Search

Fiber-reinforced polymer composites are well-studied and established products, and today they are being used in different industrial and non-industrial areas. However, the increased interest in recyclability and the concerns about climate change caused materials scientists to look for a non-petroleum-based alternative to synthetic fibers and polymers. Since the beginning of this century, natural fibers and biopolymers have attracted increasing interest each year for composite applications. Thanks to this interest, studies on natural fibers and biopolymers have increased significantly. Despite the high number of studies on natural fibers and natural fiber-reinforced polymers (NFRP), there are gaps in the literature. This work reviews studies on natural fibers, biopolymers, and biocomposites with their advantages, disadvantages, and limitations. Studies that focus on the ways to reduce or eliminate these disadvantages and limitations have also been looked at. Also, current challenges and future perspectives for natural fibers, biopolymers, and NFRPs have been discussed.

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016, Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016, Sandviç yapılar, katmanlı iki ince yüzey arasına hafif ve daha kalın bir çekirdek malzemenin tutturulmasıyla üretilen bir kompozit malzeme türüdür. Çekirdek malzemenin dayanımı yüzeylerin malzeme özelliğine göre çok daha düşüktür. Oluşturulan yeni malzeme türü çok sağlam ve eğilmeye karşı çok dirençli olur. Sandviç yapılar, havacılık-uzay, savunma ve denizcilik endüstrisinde çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Tasarım süreci, geometrik gereklilikler ve ağırlığın optimize edilmesi gibi nedenlerle sandviç veya katmanlı kompozit komponentlerin bazı durumlarda değişken kalınlığa, bazen de sabit kalınlığa sahip olması gerekebilir. Değişen kalınlık etkisinin lineer olarak sivrilme şeklinde verilmesi yaygın bir uygulama olarak komponentler için yeterli olabilir. Daha dayanıklı sandviç yapılar tasarlamanın kritik noktalarından biri, bu yapılar çeşitli tipteki anlık dinamik yüklemelere maruzken verdikleri dinamik cevapları doğru tahmin etmektir. Patlama ile oluşan anlık basınca sahip hava yükleri, süpersonik ve hipersonik uçuşlarda gerçekleşen türbülans, sonik patlama ve şok dalgaları nedeniyle oluşur. Hava-uzay yapıları, şok dalgaları yaratan sonik patlama hadisesine uçakların, uzaya çıkan araçların, roketlerin ve füzelerin atmosferde uçuş sırasında ses hızına ulaşıp geçmesi neticesinde maruz kalır. Bununla birlikte, bir infilak neticesinde açığa çıkan ani enerji yayılımı patlamaya neden olur. Bomba gibi kimyasal patlayıcılar, nükleer kaza ve bombalar, yakıt patlamaları gibi etkiler, anlık basınç ile oluşan ve aşırı basınca neden olan patlamalara örnektir. Bu çalışmada, zamana bağlı basınç darbesi yüklerine maruz, kalınlığı değişen kompozit sandviç plakların lineer olmayan dinamik davranışı analitik ve deneysel model ile sonlu elemanlar metodu kullanılarak incelenmiştir. Kalınlığı değişen plak, kalınlıkça lineer olarak sivrilmiş şekilde tanımlanmış ve bu plak tasarımı, basıncın dinamik etkisi olarak patlama ile oluşan anlık basınç yüklemesine maruz bırakılmıştır. Sivrilen sandviç plak, bal peteği yapısına sahip çekirdeğe ve katmanlı kompozit sandviç yüzeylere sahiptir. Çalışmanın ilk kısmında, kalınlıkça sivrilmenin bal peteği yapısı ve katmanlı hibrid kompozit yüzeylerin ikisinde de birlikte olduğu dört kenarı da basit mesnetli bir sandviç plak tasarımına ait sonuçlar elde edilmiştir. İkinci kısımda, deneysel çalışmalar ile elde edilen sonuçları da kapsayacak şekilde, kalınlıkça sivrilmenin sadece bal peteği yapısında olduğu ve sabit kalınlığa sahip katmanlı kompozit yüzeyler içeren dört kenarı da ankastre olan imal edilmiş bir sandviç plağa ait sonuçlar karşılaştırılmıştır. Üretilen sandviç plak için kalınlıkça sivrilmenin bal peteği yapısı yanında, sanki katmanlı kompozit yüzeylerde de olduğu kabulü yapılarak, bu tip bütünüyle sivrilen sandviç plaklar için de ankastre sınır koşulları için sonuçlar elde edilmiştir. Kullanılan teorik yöntem, büyük yer değiştirme etkilerini hesaba katacak şekilde geometrik açıdan lineer olmama etkilerini, düzlem içi katılık ve ataletleri ile kayma deformasyonu içeren bir sandviç plak teorisine dayanır. Geometrik olarak lineer olmama etkileri, plaklar için kullanılan von Kármán büyük yer değiştirme teorisi kullanılarak yönteme dahil edilmiştir. Literatürde bulunan, bir katmanlı yüzeylere sahip sabit kalınlıkta bir sandviç plağa uygulanabilen sandviç plak teorisi geliştirilerek kalınlıkça sivrilen ve çok katmanlı yüzeylere sahip sandviç plakların analizinde kullanılabilecek bir teori haline getirilmiştir. Plak için gerekli hareket denklemleri virtüel iş prensibi kullanılarak türetilmiştir. Uzay bölgesi için yaklaşık çözüm fonksiyonları kabul edilmiş ve hareket denklemleri içine eklenmiştir. Bunun için yaklaşık çözüm tekniği olan Galerkin metodu kullanılmıştır. Daha sonra, zaman bölgesinde lineer olmayan diferansiyel denklemleri elde edilmiştir. Lineer olmayan bağlaşık denklem sisteminin çözümü için sonlu farklar yöntemine başvurulmuştur. Bu işlemler sonunda hareket denklemleri, lineer denklem sistemlerinin çözümü için kullanılan yöntemlerden biri olan LU ayrıştırma ile kolaylıkla çözülebilen lineer bir forma dönüştürülmüş olur. Daha sonra plak üzerinde belirlenmiş noktalardaki yer değiştirme-zaman ve birim uzama-zaman grafikleri basit mesnetli ve ankastre sınır koşulları için elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar, sonlu elemanlar yöntemini kullanan ticari bir program olan ANSYS ile ve deneysel yöntemle elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Basit mesnetli sınır koşullarına sahip sivrilen plağın dinamik davranışına, farklı sivrilme açılarının ve katman diziliminde fiber yönelim açılarının etkisi de ayrıca araştırılmıştır. Sonlu elemanlar çözümü için dört kenarı basit mesnetli ve ankastre olarak ayrı ayrı tanımlı iki sivrilen plak, 28x28 sekiz düğüm noktalı katmanlı kabuk elemanlara bölünmüştür. Shell281 olarak tanımlanan bu eleman, geometrik yönden lineer olmama kapasitesine sahiptir ve her düğüm noktasında altı serbestlik derecesi mevcuttur. Üç serbestlik derecesi yer değiştirme, üç serbestlik derecesi de dönme için kullanılır. Shell 281 kabuk elemanları, genel anlamda sadece düzlemsel elemanlar olarak tanımlanmaz, aynı zamanda bu elemanlar uzaysal olarak üç boyutlu elemanlardır. Kabuk sonlu elemanlar, eğilmeyle sonuçlanmış bir yüklemeye maruz ince ve kalın kabuk ile plak yapıların sonlu elemanlar modellenmesinde yaygın olarak kullanılırlar. Bu çalışmada, plak sonlu elemanlar modellenmesinde kullanılan 784 eleman sayısı tatmin edici bir miktardır ve ağ oluşturma için yapılan hassasiyet analizi sonucunda elde edilmiştir. Sandviç yapının her bir yüzeyinin katmanları ve çekirdek yapı, ayrı ayrı birer tabaka olarak tanımlanmış ve birbirine mükemmel şekilde yapıştırılmış olarak kabul edilmiştir. Sonlu elemanlar analizi sadece, tamamı sivrilen sandviç plak olarak tanımlanan, çekirdeğin ve sandviç yüzeylerin kalınlıklarının birlikte lineer değiştiği basit mesnetli ve ankastre plaklar için yapılmıştır. Bunun nedeni, kabuk elemanlarla yapılan sonlu elemanlar modellemesinde programın, tanımlanmış ve daha sonra plağa atanmış sivrilme fonksiyonunu, tüm katmanlar için aynı anda sadece tek bir fonksiyon şeklinde tanımlayabilme imkanı vermesidir. Deneysel çalışmaların içeriği, kalınlıkça sivrilen bir sandviç plak üretimini, üretilen sandviç plağın bileşenlerinin malzeme özelliklerinin belirlenmesini ve nihayetinde anlık basınç oluşturabilen iki aşamalı bir patlama testi ortamının yaratılmasını kapsar. Katmanlı karbon-epoksi sandviç yüzeylerin malzeme özelliklerinin belirlenmesi için kuponlar üzerinde yoğunluk, çekme ve kayma testleri yapılmıştır. Çekirdek kısmın malzeme özelliklerinin bir kısmı literatürden alınarak, diğer kısmı da çeşitli hesaplamalar yapılarak elde edilmiştir. Patlama testinin birinci aşamasında, gerçek sivrilen sandviç plak yerine pleksiglas bir model plak patlama sonucu oluşan anlık basınca maruz bırakılarak, sandviç plak ile aynı yüzeysel boyutlara sahip bir alandaki basınç dağılımı belirlenen noktalarda basınç sensörleri ile yapılan ölçümler sonucu elde edilir. Basınç ölçümleri bittikten sonra model plak sökülür ve üzerinde çeşitli noktalara birim uzama ölçer ve ivme ölçer yapıştırılmış üretilen sandviç plak sisteme monte edilir ve patlama testleri birçok kez tekrarlanarak gerçekleştirilir. Basınç, birim uzama ve ivme verileri, veri toplama cihazları yardımıyla bilgisayar hafızasına kaydedilir. Elde edilen ivme dataları, deneysel olarak elde edilmiş yer değiştirme-zaman grafiklerine dönüştürülür. Bu çalışmada kullanılan iki aşamalı deneysel modelin, benzer deney metotlarına göre deney zamanını ve maliyetini azaltıcı etkisi olabilir. Öncelikle, plak ile membran arasındaki uzaklık, membran sayısına bağlı olan patlama basıncı ve plak boyutları değişmiyorsa, model plak ile basınç ölçümü yapmak yeterlidir. İkinci aşama patlama testi, sadece birim uzama ve ivme ölçümü özelinde, farklı katman dizilimlerine, fiber açılarına yada değişik malzeme özelliklerine sahip birçok kompozit plağa hızlıca seri bir şekilde yapılabilir. Kullanılan basınç sensörleri, delik açma yoluyla montajlanan, maliyeti düşük ve patlama etkisi ile zarar görmesi çok düşük ihtimal olan sensörlerdendir. Bu çalışmada kullanılan, patlama etkisi yaratmak için yüksek basınç bölgesi oluşturan poliyester film membranlar, kullanımı çok pratik, test için hazırlama evresi çok kısa ve çok ucuz olduklarından, deney yöntemine kattıkları süre ve maliyet avantajı yadsınamaz bir gerçektir. Sadece basit mesnetli sivrilen sandviç plak için teorik ve sonlu elemanlar yöntemi sonuçları arasında değil, ayrıca ankastre sivrilen sandviç plak için deneysel, teorik ve sonlu elemanlar yöntemi sonuçları arasında da iyi bir uyum olduğu gözlenmiştir. Kullanılan kapalı çözüm yöntemi, ANSYS çözüm süresi ile karşılaştırıldığında, çok daha az çözüm zamanı harcamıştır. Ayrıca, sadece çekirdek katmanının sivrildiği kalınlıkça sivrilen plak tipi, teorik yöntem ile çözülebilirken, ANSYS kabuk elemanlarla sonlu elemanlar modellenmesi dahi yapılamamaktadır. Bu tip plağın üç boyutlu model üzerinden sonlu elemanlarla modellenmesi, sadece çözüm zamanını çok daha arttırmakla kalmaz, aynı zamanda modelleme süresini de birkaç kat arttırır. Problemin deneysel çalışmalarıysa, uzun zaman gerektiren zahmetli bir işlem gibi gözükse de, teorik ve sonlu elemanlar yöntemlerinin doğrulanması adına fazlasıyla gerekli görülmüştür. Bununla birlikte, teorik sonuçlar ilk aşamada testle doğrulandıktan sonra, arzu edilen diğer plaklar üzerinde hızlıca çözümler elde edilebilir. Çünkü, teorik kapalı çözüm, bir plağın