Applying theory, FEA, DEM, and FEA-DEM coupling toınvestigate bulk material flow effects on silo transportationsystems: power consumption optimization and componentselection
Teori, FEA, DEM, VE FEA-DEM birleştirmesininuygulanmasiyla yiğin malzeme akişi davranişinin silotaşima sistemlerine etkisinin incelenmesi: Enerjitüketimi optimizasyonu ve bileşen seçimi
- Tez No: 995395
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN AKILLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Endüstri Ürünleri Tasarımı, Mechanical Engineering, Engineering Sciences, Industrial Design
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, dökme malzeme taşıma sistemlerinden zincirli konveyörler ve kovalı elevatörlerin optimizasyonu,; Sonlu Elemanlar Analizi (SEA), Ayrık Elemanlar Yöntemi (AEY) ve bu yöntemlerin birlikte kullanıldığı sayısal analizler aracılığıyla detaylı bir şekilde incelenmiştir. Çalışmanın amacı, yapısal bütünlük ve operasyonel güvenilirliği koruyarak güç tüketimi ve sistem bileşenlerinin kütlesinin en aza indirilmesi olarak seçilmiştir. Zincir gerilmesi, dökme malzemelere ait sürtünme kuvvetleri ve çalışma koşullarında meydana gelen dinamik yükler gibi işletme kuvvetleri, analitik yaklaşımlar ve literatürde önerilen referans hesap yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu hesaplamalar, ileri düzey sayısal simülasyonlar ile doğrulanmıştır. Gerilme dağılımları ve şekil değiştirmelerin değerlendirilmesi amacıyla ANSYS yazılımı kullanılarak Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) gerçekleştirilmiş; parçacık–bileşen etkileşimleri ile akış davranışının modellenmesi amacıyla Ayrık Elemanlar Yöntemine (AEY) dayalı Rocky paket programı kullanılmıştır. AEY tabanlı yük verilerinin SEA modeline entegre edilmesiyle, gerçek işletme koşullarını ve malzeme akışının yapısal bileşenler üzerindeki etkilerini temsil eden bütünleşik bir sayısal analiz ortamı oluşturulmuştur. Optimizasyon süreci; topoloji, malzeme ve operasyon olmak üzere üç ana başlık altında yürütülmüştür. Güvenlik katsayıları korunarak ANSYS Discovery ortamında gerçekleştirilen topoloji optimizasyonu sonucunda, zincir ve sıyırıcı bileşenlerinde yaklaşık %50, elevatör kovasında ise yaklaşık %30 oranında kütle azalımı sağlanmıştır. Ashby yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen malzeme seçimi sonucunda, sıyırıcılar ve kovalar için Yüksek Molekül Ağırlıklı Poliamid 66 (PA66)'yı HDPE'ye kıyasla üstün bir alternatif olduğu belirlenmiş olup konveyörlerde sürtünme kayıplarını en aza indirebilmek adına Elmas Benzeri Karbon (DLC) kaplamalar ve UHMWPE laminatlar kullanılmıştır. Kova elevatörde ise kova hızı ve kova aralıklarının ayarlanması, mekanik yükü artırmadan dolum verimliliğini 0.442'den 0.7–0.8'e yükseltmiştir. Bu optimizasyon yaklaşımlarının bütünleşik olarak uygulanması sonucunda sistem performansı önemli ölçüde iyileştirilmiştir. 80 ton/saat kapasiteli sıyırıcı konveyörde güç talebi %61 oranında düşürülmüş (1,80 kW'dan 1,09 kW'a) ve 100 ton/saat kapasiteli kova elevatörde güç tüketimi yalnızca malzeme ağırlığına bağlı olarak %0,3 oranında azalmıştır (17,88 kW'dan 17,83 kW'a).
Özet (Çeviri)
This Thesis presents a comprehensive investigation into the optimization of bulk material handling systems, specifically chain conveyors and bucket elevators, through applying Finite Element Analysis (FEA), Discrete Element Method (DEM), and FEA–DEM coupling. It aims to minimize power consumption and component mass while maintaining structural quality and operational reliability. Analytical and reference-based calculations were used to identify operational forces, including chain tension, bulk material friction, and dynamic loads during working conditions. These were validated through advanced numerical simulations. FEA was performed to evaluate stress distributions and deformation, while DEM simulations modeled particle, component interactions, and flow behavior. The coupling of DEM-derived load data into FEA created a numerical environment like operational conditions and granular flow effects. The optimization process was conducted in three main areas: topology, materials, and operation. Topology optimization achieved a 50% mass reduction in the chain and scraper and a 30% reduction in the elevator bucket while taking into account safety factors. Material selection, performed via the Ashby method, identified Polyamide 66 (PA66) as a better alternative to High-Density Polyethylene (HDPE) for scrapers and buckets. For conveyor, the use of Diamond-Like Carbon (DLC) as coatings and Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) as laminates decreases frictional losses. For the bucket elevator, adjusting bucket speed and spacing improved filling efficiency from 0.442 to 0.7–0.8 without increasing mechanical load. The combined implementation of these strategies led to performance improvements. Power demand was reduced by 40% in the 80 ton/h scraper conveyor (from 1.80 kW to 1.09 kW) and by 0.3 % in the 100 ton/h bucket elevator (from 17.88 kW to 17.83 kW) since it depends only on material weight.
Benzer Tezler
- NiMn,NiMnP+ ve CrFe alaşım ince filmlerinde elektron spin rezonans (ESR) ve direnç ölçümleri
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIRHAN ÖNER
- The preparation of Au/Zn-nanoparticle-doped PVA/n- SiC (MPS) structures and the investigation of their electrical and dielectric properties as function of frequency and temperature using impedance spectroscopy method
Au/Zn-nanoparçacıkla-katkılı PVA/n- SiC (MPS) yapıların hazırlanması ve elektrik ile dielektrik özelliklerinin empedans spektroskopi metodu kullanılarak frekans ve sıcaklığa bağlı incelenmesi
MOHAMMAD HUSSEIN ALI AL DHAROB
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KÖKCE
- Electric and magneto-transport properties of magnetic and superconductive iron pnictide and skutterudite compounds
Magnetik ve süperiletken demir pniktid ve skutterudit bileşiklerinin elektrik ve magneto-transport özellikleri
MURAT SERTKOL
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIRHAN ÖNER
- Metal iyonlarının 1, 10-ferontrolin ile kompleks oluşturarak kopiler elektroforez yöntemi ile ayrılması ve tayini
Başlık çevirisi yok
AKIN ŞENEL
- Optimization of fragmentation behaviour of brittle phase in a ductile matrix during mechanical alloying for the production of nano composite powders and final products
Mekanik alaşımlama sırasında gevrek fazın sünek matris içerisindeki ufalanma davranışlarının optimize edilmesi ve nano kompozit tozu nihai ürün üretimi
AYDIN ŞELTE
Doktora
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL