geri Dön

Hassas elektronik donanım titreşim yalıtımı için eklemeli imalat ile üretilmiş izolatör tasarımı ve dinamik performansının incelenmesi

Design an isolator manufactured with additive manufacturing for vibration isolation of sensitive electronic equipment and dynamic performance analysis

PDF İndir

  1. Tez No: 988416
  2. Yazar: BURAK ELİTOK
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET BAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ostim Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekanik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Hassas elektronik donanımların, maruz kaldıkları dinamik yükler ve çevresel titreşimler altında operasyonel stabilite ve yapısal bütünlüklerini korumaları, görev kritik uygulamalarda hayati bir rol oynamaktadır. Bu yüksek lisans tezi, söz konusu hassas sistemlerin titreşim yalıtımını sağlamak amacıyla, Eklemeli İmalat (Eİ) teknolojilerinin sunduğu tasarım serbestisinden ve hızlı prototipleme kabiliyetinden faydalanarak geliştirilen polimer bazlı bir izolatörün tasarım metodolojisini, çok aşamalı dinamik performans analizini ve deneysel validasyonunu kapsamlı bir şekilde sunmayı hedeflemektedir. Çalışmanın odağında, üstün enerji sönümleme (damping) kabiliyeti ve esnek yapısı ile öne çıkan Termoplastik Poliüretan (TPU95A) malzeme bulunmaktadır. Bu malzeme kullanılarak, pasif yalıtım performansını maksimize etmeyi hedefleyen özgün bir izolatör geometrisi tasarlanmıştır. Tezin metodolojik çatısı, nümerik simülasyonları, analitik modellemeyi ve deneysel doğrulamayı içeren üç temel sacayağı üzerine inşa edilmiştir. Birinci ve en kapsamlı aşamada, tasarlanan izolatörün karmaşık geometrisini ve malzeme özelliklerini yüksek sadakatle temsil eden bir Sonlu Elemanlar Modeli (SEM) tesis edilmiştir. Bu model aracılığıyla, öncelikle izolatörün bileşen bazlı (tekil) dinamik davranışı analiz edilmiş; akabinde izolatörlerin hassas elektronik sistemi temsil eden bir kütleye entegre edildiği tam sistem seviyesinde modal analizler ve frekans tepki analizleri icra edilerek, sistemin zorlanmış titreşim altındaki davranışı detaylıca incelenmiştir. İkinci aşamada, Sonlu Elemanlar Analizinden (SEA) elde edilen bulguları teyit etmek ve sistem davranışına dair daha hızlı bir analitik öngörü kazanmak amacıyla, sistemin temel dinamiklerini yansıtan indirgenmiş serbestlik dereceli bir sayısal (matematiksel) model kurulmuştur. Bu model üzerinden gerçekleştirilen simülasyonlar, sistemin dinamik davranışına ve yalıtım etkinliğine dair tamamlayıcı bir perspektif sunmuştur. Metodolojinin son ve kritik aşamasını, geliştirilen nümerik ve analitik yaklaşımların validasyonunu sağlamak üzere yürütülen deneysel çalışmalar oluşturmaktadır. Bu doğrultuda, Eklemeli İmalat yöntemlerinden FDM (Fused Deposition Modeling) teknolojisi kullanılarak TPU95A malzemeden izolatör prototipleri imal edilmiştir. İmal edilen bu prototipler üzerinde, model girdilerinin doğrulanması amacıyla mekanik karakterizasyon kapsamında rijitlik (stiffness) ölçümleri yapılmış; sistemin transfer fonksiyonunu belirleyerek rezonans frekanslarını ve sönümleme karakteristiklerini tespit etmek amacıyla ise sarsıcı üzerinde Sinüs Tarama (Sine Sweep) testleri icra edilmiştir. Elde edilen deneysel test verileri ile hem Sonlu Elemanlar Modeli hem de sayısal model simülasyonlarından elde edilen sonuçlar arasında detaylı bir korelasyon analizi yapılmıştır. Bu çalışma, FDM ile üretilen TPU95A tabanlı pasif izolatörlerin tasarım sürecini ve dinamik performansını analitik, sayısal ve deneysel yöntemlerle bütüncül bir yaklaşımla ortaya koyarak, hassas ekipmanların titreşim yalıtımı alanındaki literatüre değerli bir katkı sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

The operational stability and structural integrity of sensitive electronic hardware, particularly when exposed to dynamic loads and environmental vibrations, play a vital role in mission-critical applications. This Master's thesis aims to comprehensively present the design methodology, multi-stage dynamic performance analysis, and experimental validation of a polymer-based isolator developed to provide vibration isolation for such sensitive systems. The study capitalizes on the design freedom and rapid prototyping capabilities offered by Additive Manufacturing (AM) technologies. The focus of this work is on Thermoplastic Polyurethane (TPU95A), a material distinguished by its superior energy dissipation (damping) capability and flexible nature. Utilizing this material, a novel isolator geometry was designed with the objective of maximizing passive isolation performance. The methodological framework of the thesis is built upon three main pillars: numerical simulations, analytical modeling, and experimental validation. In the first and most comprehensive stage, a Finite Element Model (FEM) was established, representing the isolator's complex geometry and material properties with high fidelity. Through this model, the component-level (singular) dynamic behavior of the isolator was first analyzed. Subsequently, system-level modal analysis and frequency response analyses were performed on the full system, where the isolators were integrated with a mass representing the sensitive electronic system. This provided a detailed investigation into the system's behavior under forced vibration. In the second stage, a reduced-degree-of-freedom numerical (mathematical) model was established, reflecting the system's fundamental dynamics. This was done to confirm the findings obtained from the Finite Element Analysis (FEA) and to gain a faster analytical prediction of the system's behavior. Simulations conducted via this model offered a complementary perspective on the system's resonance behavior and isolation effectiveness. The final and critical stage of the methodology comprised the experimental studies executed to ensure the validation of the developed numerical and analytical approaches. In this context, isolator prototypes were manufactured from TPU95A material using the Fused Deposition Modeling (FDM) Additive Manufacturing technique. On these manufactured prototypes, stiffness measurements were carried out as part of mechanical characterization to validate the model inputs. Furthermore, Sine Sweep tests were performed on a shaker table to determine the system's transfer function, thereby identifying its resonance frequencies and damping characteristics. A detailed correlation analysis was conducted between the experimental test data and the results obtained from both the Finite Element Model and the numerical model simulations. By presenting the design process and dynamic performance of FDM-manufactured TPU95A-based passive isolators through a holistic approach encompassing analytical, numerical, and experimental methods, this study makes a valuable contribution to the literature on vibration isolation for sensitive equipment.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    104123

    Yapılarda taban izalasyonu sistemleri

    Base isolation systems of structures

    ÖZGÜR ÜNAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ANTONİO TRUPİA

  2. Tez No

    854366

    A review of FFT algorithms and a real-time algorithm development for airborne vibration testing applications

    FFT algoritmalarının incelenmesi ve uçuşta titreşim testi uygulamaları için gerçek zamanlı algoritma geliştirilmesi

    OSMAN BİRKAN ÖZSEVEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA HELVACI

  3. Tez No

    919079

    Artificial neural network based electrical machine fault classification on FPGA

    FPGA üzerinde yapay sinir ağı tabanlı elektrık makinesiarıza sınıflandırması

    MERT YAŞAR AYDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN

  4. Tez No

    304602

    Video işleme yöntemi ile hassas yerdeğişimi tespiti

    Precise displacement measurement using video processing tecnique

    VEYSEL GÖKHAN BÖCEKÇİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolMarmara Üniversitesi

    Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK VAROL

  5. Tez No

    724540

    FPGA implementation of IEEE 1588 precision time protocol for avionics systems

    Aviyonik sistemler için IEEE 1588 hassas zaman protokolünün FPGA uygulaması

    MUHAMMED EMİN YABACIOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN

    DR. İBRAHİM HÖKELEK

Geri Dön