tasarım parametrelerinin hızlıca değiştirilebileceği şekilde nümerik parametrik bir FORTRAN bilgisayar programı şeklinde kodlanmıştır. Kullanılan teorik yönteme dayalı program, bu çalışmanın başlangıcı sayılabilecek geçmiş kalınlıkça sivrilen katmanlı kompozit plak çalışmalarını da dahil ederek, kalınlıkça lineer sivrilen sandviç ve katmanlı kompozit plakların ön tasarım evresinde kullanılabilir. Yöntemin, çok katmanlı kompozit yüzeylere sahip kalınlıkça sivrilen sandviç plakların lineer olmayan dinamik davranışının tahmin edilmesindeki kabiliyeti yüksektir. Bu çalışmada, kalınlık değişimi koordinat ekseninin lineer bir fonksiyonu olarak tanımlansa da, kalınlık değişimi farklılaştırılarak ikinci yada üçüncü dereceden fonksiyonlar olarak da tanımlanabilirdi. Oluşturulan parametrik programa bu fonksiyonların da dahil edilmesi kalınlığı değişen kompozit plakların hızlı ön tasarım seçeneklerini genişletecektir. Deneysel olarak elde edilen basınç dağılımı sonuçlarını da hesaba katarak, patlama sonucu sivrilen plak üzerinde basıncın üniform dağılım gösterdiği kabul edilmiştir. Kalınlıkça sivrilen sandviç plaklar, üniform olmayan basınç dağılımı etkisi altında daha fonksiyonel olabilir. Plağın daha kalın bölümünün daha yüksek basınç değerlerine maruz kalırken, daha ince bölümünün daha düşük basınç değerlerine maruz kaldığı bir basınç dağılımının etkisi altındaki bir plak davranışı incelenebilir., A sandwich structure is a class of composite material which is manufactured by attaching two thin laminated stiff faces to a core which is lighter and less stiff. Sandwich structures have a wide application area in aerospace, defence and marine industry. Sandwich and laminated composite components such as panels can have variable thickness in some cases while the others have constant thickness according to design, geometric necessities and minimum weight requirements. A tapered effect in thickness can be sometimes sufficient to obtain the variable thickness. The crucial point to design more durable sandwich structures is predicting dynamic responses of them when they are subjected to various types of transient dynamics loadings. This study focuses on the sandwich structure as a plate and the transient dynamic load as explosive air blast waves. Air blast loads occur on supersonic and hypersonic flights due to turbulences, sonic boom and shock waves. Sonic boom is a phenomenon and aerospace structures are subjected to sonic booms that cause shock waves while aircrafts, rockets and missiles reach and pass the speed of sound on flights. On the other hand, an explosion is another phenomenon which is the result of a rapid release of energy because of an explosive event. Chemical explosions like bombs, nuclear explosions, fuel explosions, etc. can be a blast source which causes overpressure. In this study, nonlinear dynamic behaviour of composite sandwich plates with variable thickness subjected to time dependent pressure pulse has been investigated by an analytical model, experimental model and finite element method (FEM). Tapered plate subjected to air blast loading is considered as a design model for the variable thickness and pressure pulse. The tapered sandwich plate has a honeycomb core and laminated composite face sheets. In the first part of study, the tapering thickness is varying for both sandwich core and face sheets together in case of simply supported boundary conditions for all edges. Moreover, a tapered sandwich plate which has a thickness varying for only sandwich core, is analysed for clamped boundary conditions for all edges to include the experimental model into the second part of study. Clamped sandwich plate with both tapered sandwich core and tapered face sheets is also considered. The theoretical method is based on a sandwich plate theory including the large deformation effects, such as geometric nonlinearities, in-plane stiffness and inertias, and shear deformation. The geometric nonlinearity effects are taken into account by using the von Kármán large deflection theory of thin plates. The classical sandwich plate theory for plates with constant thickness which have one-layered face sheets found in the literature is developed to analyse the tapered sandwich plates with multi-layered face sheets. The equations of motion for the plate are derived by the use of the virtual work principle. Approximate solution functions are assumed for the space domain and substituted into the equations of motion. The Galerkin method is used to obtain the nonlinear differential equations in the time domain. The finite difference method is applied to solve the system of coupled nonlinear equations. Finally, the equations of motion are reduced into a form that can be easily solved by one of the methods for solution of linear equation systems such as LU decomposition. The displacement-time and strain-time histories are obtained on certain points through the tapered direction. Then, the results obtained by using the present method are compared with the ones obtained by using a commercial finite element package ANSYS and the experimental method. The effects of taper ratio, the stacking sequence and the fiber orientation angle on the dynamic responses of the tapered sandwich plates are also investigated for the simply supported boundary condition. The simply supported and clamped tapered plates are discretized using 28x28 eight nodded layered shell elements (Shell281) which have the geometric nonlinearity capability for the FEM. Shell 281 has six degrees of freedom which are at each node. Three degrees of freedom is in translation while three is in rotation. These types of shell elements are not only typically described as geometrically planar elements, but also they are spatially 3D elements. Shell elements are very used to model thin and thick shell and plate structures which are subjected to bending. The total number of elements, 784 is satisfactory and is chosen as based on the mesh sensitivity analysis. The individual laminas (laminated faces and core) are assumed to be perfectly bonded in the finite element model. Finite element analysis is examined for only tapered sandwich plate that has both a tapering core and tapered faces because of the restrictions of defining the tapering function in FEM. The experimental studies contain manufacturing a tapered sandwich plate, determining mechanical properties of the constituents and finally simulating an environment of the blast effect with a two stage procedure. At first, blast load tests for transient pressure measurement on a plexiglass model plate are done. Then, air blast load tests on the real tapered sandwich clamped plate are carried out for measuring strain and acceleration at certain points. Acceleration data work useful on obtaining displacement-time histories experimentally. The experimental model presented here can reduce the period of time and can be defined as low cost in comparison with conventional tests by using the mentioned two stage procedure. Polyester film membranes for bursting which are used in this study are also very practical and cheap for the blast testing. There is a good correlation between not only the results of theory and FEM for simply supported tapered sandwich plate but also the results of the experimental model and theory with FEM for the clamped tapered plate. The closed form solution presented here costs much lower computer time compared to the FEM. The experimental studies are a troublesome process anyway which have a long period of time. However, the testing process is strongly needful for the validation of the theory. The code is once validated with the test, then the theory can be carried out the desired design of plates. Because, it is very easy to change design parameters for the theory. The method present here can be used in preliminary design of sandwich and laminated plates with variable thickness. The method is very capable of predicting the nonlinear dynamic response of the tapered sandwich plate with multi-layered faces. The thickness variation is taken as a linear function of coordinate axis in this study. However, the thickness variation could be taken as the second or third degree functions of coordinate axis. The blast pressure is uniformly distributed on the tapered plate. Tapered sandwich plates could be more functional under the effect of non-uniform pressure distribution. The thicker part of the tapered plate could be subjected to higher pressure load while the thinner part is subjected to lower pressure load., Doktora, PhD

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015, Bu tez kapsamında, sabit bir hıza sahip olan vurucu cismin, polikarbonat ve akrilikten yapılmış levhalara çarptırılarak; levhaların dinamik yükler altındaki davranışı incelenmek istenmiştir. Bu darbe yükü altındaki levhaların davranışları, farklı kalınlıkta ve değişen darbe yerlerine bağlı olarak incelenmiştir. Levha kalınlıkları 1.4, 1.9 ve 2.4 mm olarak seçilmiştir. Ayrıca darbe yerleri levhanın merkezinden başlayarak 20 mm aralıklarla dış kenara doğru yapılmıştır. Yani vurucu cisim levhanın merkezine, merkezden 20 mm mesafeye ve aynı şekilde 40 mm merkezden uzaklığa olmak üzere darbe analizi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, farklı kalınlıklardaki levhalarda ve farklı darbe noktalarındaki davranışlar birbirleriyle kıyaslanmıştır. Vurucu eleman olarak 7850 kg/m3 yoğunluğa sahip olan çelik bilye kullanılmıştır ve bu malzemenin özellikleri Ansys kütüphanesinden alınmıştır. Analize başlamadan önce, ilk olarak polikarbonat ve PMMA malzemeleri ile yapılmış olan darbe çalışmaları incelenmiştir ve bu yönde malzemeleri modelleyip çalışma yapılmıştır. Bu çarpışma çalışması için “Lagrange” methodunu kullanarak analiz yapılması uygun görülmüştür. Ayrıca sünek malzemeler için daha çok kullanılan von Mises akma kriterine gore polikarbonat modellenmiştir. Fakat PMMA sünek deformasyonun yanı sıra oda koşullarında gevrek kopma gibi bir özellik gösterdiğinden Ansys kütüphanesinde malzemenin failure kriterlerini atarken bu gevreklik özelliğine uyum gösteren ‘the Drucker – Prager’ malzeme modeli seçilmiştir. Polikarbonat ve PMMA hem elastik hem de plastik davranış gösteren malzeme tipleridir. Ancak bu özelliklerinin dışında ayrıca viskoelastik özelliğe de sahiptirler. Deneysel yapılan çalışmalarda anlaşılmış ki yüksek gerinim oranlarında malzemenin mukavemeti sonsuz biçimde artma göstermez. Bu sebepten ötürü, viskoz özellik ihmal edilirken yüksek gerinim oranlarında makul bir seçim yapılarak malzemenin sünekliliğini koruyaracak şekilde plastisite ve diğer failure kriterleri atanmıştır. Bu yüzden polikarbonat ve PMMA gibi polimerler bilgisayar üzerinde analiz programı kullanırken, örneğin Abaqus, Autodyn gibi, yalnızca elasto-plastik davranışlarına bağlı olarak malzeme modellemesi yapıldığı literatürde görülmüştür. Aynı şekilde bu çalışmada da viskoz özellik ihmal edilmiştir. Polikarbonat ve PMMA’dan yapılmış levhalar 90x90 mm boyutlarında kare plaka olarak tasarlanmıştır. Farklı kalınlıklarda üretilmiş bu levhalara çelik bilye 140 m/s hızla fırlatılmıştır. Polikarbonat ve PMMA malzemelerinden yapılmış olan tüm farklı kalınlıktaki levhalarda ve aynı zamanda üç farklı darbe noktasında yalnızca 140 m/s hızında çelik bilye fırlatılmıştır. Yani bu hız değeri tüm analizlerde sabit kalmıştır. Darbe noktaları levhanın merkezi, 20 ve 40 mm merkezden uzaklıkta olacak şekilde ayarlanmıştır. Kullanılan levhalar dört kenardan ankastre olarak mesnetlenmiştir. Fırlatılan çelik bilyenin çapı 6.98 mm kadardır. Çeliğin yoğunluk değerinden faydalanılarak kütlesi 0.00139 kg olarak bulunmuştur. Bu bilgiler ışığında cismimizin kinetik enerjisi 13.693 joule olarak hesaplanmıştır. Yerçekimi dikkate alınmadığından, levhalarla ve çarpan çelik bilye arasındaki ilk mesafe sonuca etki etmeyeceği düşünülmüştür. Malzeme özellikleri atanırken polikarbonat için “Bilinear Kinematic Hardening” plastisite özelliği seçilmiştir. Buna ilaveten polikarbonat sünek bir malzeme olduğundan dolayı failure kriteri olarak “plastic strain failure” seçilmiştir. PMMA malzemesini modellerken ise, bu malzeme oda koşullarında gevrek kopma ve sünek deformasyon gösterdiği için iki farklı failure kriteri kombin yapılarak modellenmiştir. Bu kriterler “tensile failure” ve “ductile failure” şeklindedir. Bu tez çalışmasında, maksimum von Mises gerilimi, soğurulan enerji, maksimum deformasyon, maksimum plastik gerinim ve maksimum shear gerilmeleri bulunmuştur. Daha sonra bu sonuçlar farklı kalınlıklarda ve değişen darbe yerlerinde birbiriyle kıyas edilmiştir. Hem polikarbonat hem de PMMA malzemelerinden yapılmış levhalarda, levha kalınlığı arttıkça beklenildiği üzere soğurulan enerjinin de arttığı görülmüştür. 1.9 ve 2.4 mm kalınlıktaki polikarbonat levhalarda parçalanmanın görülmediği, yalnızca plastik deformasyonun meydana geldiği ancak PMMA ile yapılan çalışmalarda tüm kalınlıklarda çelik bilyenin levhayı parçalayıp geçtiği görüldü. Bu sonuç beklenen bir durumdu çünkü PMMA’nın darbe dayanımı polikarbonata göre daha düşüktür. Bu yüzden polikarbonat levhaların birçoğunda parçalanmanın meydana gelmemesi daha muhtemeldir. Aynı şekilde birçok farklı kalınlıktaki polikarbonat levhaların hemen hemen hiçbirinde parçalanma olayı meydana gelmediği analizler sonucunda kolaylıkla görülmüştür. Bu yüzdendir ki soğurulan enerji tüm kalınlıklarda polikarbonat levhalarda daha yüksek mertebelerdedir. Bu durumdan da anlaşılıyor ki, PMMA levhalarda kinetik enerji iç enerjiye tam olarak dönüşmemiş olduğu anlaşılmıştır. Bu yüzden de parçalanma olayı meydana gelmektedir. Bunun haricinde her iki malzeme tipindeki levhalarda plastik gerinim değeri levha kalınlığı arttıkça azalmıştır. Bu durum beklenen bir olaydır. Çünkü levhanın kalınlığı arttıkça daha mukavemetli bir hal alacaktır ve deforme olması daha zor olacaktır. Diğer yandan ankastre kenara yaklaştıkça her iki levhada gerilme değerleri yüksek çıkmıştır ki bu da beklenen bir durumdur. Bu çalışmada sonuç olarak, genel olarak farklı kalınlık ve darbe yerlerine bağlı olarak plastik deformasyon ve parçalanma olayları gözlemlenmiştir. Yapılan tüm çalışmalarda gözlemlenildiği üzere polikarbonat malzemesinin PMMA malzemesine göre çok daha yüksek darbe dayanımı olduğu tespit edilmiştir. Aynı şekilde literatürde de yapılmış olan benzer çalışmalarda çıkan sonuçlara paralel sonuçların elde edildiği bulunmuştur. Kullanılmış olan bu iki farklı malzemenin kimyasal yapıları da incelenmiş olup, beklenilen bir sonucun alındığı gözlemlenmiştir. Malzemelerin kimyasal yapıları incelenmiş ve polikarbonat malzemesinin kimyasal bağ yapısı çok daha yüksek mertebede olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlarda yine bu duruma paralel olarak çıkmıştır. Ayrıca tez çalışmasından önce, tez kapsamında kullanılan polikarbonat malzemesi ile yapılmış olan akademik bir çalışmanın doğrulama analizi yapılmıştır. Bu doğrulama çalışması başarıyla yapıldıktan sonra tez çalışmasına geçilmiştir., In this thesis, dynamic response of exposure to a certain velocity impact of polycarbonate and polymethylemethacrylate plates were investigated depending on increasing thickness of plates and impacts at locations center of the plate, 20 and 40 mm were carried out by a spherical steel projectile using finite element and compare to each target plate behavior. First of all, it was investigated that impact events for polycarbonate and polymethylemethacrylate armor plates. It was conducted that explicit analyses later in this way. Analysis methods for impact problem are searched Lagrangian formulation is chosen for this study. Also, von Mises criteria is used for pc plates in this thesis. PMMA was assumed to obey the Drucker – Prager material model in the present study. Polycarbonate and PMMA materials are shown elastic- plastic behavior. Further, these polymer types are also shown viscoelastic behavior. However, it is realized that at extremely high strain rates, the strength of the material does not increase indefinitely. For these reasons, a reasonable choice was made to preserve the measured ductility while neglecting viscous effects at very high strain rates. That is, it was ignored viscoelastic behavior in this thesis. Thus, polymers like pc and PMMA are only modeled with elasic-plastic properties when it is used analysis program which Abaqus, Autodyn etc. Three different thickness of plate and three different impact locations are taken consideration in this study. Plate thickness was selected as 1.4, 1.9 and 2.4 mm. In addition, the plates were modeled using 90×90 mm. Thin square polycarbonate and PMMA plates was subjected to a spherical projectile impact at a velocity of 140 m/s. Subsequent impacts were made at plate center, 20 and 40 mm of the plate depending on changing plate thickness. The target plate outer edge was constrained for all degrees of freedom. A spherical steel projectile of 6.98 mm diameter was launched against the square plate and also the mass of projectile was calculated as 0.00139 kg. According to this information, kinetic energy of the projectile was computed as 13.693 joule. The distance between target plate and projectile doesn’t have any effect on the results, because gravitational force is neglected. When setting the material properties, “Bilinear Kinematic Hardening” model is used from the Ansys Library. Since polycarbonate is a ductile material, it is selected that plastic strain failure criteria for pc. PMMA is shown brittle fracture and ductile deformation at room temperature. Therefore, two failure criteria are combined which tensile failure and ductile failure during numerical modeling. Plastic strain, von Mises stresses, maximum shear stresses, deformation of plate and energy absorption histories were recorded in this study. As increasing plate thickness, energy absorption quantity is increased as predicted for both polycarbonate and PMMA plates. At 1.9 and 2.4 mm thick, there was no fragmentation for pc plates. However, it was observed that perforated event at all plate thickness for PMMA. It is expected that this phenomenon because PMMA has less impact resistance than pc material. Also, all energy absorption values are seen to be higher for pc than PMMA material at all plate thickness. That is, kinetic energy was not completely transformed into internal energy and therefore it was occurred that perforated event during impact loading for PMMA target plate. Furthermore, maximum plastic strain values were decreased while thickness of plate was increased. This situation was expected as well because resistance of plate is increased when the plate thickness is higher. On the other hand, it is occurred that higher stress values at close to fixed edge than other impact locations for both target material since square plate edges are constraint, as expected. It is observed that plastic deformation and fragmentation events with different plate thickness and impact points in this thesis. Furthermore, it was conducted that a validation analysis before thesis study. It can be said that this verification study is similar with thesis thesis. It was used that a circular polycarbonate plate. Once it was accomplished the validation analysis, it was implemented thesis study., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015, KOMPOZİT MALZEMELİ BİR ŞAFTIN OTOMOTİV UYGULAMALARI İÇİN ÜRETİMİ VE TESTİ, Automotive driveshafts are generally manufactured from steel or aluminum material and constructed in multiple pieces to avoid bending resonance. Composite materials have emerged as an alternative solution for torque tube material recently, enabling reduction to a single piece due to higher values of axial moduli. In this thesis; design, manufacture and testing of a composite driveshaft is sought, which is to replace a 2-piece metallic driveshaft on a heavy weight commercial vehicle. Carbon/Epoxy composite torque tube of the driveshaft is to be produced by filament winding, regarding fundamentals of the method are also presented. Torque tube is modelled by utilizing Classical Laminate theory in analytical domain; numerical model was developed with finite element method. Material properties obtained from the literature is used for the initial evaluation of models. Manufacturing of composite materials is a complex issue and material properties depend on many parameters. The properties of actual material may differ from catalogue values found in the literature. To address that issue, test plate production is carried out in accordance with ISO 1268. Specimens are cut from test plates and mechanical properties are determined by testing per regarding ASTM standards. End connections constitute, perhaps the most interesting and challenging issue about producing a composite driveshaft. In this particular design, end connections, which are machined from blocks of C50 material, are planned to be co-cured with filament wound carbon/epoxy shaft tube. An adhesive layer of epoxy would develop between them and its strength is investigated in order to transmit the design torque safely. In order to ensure safer transmission, hexagonal shape for the joint is chosen to provide coupling between the shaft and joint. An appropriate amount of taper is given to provide a smooth inner bore and continuous layers. Manufacturing setup consists of the mandrel body and end connections mounted on it. Masking tape is applied to cylindrical surfaces in order to preserve them and release agent is applied on all surfaces bar the connection geometry. Carbon fibers, which are impregnated with epoxy resin system, would be wound on this setup. After curing cycle, the mandrel would be removed thus leaving a composite cylinder adhered to the end connections, which is our composite driveshaft in either test rig or vehicle configuration. Some problems had been encountered on conic hexagonal connection geometry during trial windings so draping analyses of connection geometries were carried out. Conic hexagonal connection geometry has been replaced with a polygonal section. Static and fatigue testing of the prototype shafts are planned. A torsion test rig is designed to be employed on the MTS322.21 universal testing system for transforming the axial force of the system into a torque loading by the utilization of a torque arm. A prototype driveshaft has been manufactured but rig tests are yet to commence. 28 kilograms of weight saving is achieved which constitutes to 35% of the structure. Design requirements are fulfilled, except for the natural frequency which might be attributed to the lower moduli of the production material. Better planning of the filament winding process would yield a production material with better properties resulting in further weight savings and a higher natural frequency for a production shaft., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015, Bu tez çalışmasında; Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığının desteğiyle yürütülmüş olan, 529.STZ.2013-2 numaralı SAN-TEZ projesi kapsamında kompozit malzemeden üretilecek olan kompozit bir şaftın tasarımı, bilgisayar destekli analizi ve kompozit şaftın katman sıralaması konusunda bir optimizasyon çalışmasının detayları sunulmuştur. Bu proje onsekiz aylık bir döneme yayılmış olan iş paketleri altında değerlendirilmiş olup bu iş paketleri altında konsept tasarım'dan optimizasyona gerek teorik gerek analiz çalışmaları birbirleriyle kıyaslandırılarak sonuçları paylaşılmıştır. Çalışmamızda öncelikli olarak; belirli geometrik, yapısal ve üretime bağlı detaylara göre güvenlik katsayıları baz alınarak bir konsept tasarım ortaya konulmuştur. Konsept tasarım incelendiğinde mevcut yapı, bir tüp ve iki hooke bağlantı elemanından oluşmaktadır. Hooke mafsalların piyasada çeşitli standartlara göre tasarlanıp üretildiği göz önünde bulundurulduğunda, çalışmada üzerinde durulacak olan husus, kompozit bir tüpün tasarlanmasına indirgeniş olacaktır. Ancak bu durum yeni bir çalışma alt başlığını da beraberinde getirmektedir. Bu başlık ise kompozit tüp ile metal mafsal eleman arasında gerçekleşecek olan bağlantı yöntemidir. Kompozit ve Metal malzemeler arasındaki bağlantı yöntemleri gerek literatür gerek patent gerek ise çeşitli tecrübelerle elde edilmiş yöntemlerin irdelenerek üretilebilirliğe uygun ve gerekli yapısal özellikleri sağlayacak olan çalışmalar vasıtasıyla çeşitlendirilmiştir. Bu anlamda bağlantı metodu olarak bir sıkı geçme, bir de yapıştırma uygulaması üzerinde durulup sonuçlar detaylı olarak incelenmiştir. Kompozit tüp oluşturulurken öncelikle bir ilkel tasarımdan (on katman) yola çıkılarak tüpün statik durumda bir ucundan ankastre diğer ucundan tork uygulamasının yapıldığı koşul altında Tsai-Wu dayanım oranı baz alınarak, güvenlik katsayısı 2 olarak seçilerek gerekli katman sayısı elde edilmiştir. Elde edilen yapının gerek burkulma gerek ise minimum eğilme doğal frekans değerine ulaşabilmesi için, katman sayısı değiştirilmeden, üretime uygun düşük sarım açılı katmanlar ilave edilerek toplamda on beş farklı model ortaya konulmuştur. Sonrasında on beş model sonlu eleman tabanlı analiz programı Abaqus aracılığıyla modellenip analiz edilerek teorik çözümlemeyle ulaşılan değerler ile sonuçlar mukayese edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, aracında dinamik durumunda yapısal davranışında etkili olacak olan modal analizler yapılmıştır. Modal analiz hesaplamaları serbest-serbest sınır koşulları altında tamamlanmıştır. Modal analiz için verilen teorik sonuçlar ise mevcut yapı için minimum değeri veren formüle dayanmaktadır. Tez çalışmasında ayrıca kompozit tüp katman oryantasyonu ile ilgili olarak bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Optimizasyon çalışmalarında genel olarak amaç; pahalı uygulamaların maliyetini düşürmek, mekanik olarak ergonomik bir yapı elde etmek şeklinde sıralanabilir. Bizim çalışmamızda optimizayson çalışmasında hedef ise üç farklı amaca eş zamanlı olarak hizmet edecek yapının sağlanması ve böylelikle yapının beklenen yapısal davranışı göstermesidir. Yapısal optimizasyonu birçok farklı optimizasyon teorisi ile gerçekleştirmek mümkündür. Ancak yöntemlerden birçoğu istenen global değerleri sağlayamayacak ya da çözüm süresini artıracaktır. Bu tip çalışmalarda literatür araştırmaları ise teorik olarak ilgilenilebilecek başlıkların sayısını ikiye düşürmemizi sağlamaktadır. Bunlar genetik algoritma ve parçacık sürüsü optimizasyon metodlarıdır. Genetik algoritma, biyolojik tabanlı bir yöntemdir ve ilgilenilen amaç fonksiyolarının global optimum değerlere yakınsaması hususunda gerekli yaklaşımları göstermesi açısından mutasyon, crossing over gibi bazı geri besleme sağlayacak özelliklere sahip olması açısından tercih edilmektedir. Ancak, problemimizde ele alınan amaç fonksiyonunun birden fazla ve karmaşık olması sebebiyle çözüm süresini artırmaktadır. Bu sebeple çalışmamızda daha basit ve hızlı çözüm üretecek olan parçacık sürüsü optimizasyon algoritması tercih edilmiştir. Parçacık sürüsü optimizasyonu yöntemi, balık ve kuş sürülerinin beslenme davranışlarının incelenerek sayısal olarak ifade edilmesi üzerine ortaya çıkarılmış olan bir optimizasyon yöntemidir ve herhangi bir problem üzerinde uygulaması yapıldığında her bir parçacık beslenme ihtiyacını giderme amacında olan bir kuş olarak düşünülebilir. Burada ilgili parçacık amaç fonksiyonunun değerini iyileştirme amacında olan yani besine ilerlemekte olan kuş olarak düşünüldüğünde, ilgili parçacığın yön ve hız vektörleri fonsiyon değerini örneğin bir maksimizasyon probleminde her bir iterasyon sonucunda en iyi konumdaki parçacığa göre konum ve hız vektörlerini güncelleyerek en kötü konum ve hıza sahip parçacığın amaç fonksiyonunu iyileştirmek adına katkıda bulunmasını sağlamaktadır. Tez çalışmasında ilgilenin üç amaç fonksiyonu; Tsai-Wu dayanım oranı değeri, minimum eğilme doğal frekansı değeri ve burulma kaynaklı burkulma kritik tork değeri şeklindedir. Bu üç amaç fonksiyonundan eğilme doğal frekans ve burulma kaynaklı burkulma kritik tork değerlerinin hesaplandığı amaç fonksiyonları basit formüller olarak doğrudan ifade edilebilmektedir. Bu formüllerde yapıyla ilgili değişkenler ile mekanik özellikleri ifade eden elastiside değerleri sabit değerler olarak kabul edilmiştir. Bağımsız değişken olarak ise elyaf sarım açısı ve katman dizilimi seçilmiştir. Tsai-Wu dayanım oranı değerinin hesaplaması bir takım çözümlerin art arda yapılmasına dayanmaktadır. Burada birçok bağımsız değişken olarak seçilebilecek nicelik bulunmaktadır. Bu nicelikler gerek tez içeriğinde teorik yaklaşım başlıkları altında verilen formüllerde gerek ise optimizasyon başlığı altında verilen akış diyagramlarında görülebilmektedir. Ancak diğer iki amaç fonsiyonunda olduğu gibi Tsai-Wu dayanım oranı hesap akışında da elyaf sarım açısı ve katman dizilimi bağımsız değişken olarak düşünülerek literatürde yer alan üç farklı katmanlama yapısına göre; simetrik, simetrik-dengeli ve rastgele durumları için 3 farklı kompozit tüp model oluşturulmuş ve sonuçları verilmiştir. Tez çalışmasında son olarak ise, kompozit tüp ve metal mafsal arasındaki bağlantı yöntemi üzerinde durulmuştur. Değinilen iki bağlantı yöntemi; yapıştırma ve sıkı xxiii geçme bağlantısı için ayrı iki model oluturularak önce konsept model sonrasında teorik hesaplamalar ve son olarak ise Abaqus ile statik analizler gerçekleştirilerek uygulamaların uygunlukları değerlendirilmiştir., In this study; Science, which was conducted with the support of Industry and Technology Ministry, 529.STZ.2013-2 number SAN-TEZ project, which will be made from composite materials, composite drive shaft design whic includes computer-aided analysis details and optimization study were presented on composite shaft of the layer stacking sequence. This eighteen-month project is evaluated under the work packages that need to be spread over a period. From the theoretical solution portion to computer based analysis of the model and to the study of optimization portion, the whole results are discussed by making comparings with each results. As a priority in our study; geometric specific safety factor according to the structural and production details have been revealed on the basis of a conceptual design when examining existing structure concept design consists of a tube and two hook connection elements. When considering that the joint Hooke designed and manufactured according to various standards in the market, which will focus on issues in the study, the design of the composite will be the reduced tube. However, this case raises a new study in the subtitle. This title is the method which will be held in connection with the composite tube and metal joint elements. The required connection method between composite and metallic materials must have been diversified through the patent literature should work to ensure that appropriate and necessary structural features examined reproducibility of the method were obtained through various experiences. In this sense, an interference fit as the connection method, one is folded over the bonding results were analyzed in detail. Building composite tube began initially a primitive design (one layer), starting tube static state under the condition where the torque application from the one end other one is from the another end and Tsai-Wu strength ratio based on a safety factor was obtained the required number of layers selected as 2. The resulting structure is needed to achieve the required minimum bending buckling natural frequency, without changing the number of layers it has been introduced by adding a total of fifteen different models suitable low angled winding layers production. Fifteen models analyzed and modeled through finite element analysis program based Abaqus results with theoretical solutions were compared with values achieved after. In the second part of the study, modal analysis, which will be effective in the case of dynamic structural behavior of the vehicle it is made. Modal analysis calculations have been completed under free-free boundary conditions. The theoretical results for modal analysis is based on the formula that the minimum value for existing buildings. In this thesis an optimization study is also made with respect to the orientation of the layer composite tubes. To optimize the overall objective; To reduce the cost of expensive application it can be arranged as to obtain a mechanically ergonomics. The objective of our study to ensure the structure will serve optizational working simultaneously on three different purpose and is thus expected to show the structural behavior of the structure. Structural optimization is possible to perform many different optimization theory. However, many of these methods can not achieve the desired global value or will increase the time resolution. Literature in this type of work allows us to reduce to two the number of titles that can be dealt with if theoretically. These are the genetic algorithm and particle swarm optimization method. Genetic algorithm is a method of bio-based and mutations in terms of showing the necessary approaches to the convergence point for the global optimum value of interest objective function, crossing over like is preferred since it is packed with features that provide some feedback. However, since the problem has to be dealt with multiple and complex objective function increases the resolution time. For this reason, our work easier and particle swarm optimization algorithm that will produce quick solutions are preferred. Particle swarm optimization method, examining the fish and bird feeding behavior is a method of optimization is revealed upon quantified and considered a bird with the aim of removal of each particle nutritional needs of the application carried out any problems. When considered here as bird advancing food so with the aim of improving the value of the corresponding particle objective function by updating its position and velocity by particles in the best position on the results of each iteration the value of function regarding particle's direction and velocity, for example, in a maximization problem is the worst position and the particles have speeds in order to improve the objective function it is to ensure contribute. Three objective function is interested in the thesis; Tsai-Wu strength ratio value, minimum value of flexural and torsional natural frequency is in the form of critical buckling-induced torque. That this calculation of bending and torsional natural frequency purpose induced torsional torque of the three critical functions of the objective function can be expressed directly as simple formulas. Elasticity values representing the mechanical properties associated with the structure In these formulas the variables are assumed to be constant values. The independent variables fiber winding angle and layer sequence is selected. Calculation of the Tsai-Wu strength value is based on the performed repeatedly a number of solutions. There are many arguments as the quantity that can be selected. The content of this thesis required quantities needed in the formula given under headings theoretical approaches can be seen in the flow diagram given under the title optimization. However, as in the other two objective functions Tsai-Wu strength ratio of the fiber winding angle in the calculation flow and layer sequence as an argument in the literature by considering three different layering structure; symmetrical, three models for different composite tube-balanced and symmetrical random situations created and the results are given. Finally the thesis is focused on the method of connection between the metal and composite tube joint. Mentioned two connection methods; After bonding concept models and theoretical calculations before building the model for retaining two separate connection and finally compliance with Abaqus applications were evaluated by performing the static analysis. All in all, the thesis includes the topics from the concept design to optimization of the concept and the concept has been developed both theoretical and analysis by using commercial prograrams that's for obtaining model in better condition. The final condition of the composite tube is ready to get used in fabrication step of design processes., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015, Dünya Sağlık Örgütü'nün verilerine göre her yıl dünya genelinde bir milyonun üzerinde insan trafik kazalarında hayatını kaybetmektedir. 2010 yılına ait verilerde 1.24 milyon insanın hayatını kaybettiği ve 20-30 milyon insanın ölümcül olmayan yaralanmalara maruz kaldığı belirtilmiştir. Bu nedenle yolcu ve sürücülerin güvenliğinin sağlanması ve araçta oluşan hasarın en aza indirilmesi için çok sayıda bilimsel çalışma yapılmıştır. Bu amaçla geliştirilen donanımlardan birisi de otomobillerde tampon ve şase arasına yerleştirilen ezilme kutularıdır. Ezilme kutuları üzerine yapılan çalışmalarda iki önemli parametre ön plana çıkmaktadır. Bunlar tüplerin enerji emme kapasitesi ve pik kuvvetidir. Ezilme kutuları, çarpışma anında şekil değiştirerek ortaya çıkan kinetik enerjinin bir bölümünün yolcuya ve diğer donanımlara iletilmeden soğurulmasını sağlar. Ayrıca kaza anında oluşan kuvvetlerin ilk anda oluşan kuvvet değeri, diğer kuvvet değerlerinden daha yüksektir. Çarpma anında ortaya çıkan en yüksek kuvvet değeri pik kuvveti olarak adlandırılır. Pik kuvveti ile diğer kuvvetler verileri arasındaki farktan dolayı ivmelenme oluşur ve bu ivmelenme yolcu ile sürücülere zarar verebilmektedir. Zararlı etkinin azaltılması için bu farkın azaltılması gerekir. Ezilme kutularının temel amacı maksimum seviyede enerji emilmesinin yanı sıra pik kuvveti değerlerinin düşürülmesidir. Enerji emme kapasitesinin yükseltilmesi ve pik kuvvetinin düşürülmesi birbirini olumsuz etkileyen iki prosestir. Yani bir tüpün bir yandan enerji emme kapasitesi artırılmak istenirken, diğer taraftan pik kuvvetleri istenmeyen şekilde artırılabilir. Bu nedenle en ideal ezilme kutularının tasarımı için farklı kesit geometrilerinde, et kalınlıklarda, boylarda ve farklı malzemelerde çok sayıda model geliştirilmiştir. Araştırmalar deneysel, analitik ve sayısal yöntemler kullanılarak yapılmaktadır. Bu çalışmanın ilk bölümünde ezilme tüpleri ile ilgili kapsamlı bir literatür araştırması yapılmıştır. Ezilme kutuları üzerine yazılan 127 adet bilimsel makaleye ait bilgiler tablolaştırılarak sunulmuştur. Bu çalışmanın amacı ezilme kutuları hakkında çalışma yapmak isteyen araştırmacılara, daha önce yapılmış çalışmaların verilerinin daha kolay incelenebileceği bir kaynak sağlamaktır. Tablonun ilk bölümünde yapılan çalışmalarda kullanılan yöntemler analitik, sayısal ve deneysel olarak sınıflandırılmıştır. İkinci bölümde çarpan kütlenin büyüklüğü ve çarpma hızı bilgileri yer almaktadır. Sonraki bölümde geometri ile ilgili bilgiler yer almaktadır. Kesit geometrileri, et kalınlıkları ve boylarına ait bilgiler tabloda sunulmuştur. Malzeme bilgileri ise bu bölümden sonra gelmektedir. Genellikle alüminyum, çelik ve kompozit malzemeler üzerine yapılan çalışmalar olduğu için bu üç başlıkta sınıflandırma yapılmıştır. Son bölümde ise ezilme tüplerinin konfigürasyon türleri sınıflandırma yapılmıştır. Konfigürasyon tipleri içi boş, köpük dolgulu, tek gözlü ve çok gözlü tüpler olarak sınıflandırılmıştır. Bu tezin ana konusu kademeli ve eş merkezli iç içe ezilme tüplerinin deneysel ve sayısal yöntemler kullanılarak incelenmesidir. Çalışmanın amacı eksenel darbe yüklerine maruz kalan kademeli eş merkezli ezilme tüplerinin enerji emme karakteristiklerinin değerlendirilmesidir. Pik kuvvetleri, iç enerjiler ve ezilme miktarları incelenen ve çeşitli tüp modelleri için karşılaştırmalarda kullanılan karakteristik özelliklerdir. Testler ve doğrulama analizleri için dairesel kesitli ve AL6063 malzemeli tüpler kullanılmıştır. Diğer analiz çalışmalarında tüpler ve köpük malzeme için alüminyum alaşımı tercih edilmiştir. Numunelerin boyutları otomobillerde kullanılan ezilme tüplerine göre oldukça küçük modellerdir. Bunun nedeni boyutları yeterince küçük ezilme tüplerinin dar bölgelere çok sayıda yerleştirilmeye uygun olması ve uçak ve uzay araçları için de kullanılabilmesi için bir araştırma önerisi olarak ileri sürülmesidir. Farklı çaplarda ve boylarda iç içe tüpler dıştan içe doğru artan uzunluklarda yerleştirilmiştir. Yerleştirme yapılırken her bir model için en dıştaki tüpün çapı ve en içteki tüpün boyu sabit tutularak farklı tüp sayılarında çeşitli modeller denenmiştir. Numunelerin toplam ağırlıklarının da aynı kalması için kesit kalınlıkları koşulu sağlayacak şekilde her bir model için değiştirilmiştir. Yani farklı numuneler karşılaştırılırken toplam dış hacim ve ağırlıklarının yaklaşık olarak aynı olmasına dikkat edilmiştir. İlk olarak deneysel çalışmalar ile bu deneysel çalışmaların sayısal yöntemlerle doğrulanması yer almaktadır. Bu çalışma için kademeli eş merkezli iç içe üçlü tüplerden üç adet üretilerek dinamik ve sanki statik hızlarda testleri gerçekleştirilmiştir. Dinamik testler için TÜBİTAK Malzeme Enstitüsü bünyesinde bulunan Instron 8150 Darbe Test Cihazı kullanılmıştır. İki adet numunenin farklı hızlarda dinamik testleri gerçekleştirilmiştir. Üçüncü numune ise İTÜ Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Kompozit Yapı Laboratuarı'nda bulunan MTS 647 Hidrolik Test Cihazı kullanılarak 2 mm/dak basma testine tabi tutulmuştur. Deney sonuçları ile numunelerin ezilme öncesi ve sonrası görselleri karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Yapılan testlerin sayısal yöntemlerle doğrulanması için LS-DYNA'da açık zamanlı çözücü ile dinamik analizler ve kapalı zamanlı çözücü ile de sanki statik analizler yapılarak deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Deneysel ve sayısal yöntemlerin sonuçları birbiriyle uyumlu olduğu gözlemlenmiş ve sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. İkinci bölümde ise LS DYNA yazılımı kullanılarak farklı tüp sayılarında ve farklı hızlarda dinamik analizler yapılmıştır. İlk olarak ideal mesh kalitesinin belirlenmesi amacıyla farklı mesh kalitelerinde beş farklı model tasarlanarak aynı hızlarda ve darbe yüklerinde analizleri yapılmıştır. Mesh boyutları 0.3x0.3, 0.4x0.4, 0.5x0.5, 0.6x0.6 ve 0.7x0.7 mm olarak belirlenmiştir. Mesh boyutları küçültüldükçe sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu ancak analizin gerçekleşme süresinin uzadığı tespit edilmiştir. Sonuçları birbirine benzer olan en küçük iki mesh boyutundan analiz süresi daha kısa olanı seçilmiş ve sonraki tüm analizler buna göre yapılmıştır. Bu bölümde kademeli eş merkezli ve iç içe üçlü, altılı, dokuzlu ve on ikili dört farklı model incelenmiştir. Her model için en geniş tüpün çapı 20 mm ve en uzun tüpün boyu ise 30 mm olarak belirlenmiştir. Et kalınlıkları üçlü tüplerde 1 mm, altılı tüplerde 0.5 mm, dokuzlu tüplerde 0.3 mm ve on ikili tüplerde 0.25 mm olarak belirlenmiştir. Farklı tüp sayılarında tasarımı yapılan dört farklı modelin 50 m/s hız ve 100 gr çarpma yükü etkisinde analiz sonuçları karşılaştırılarak tüp sayısının enerji emme karakteristikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tüp sayısı artırıldıkça analizin ezilme süresi uzamakta olduğu ve pik kuvvetleri arasındaki farkların azaldığı gözlemlenmiştir. Dört model için daha sonra farklı hızlarda dinamik analizler yapılarak bu sefer çarpma hızın enerji emme karakteristiklerine etkileri incelenmiştir. 50, 60 ve 70 m/s hızlarda 12 adet analiz yapılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Dört model için ayrı ayrı farklı hızlara ait "kuvvet–zaman" ve "iç enerji-zaman" grafikleri GRAPHER programı kullanılarak çizdirilmiştir. Son bölümde ise, kademeli eş merkezli iç içe tüplerin en iç kısmındaki boşluk, alüminyum köpük malzeme ile doldurularak her bir modelin 50 m/s çarpma hızında analizleri yapılmıştır. Tüpler kabuk olarak modellenirken, köpük malzeme katı model olarak tasarlanmıştır. Her bir modelin kuvvet ve iç enerji değerlerinin zamanla değişimleri aynı grafikler üzerinde çizdirilip karşılaştırılarak köpük dolgulu ezilme tüplerinin içi boş tüplere göre farkları incelenmiştir. Yapılan deneysel ve sayısal çalışmalar ile tablolama çalışmasına ait sonuçlar tezin sonuçlar bölümünde aktarılmıştır. Bu konuda yapılması öngörülen çalışmalar sonuçlar bölümünün ardından listelenmiştir., In this study, stepped concentric crash tubes with circular AL6063 material are investigated using experimental and numerical methods. Crash tubes are used generally in automotive industry to as a passive safety component. In this study, feasibility of crash tubes in different areas are sought. So, it is designed almost ten times smaller than the conventional car crash tubes. The purpose of this study is to examine the energy absorption characteristics of stepped concentric crash tubes subjected to an axial impact load. The peak forces, internal energy and the total deflection are the selected parameters for the comparison of various crash tubes. The stepped concentric tubes have different lengths and different diameters, while the total mass and volume are kept constant. The area of the impacting object is taken as greater than the internal tube’s cross sectional area to prevent passing the impacting object through the tube hole. First of all, a comprehensive study about articles on crash tubes presented. Almost 127 scientific articles are reviewed and tabulated information according to solution methods, geometry, material properties, impact velocity and impact mass properties. Table is given in Appendices section. In the next part, one selected model with AL6063 material is fabricated and tested at dynamic and quasi-static velocities. Dynamic tests are done by using INSTRON 8150 Drop Test Machine and quasi-static test is done by using MTS 647 Hydraulic Test Machine. Then, results of experiments compared and validated with results of analysis by using LS-DYNA, an engineering simulation software program. In the second part, the effects of the number of the tubes and impact velocity are studied at high dynamic velocities by using LS-DYNA software program. To define optimal mesh quality, results of five different mesh sizes of a sample are investigated and chosen the most proper type of them to use in all analyses. After that, four different models are constituted with 3, 6, 9 and 12 stepped concentric tubes, respectively. All samples are analyzed at three different velocities: 50, 60 and 70 m/s and results are compared with one another. In the third part, stepped concentric crash tubes are modelled with aluminum foam and analyzed at 50 m/s impact velocity. Results of model with foam filled and empty tubes are compared and studied to demonstrate the advantages and disadvantages of foam material. All graphics are established using GRAPHER software program., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015, Araçların (uçak, araba, raylı sistem araçları, gemi, vs.) darbelere dayanımı çok büyük önem teşkil etmektedir. Bu yüzden, insan hayatını korumak amacıyla bu konuda katı standartlar getirilmektedir. Daha iyi bir performans için, araçların yolcuları koruma kapasitelerini artırma yönündeki tasarımlar bir evrim geçirmektedir. Tasarım zamanını azaltmak, araçların ve bileşenlerinin çarpma ve ezilme tasarım standartlarını sağladığından emin olmak için çarpışma testleri genellikle sayısal olarak bilgisayarlarda yapılmaktadır. Elde edilen veriler yeni tasarımların geliştirilmesinde kullanılmaktadır. Sayısal simülasyonların bilgisayar ortamında yapılabilmesi her defasında fiziksel bir model üretme zorluğunu ortadan kaldırmakta, zaman ve maliyet açısından çok daha hızlı olmaktadır. Bu simülasyon süreci, gerçek bir araç prototipi üretilmeden önce en iyileştirmesinin yapılabilmesini sağlamaktadır. Ezilme veya çarpışma esnasında en önemli konu kinetik enerjinin nasıl emileceğidir. Bu amaçla tasarlanan ezilme kutuları birçok alanda kullanılmaktadır. Ezilme kutuları, araç çarpışmalarında ortaya çıkan büyük değerlerdeki kinetik enerjiyi plastik enerjiye dönüştürebilme kabiliyetlerine haizdir. Bu yüzden, ezilme kutularının çarpışma sonrası ezilme davranışları konusuna ilgi sürekli devam etmektedir. Ezilen bir kutuda, ilk çarpmada meydana gelen pik kuvveti sonrakilerden çok daha fazladır. Çoğu zaman kaza esnasında, kutular araçlarda ve bileşenlerinde en fazla ivmelenmeye neden olan bu pik kuvvetlerini emmek için kullanılırlar. Aslında enerji emen ideal bir sönümleme yapısı tüm darbe süresince üniform bir yavaşlatma sağlamalıdır. Sürekli olmasa da kademeli olarak enerji yutma seviyeleri değiştirilen bir ezilme kutusu tasarımı ile pik kuvveti azaltarak mümkün olduğunca üniform bir yavaşlamayı sağlamak burada önerilen çalışmanın motivasyonunu oluşturmuştur. Ezilme kutusu önce ilk darbeyi şiddetli bir pik kuvveti oluşturmadan emmeli, daha sonra geri kalan enerjiyi yutabilmek için kademeli olarak deforme olmalıdır. Belirlenen bu amaç doğrultusunda, iç içe geçen farklı uzunluktaki tüplerden oluşan yeni bir ezilme kutusu düşünülmektedir. İçteki en uzun tüp, ilk darbeyi emecek ve sonra diğer tüplerle birlikte deforme olacaktır. Yeni tüpün aynı boylarda olan iç içe tüplerden daha hafif olacağı ve tüplerin yerleşiminin, geometrik parametrelerinin sıralamasının önemli olacağı düşünülmektedir. Bu yüzden, daha önce hiç çalışılmamış olan, iç içe geçmiş farklı uzunluk ve geometrideki tüplerin deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Öncelikle, ezilme kutusunda kullanılacak olan metal malzemelerin çekme deneyleri farklı gerinim değişim hızlarında yapılarak gerilme-gerinim diyagramları elde edilmiştir. Çeşitli ezilme kutusu tasarımları geliştirilerek ve elde edilen malzeme test verileri kullanılarak sonlu elemanlar analizleri yapılmıştır. Doğrusal olmayan açık (explicit) sonlu eleman yazılımı (LS-DYNA/Explicit) ve kapalı (implicit) sonlu eleman yazılımları (LS-DYNA/Implicit) kullanılarak tasarlanan ezilme kutularının çarpma sonrası ezilme davranışları analiz edilerek incelenmiştir. Farklı metallerin ve geometrilerin birleşimi olarak tasarlanan ezilme kutusu yapısının enerji emme kapasitesi geometri ve malzeme özelliklerine bağlıdır. Bu yüzden farklı boy ve kesitlerde iç içe geçen tüplerden oluşan farklı bir ezilme kutusu analizlere tabi tutulmuştur. Malzeme, cidar kalınlığı, flanş genişliği, çarpma hızı, iç içe tüplerin yerleşimi, uzunluğu ve çarpma hızı parametreleri için en iyileştirme yapılacaktır. Literatürde farklı uzunluklardaki tüplerin iç içe geçmesi ile meydana gelen ezilme kutuları ve parametrik analizleri mevcut olmadığından, bu tip tüplerin maksimum deformasyonları ve enerji emme kapasitelerinin analizinin yapılması ve değerlendirilmesi bu alanda önemli bir katkı sağlayacaktır. Sayısal modelleme çalışmaları sonucunda en iyi çarpışma kutusu tasarımları belirlenmiştir. Seçilen ezilme kutularının deneysel simülasyonları yapılarak analiz çalışmaları doğrulanmış. Bu duruma göre deneysel süreçler için farklı malzeme ve geometride ezilme kutuları üretttirilmiştir. Kutular, dinamik ve statik ezilme deneylerinde incelenmiştir. Testlerden elde edilen sonuçlar sayısal analiz sonuçları ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Test çalışmaları neticesinde birtakım gözlemler yapılmıştır. Alüminyum 6063 ve Çelik AISI 304’ten üretilmiş numuneler ile deneyler gerçeklenmiştir. İç içe üç daireden oluşan AL 6063 tüpler, iç içe üç daireden oluşan AISI 304 çelik tüpler üretilmiştir. Ayrıca dairesel kesitlere ek olarak kare kesitli AL 6063 ve AISI 304 malzemeden iç içe tüpler üretilmiştir. Bunlara ek olarak içten dışa kare-daire-kare şeklinde alüminyum-çelik-alüminyum malzemeden sistem, kare-daire-kare şeklinde çelik-çelik-çelik malzemeden sistem, daire kesit alanlı alüminyum-çelik-alüminyum malzemeden sistem üretimi yapılmıştır. Bütün bu sistemler 2.69, 3.28, 3.77 ve 4.22 m/s gibi hızlarda çarpma testine tabi tutulmuştur. Kare kesitli tüplerde kenarlardan yırtılmalar gözlemlenmiş, bunların önüne geçilmesi için en dıştaki tüp duvar kalınlığını artırılabileceği, en dıştaki tüpün kenar uzunluklarının düşürülebileceği, en dışta kare kesit bulundurmama ve ya köşelerin yuvarlatılması gibi öneriler sunulmuştur. Alüminyum tüplerde gerçekleşen bu durumların benzeri çeliklerde de gözlemlenmiştir. Çelik tüplerde de köşelerin yuvarlatılmaması benzer sonuçlar doğurmuş ve köşelerde yırtılmalar meydana gelmiştir. Tüp çapları analizlerle global burkulma olmayacak şekilde seçildiğinden deneylerde de analizlerle uyumlu olarak global burkulmalar gözlemlenmemiştir. Lokal burkulmalar ile katlanmalar düzgün şekilde yaşanmıştır. Bu durum, yırtılma olan en dıştaki kare tüp içeren tasarımlar için içteki tüplerde de yaşanmıştır. Dairesel kesit alanlı tüplerde katlanmalar lokal burkulmalar şeklinde olsa da geometrik mükemmel olmayan durumlardan ötürü farklı katlanma şekilleri gözlemlenmiştir. Ancak farklı katlanma mekanizmaları benzer pik kuvvet değerleri üretmiştir. Farklı malzemeden tüplerin birarada olduğu sistemler kuvvet davranışı açısından verimli sistemler üretebilmiş ancak çelik içeren bu sistemlerin düşük ağırlık verimi de gözönüne alınmıştır. Sanki statik ezme testleri optimum geometri kararından sonra yapılmıştır. Dairesel kesit alanlı AL 6063 tüpler için 4 farklı statik ezme testi 2 mm/dakika hızlarda yürütülmüş ve kuvvet-zaman, kuvvet-ezilme eğrileri oluşturulmuştur. Bu grafikler, dinamik ezme test sonuçları ile karşılaştırılmış ve uyum gözlemlenmiştir. Gerinim hızlarının alüminyumda çok etkili olmadığı bu karşılaştırmalar ile görülmüştür. Bu doğrultuda yapılan analiz, deney ve optimum tasarım için deney ve analiz uyumunun gözlemlenmesi çalışması tezin yapısını oluşturmaktadır. Analiz çalışmalarında Abaqus ve LS-DYNA sonlu eleman programları ve çözücüleri kullanılmıştır. Genel olarak benzer fikir verselerde programların farklı malzeme verileri ve değme durumlarında farklı kuvvet davranışlarını çıktı olarak verebilmektedir. Yine dikkat çeken bir unsur olarak, köpek kemiğ şeklinde oluşturulan ve çekme testi yapılan malzeme gerilme-gerinim eğrilerinin programlara girdi olarak verilmesi sonrasında deneylerle yeterli uyum gözlemlenmemiş ve statik ezme testlerine göre gerilme gerinim eğrilerinin modifiye edilmesi gerekmiştir. İncelendiğinde ezme hareketinde emze, çekme, burkulma birlikte olduğundan sadee çekme testinin yeterli olmaycağı görülmüştür. Sonuç olarak optimum geometri olarak içiçe tüplerde kullanılmak üzere alüminyum 6063 malzemeden dairesel sistem tercih edilmiştir. Bunun yanısıra çelik ve alüminyum sistemlerin birlikte olduğu durumlarda pik kuvvetinin davranışının çarpma kuvvet verimi açısından çok iyi sonuçlar verebildiği görülmüş ancak sistem ağırlığı açısından sadece alüminyum sistem tercih edilmiştir., The crush and crashworthiness of a vehicle (airplane, automotive, ship, etc.) is today of great importance. Strict standards need to be adhered to in the industry, in particular to protect human life. In the aim for better performance, the design of vehicles has also evolved to improve protection capabilities. In order to decrease design times and ensure safe design standards regarding the crush and crashworthiness of vehicles, and their components, virtual tests are usually performed in numerical simulations. The virtual crush and crash test data are used throughout the entire development of a new design. These numerical simulations produce results without building a physical model, and can be performed relatively quickly and inexpensively. This permits optimization of the design before an actual prototype of the vehicle has to be built. The most important phenomenon in a crush or crash situation is to absorb the kinetic energy. Crash tubes are designed for that purpose and are used in many practical situations. They have the ability to absorb and convert large amounts of kinetic energy into plastic strain energy under severe loading conditions. Therefore, there has been continued interest on the axial crushing and crashing behavior of tubes. When a tube fails under progressive buckling, the initial peak force is much greater than the subsequent peak. In many instances, these tubes are used to absorb energy in cars and the high force peaks lead to high acceleration on the vehicle occupants during an accident/impact event. An ideal energy-absorbing device should therefore cause a uniform deceleration during the entire stroke. This ideal structure would absorb the shock first and then deform under progressive buckling to absorb the energy. Thus we considered a new geometric crash tube model which would be nested with different lengths. The longest tube would absorb the kinetic energy first, and they could act together with the other tube(s) after strong impact effect. This new tube would be lighter than bi tubular crash tubes and alignment of the tubes, geometric parameters would be important. Thus, we planned to investigate this event by experimentally and numerically, which was never investigated in te open literature before. First of all, material tensile tests at elevated strain rates were carried out. For a constant thickness, different (cross-section, length, constant, etc.) specimens were produced. After producing specimens, some of them will be chosen for the experiment, and new specimens for experiments were produced. The tubes were be quasi-statically and dynamically crushed. The explicit non-linear finite element code (LS-DYNA, Abaqus were used to predict the response of the crash tubes subjected to axial crushing, and will be compared with experiments. The energy absorption capacity of a sheet metal structure depends on geometric and material parameters. Thus, it was investigated a different crash tube geometry which consist of nested tubes with different lengths. Important parameters such as arrangement, material, sheet thickness, flange width, spot-weld spacing and impact velocity will be optimized. There were no studies for these kind of crash tubes in the literature. So, it would be interesting to observe final deformations and energy absorption characteristics of these kind of nested crash tubes. Optimum nested crash tubes were realized by numerical studies. These results were compared and validated by experiments., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2014, Uçak ve uzay yapıları için geliştirilen ve içinde bulunduğumuz zaman dilimine ile paralel teknolojik gelişmeler ile uygulanabilen üretim yöntemleri her geçen gün daha da ilerlemektedir. Bu ilerleyişin ve artan araştırmaların doğal bir sonucu olarak kompozit malzemeler ve bunlardan oluşturulan yapılar metal, alüminyum gibi malzemelerin yerini almaktadır. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapılar ise bu malzemelerle geliştirilmiş farklı tasarım ve üretim yöntemleri le ortaya çıkmıştır. Genel anlamı ile grid takviye, boyuna kirişler halinde ortogonal veya çeşitli açılarla yerleştirilmiş yapılara denmektedir. Yapılarda bu tür bir kompozit yapının kullanılmasının başlıca nedenleri yüksek sertlik-ağırlık oranı olması, eğilme rijitliğini artırarak bölgesel fluter, titreşim ve burkulmayı önlemesi, yapısal eklemelere ve yapısal olmayan öğelere uygun olması. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapılar tasarım ve üretim açısından birçok çeşitliliğe olanak vermektedir. Bu çeşitlilik kirişlerin açıklığı, düğüm noktası kaçıklığı, kiriş açısı, kiriş sayısı, yüzey plakasının kalınlığı, vs. ile sağlanabilmektedir. Bu tip karmaşık değişkenlere sahip olan bu sistem şu an için analitik olarak tam çözülememektedir. Bu nedenle sonlu elemanlar analiz yöntemleri ile modellenip detaylı bir analize ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyacın da ana nedeni lokal gerilme dağılımlarının ve lokal kırılma ve kopmaların incelenebilmesidir. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapılar çeşitli kırılma tiplerine sahiptir. Bunlar, düzlem içi yükler ve düzlem dışı kayma gerilmelerine bağlı olarak beşe ayrılabilirler; tüm panelin kararsızlığına yol açan burkulma davranışı, lokal yüzey burkulması, lokal kiriş burkulması, malzeme kopması ve tabakalar arası kayma gerilmesinden kaynaklanan tabakalar arası kayma davranışıdır. Yapısal tasarım açısından kırılma davranışının ve gerilme dağılımlarının Grıd Takviyeli İleri Kompozit malzemeler için bilinmesi önemli bir parametredir. Bu önemin nedeni, kritik noktalardaki beş farklı kırılma mekanizması tasarımda olduğu kadar aynı zamanda onaylama ve sertifikasyon süreçleri içinde göz önünde bulundurulması gerekliliğidir. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapı 2 boyutlu sonlu elamanlar yöntemi kullanılarak dörtgen elemanlar kullanılarak modellenmiştir. Bu elemanlar MSC Patran/Msc Nastran adlı ticari program içerisinde tanımlanmış olan eleman tipleri kullanılarak yapılmıştır. Yapılan modellemede klasik yöntemlerin aksine kirişlerin olduğu yerlerde çift eleman kullanılmış ve bu şekilde gerekli olan katılık 2 boyutlu olarak tanımlanabilmiştir. Bu tasarım tüm boyutlandırmalar tanımlandıktan sonra yapılabilmektedir, başka bir deyişle sadece kiriş ve yüzey kalınlığı program içinden girilen değerler ile değiştirilebilmektedir. Bunun haricinde yapılması gereken boyut değişimleri MSC. Patran PCL fonksiyonları kullanılarak yapılmıştır. MSC. Patran PCL fonksiyonun en önemli işlevi makro gibi çalışabilmesi ve bu sayede her defasında belirli değerlere kadar olan kiriş açıklığı değişimleri için sonlu elemanlar örgüsünü Mathematica’da yazılan kod sayesinde yeniden yaratabilmesidir. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapı için 3 boyutlu sonlu elamanlar yöntemi kullanılarak da modellenmiştir. Bu modelleme ile tabakalar arası kayma gerilmesinden kaynaklanan tabakalar arası kayma davranışı olup olmadığı karbon fiber destekli plakalarda 50 MPa gerilme değeri ile karşılaştırılıp karar verilmektedir. Bu yöntemdeki sınır koşulları 2 boyutlu modelde kritik olduğuna kara verilen bölgeler için eşdeğer eleman genişliğinde yapılan 3 boyutlu modele 2 boyutlu analiz sonuçlarından gelen öteleme ve dönme hareketinin uygun düğüm noktalarına uygulanması ile tanımlamıştır. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapı için 2 boyutlu sonlu elamanlar yöntemi kullanılarak gerilme ve burkulma analizleri yapılmıştır. Bu analizler için için Nastran SOL101 ve SOL105 kütüphaneleri kullanılmıştır. Yapılan modelleme tekniğiyle birlikte kirişlerin ana yük taşıyan fiber doğrultusu boyunca gerilme değimleri gözlenebilmiş ve tasarım hakkında genel bir gözlem yapılabilmiştir. Yüzey üzerindeki gerilme değimleri ile ona bağlı olan kirişlerdeki gerilmeler karşılaştırılmış ve mantıklı bir fizik davranışı elde edilmiştir. Burkulma analizlerinde ise yapı farklı yükleme koşullarında incelenip, nihayetinde en kritik olan yükleme koşulu için 10 farklı burkulma modu incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda gerçekleşen burkulmaların sadece lokal yüzey hücre burkulmaları olduğu gözlemlenmiştir. Nastran’ın hesapladığı özdeğer vektörü 1. mod için 1 değerine yaklaşıktır. Bu da demek oluyor ki bu yükleme koşulu 2 için ilk mod aynı zamanda kırılma gerilmesinin de oluştuğu yük durumuna karşılık gelmektedir. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapı için 2 boyutlu sonlu elamanlar yöntemi kullanılarak optimizasyon analizleri de yapılmıştır. Bu analiz için Nastran SOL200 kütüphanesi kullanılmıştır. Tasarım kısıtları olarak malzeme kırılması, lokal kiriş burkulması ve Euler burkulması referans olarak alınmıştır. Yapılan optimizasyon çalışması Nastran’ın kendi içerisindeki algoritmaları kullanması ile gerçekleştirmiştir. Burada “hard convergence” denilen bir yakınsama metodu ile denklemler iterasyonlarla çözülmektedir. Her döngüde elde edilen yakınsaklık değerleri ile tüm sonlu elemanlar modeli yeniden çözülmekte ve en son iterasyona kadar bu süreç devam etmektedir. Yapılan bu çalışma sonucunda, verilen yükleme altında 2 boyutlu gerilme analizi için kullanılan model kullanılmış olup, optimum boyutlar elde edilmiş ve bunların yukarıda anlatıldığı gibi ayrıntılı analizleri yapılmıştır. Grid Takviyeli İleri Kompozit yapı için üretim yöntemi de geliştirilmiş olup başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Bu üretim yöntemi daha çok literatür üzerinden yapılan çalışmalar üzerinden yola çıkılarak geliştirilmiştir. Vakum destekli reçine infüzyonu ile yapılan üretim silikon kalıplar içerisinde gerçekleştirilmiştir. Kullanılan silikon kalıplar belirli noktalarından delikler açılarak reçine ile beslenmiştir. Açılan bu delikler direkt olarak kirişlerin yatırıldığı boşlukların olduğu kısımlara açılmıştır. Gösterge basını 55 mbar olarak ayarlanıp reçinenin kurulan düzenek içinde ilerlemesi sağlanmıştır. Yüzeyde ve kirişlerin içinde ilerleyen reçine kalıbın bittiği noktalarda dışarı çıkmaması için yarı geçirgen bir zar ile örtülmüştür. Bu zar hava akışını sağlamakla beraber reçine gibi sıvı bir maddenin geçişine izin vermemekte ve bu şekilde reçine içerde kalmakta ve bütün fiberler boyunca bir dağılım gösterip en kolay bulduğu yoldan dışarı kaçamamaktadır. İnfüzyon işlemi yapıldıktan sonra malzeme düzeneği aynı vakum altında fırınlanmakta ve 5 saat sonra çıkartılıp silikon kalıptan çıkarılmaktadır. Bu yöntem ilk olarak tek hücre yapısı için denenmiş olur daha sonra 2*2 hücre için denenmiş ve elle yatırma işlemi nedeniyle daha fazla hücre sayısı için otomasyon yöntemlerin kullanılmasına karar verilmiştir. Bu başarılı üretim sonuçlarından sonra yapı makro boyutlarda çekim yapan bir kamera ile incelenmiş ve kuru veya fiber çekme kuvvetinin kaybı ile oluşmuş üretimden gelen hatalar tespit edilmiştir. Ayrıca reçinenin düğüm noktalarında fiber hacminin artması sonucu nasıl dağıldığı gözlemlenmiş ve literatür üzerindeki çalışmalarla kıyaslanmıştır., Structural concepts being used for aerospace vehicles are searching for the most efficient ways by pushing the limits of their current time. In general, the meaning of stiffening imply that longitudinal stringers and frames or ribs are placed orthogonal or by some angle to the stringers. The main purposes of this application for structures are high stiffness to weight ratio, increase of bending stiffness preventing from local flutter, vibration and buckling, suitable for structural attachments and non-structural items. Advanced Grid Stiffened (AGS) structures possesses wide variety of possibilities to design and manufacture stiffeners with different spacing, nodal offset, stiffener angle, number of stiffener, thickness of the skin, etc. AGS structures, which have complex component geometries, require the use of finite element analysis techniques for detailed structural analysis. Analytical methods cannot predict the local stress distributions and local failure types. Failure types of composite AGS structures under in-plane loads and under the effect of out of plane shear loads are categorized as five dominant failure modes. These are; instability of total panel, which is referred to as global buckling, local skin buckling, local buckling or crippling of the stiffeners, material failure and delamination caused by inter-laminar shear stresses. Understanding the failure behavior and stress distributions on the composite AGS panel under inplane loading and the effect of out of plane shear loads is important to structural design. Thus, all five different failure modes and stresses at critical locations like nodes of AGS panel are considered in the design and need to be considered in validation and certification phases. AGS panel is modeled and analyzed using 2D quadrilateral elements using MSC Patran/MSC Nastran. Stress distributions along the stiffeners and the skin can be separately taken from their element centroids and different buckling modes of the AGS panel can be observed using SOL105. MSC Patran PCL functions are used to change the stiffener spacing. An optimization cycle is set-up using MSC Nastran SOL200 solver, which takes into account stiffener crippling and material failure as design constraints. The inter-laminar shear stresses along the height of the stiffener and at the skin-stiffener interface section is taken from local 3D model of highly stressed regions. The decision is made for the optimized panel under mixed loading, which is shear-bi-axial compression respectively 175 N/mm and 60 N/mm -150N/mm. According to optimization results, stiffener height is 21.377 mm, stiffener spacing is 205.8 mm. The manufacturing of the AGS panel, which is laborious with any technique done in previous studies, is accomplished successfully by using Vacuum Assisted Resin Transfer Molding like technique. The integral manufacturing of grids and skin using resin infusion provides low-cost manufacturing of AGS panels. In this process, pattern of the grids are printed using 3D printers and silicon rubber, which takes the shape of printings, which are used to make mold, then fibers are laid into the grooves. After laying all the fibers, which can reach 50% percent fiber fraction just by hand process, skin is put on the side where fibers are ending. After resin infusion, composite AGS panel is cured at elevated temperature in the oven., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013, Alümina hafifliği ve üstün özellikleriyle, özellikle yüksek sıcaklık fırınlarında geniş çapta kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra kesici takım, tekstil endüstrisinde iplik kılavuzu olarak ayrıca elektronik endüstrisinde, zırh yapımında, tıpta implant uygulamalarında ve protezlerde kullanılmaktadır. Ergime noktası 2000 ± 30 °C olan alüminyum oksit, düşük sıcaklıklarda kimyasal maddelere ve mekanik yüklere karşı en dayanıklı malzemelerden birisidir. Bu çalışmada, alüminanın üstün özelliklerinden yararlanılarak, düşük özelliklerini iyileştirmek amacıyla geçiş metalleri ile ikili sistem oluşturması hedeflenmiştir. Bu sistemin günümüz teknolojisinde kullanımını arttırmak, özellikle savunma sanayinde zırh malzemesi olarak uygulanması istenmiştir. Bunun için toz halindeki alümina; kobalt, nikel, molibden gibi geçiş metalleriyle yitrium oksit, PVA yardımıyla yaş öğütmede polimer kaplarda zirkon bilyalarla 30 saat öğütme işlemi yapılmıştır. Elde edilen tozlar eksenel presler yardımıyla pelet, çubuk ve plaka haline getirilerek mekanik testlerdeki dayanımı ve de numunelerin karakterizasyonu yapılmıştır. Mekanik test olarak, basma, 3 nokta eğme, kırılma tokluğu ve en önemlisi zırh malzemesi uygunluğu için balistik test yapılmıştır. Elde edilen sonuçların irdelenmesi için X ışınları ile yapılan faz analizleri (XRD), optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri yapılmıştır. Bu çalışmanın sonunda, alüminaya nikel, kobalt ve molibden katkılarının malzemenin özelliklerini iyileştirdiği ve özellikle nikel - kobalt katkısının zırh malzemesi kullanımı için en cazip seçim olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, katkılar alüminanın mekanik özelliklerini olumlu yönde etkilemiştir., Alumina is widely used in cutting tools, textile and electronic industries, medical applications, armor materials, especially high-temperature furnaces with its light-weight and superior characteristics. Aluminum oxide’s melting temperature is 2000 ± 30 °C and it is one of the most durable materials to chemicals and mechanical forces. In this work, alumina–transition metal binary systems have been investigated and developed for possible armor applications. High energy planetary ball mill with zirconium (YZP) balls having diameters were employed to produce the alumina based system. The rotational velocity of the mill was 300 rpm. The ball to powder weight ratio was 7:1. Alumina and metals powders were milled for 30 hours until steady-state conditions were achieved. After milling process, alumina based powders were pressed using a pressure of 400 MPa, followed by sintering at 1600°C for 2 hours. After that, mechanical tests such as hardness, compression, 3-point bending, ballistic were carried on the sintered samples. After experimental procedures, XRD, SEM and optical microscope characterizations were performed on sintered samples. At the end of this study, metallic additives such as nickel, cobalt and molybdenum improved the properties of alumina, and especially nickel - cobalt dual contribution has been found as the most attractive preference for the use of armor material. As a result, metallic additives have a positive effect on the mechanical properties of alumina., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Son yıllarda gerçekleşen kazalar incelendiğinde, ağır ticari araçlarda önden çarpma en tehlikeli kazalar arasında yer almaktadır. Önden çarpma sırasında, araç içerisinde bulunan kişilerin sakatlanma veya ölüm riski, arkadan çarpma, devrilme ve binek otomobil ile ağır ticari aracın çarpışması durumlarına oranla çok daha fazladır. Bunun ana nedeni, araç ön yüzeyi ile kabin içerisinde şoföre en yakın parça olan kontrol paneli arasında kaza sırasında ezilebilecek bir yapı bulunmamasıdır. Önden çarpma kazalarında en sık görülen durum, kabin ön yüzeyinin deforme olarak ilerlemesi ve bunun sonucunda kabin içindeki sürücü/yolcu için yaşam alanını kısıtlaması hatta yaşam alanı bırakmamasıdır. Avrupa Ekonomik Topluluğu (ECE) standartlarına göre, ticari bir aracın kabini içerisindeki yolcuları korumaya yönelik olan regülasyon ECE R29’ dur. Bu çalışmada, ECE-R29 regülasyonu kapsamındaki ağır ticari bir taşıtın tam ölçekli sonlu elemanlar modeli hazırlanarak önden çarpma testinin simülasyonu gerçekleştirilmiş ve test sonucunda taşıtın regülasyon şartlarını sağlayıp sağlamadığı araştırılmıştır. Bunun yanı sıra, sonlu elemanlar modelinin geliştirilmesi sürecinde, testin başlangıç ve sınır şartları tanımlanmış ve simülasyonu gerçekleştirmek için gerekli diğer parametreler üzerinde durulmuştur. Sonlu elemanlar modelinin oluşturulmasında, ön işlemci olarak Hypermesh ve Hypercrash, çözücü olarak doğrusal olmayan açık kod (RADIOSS), analiz sonuçlarının değerlendirilmesinde ise son işlemci olarak Envision ve TH++ yazılımları kullanılmıştır., In recent years, among the accidents of heavy commercial vehicles, front collision accidents have been the most hazardous ones. The risk of injury or fatality in front crash is several times bigger than the other types of accidents such as rear crash, roof crash, crash between heavy commercial vehicle and passenger car, etc. Main reason of the risk is that there are not large crushable structures between front end and instrument panel of the cabin. The most possible scenarios seen during front crash are; deformation on front end of the cabin and limiting the survival space of the occupants even there would not be enough survival space after crash. Economic Commission of Europe (ECE) regulation which is dedicated to prevent occupants of the cab of commercial vehicle is ECE-R29. In this study, mathematical model of an ECE-R29 subjected heavy commercial vehicle is created by using finite element method, numerical simulation of the model is performed and inspection is performed if the vehicle satisfies the regulation or not. Besides, the development stages of the finite element method, initial conditions, boundary conditions of the test and the other parameters to run the job are the further considerations of the study. Hypermesh and Hypercrash are used as pre-processors, a nonlinear explicit code RADIOSS is used as the solver, Envision and TH++ are used as post-processors throughout the simulation of the front crash test in heavy commercial vehicles., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010, Bu çalışmada günümüzde kullanım alanları giderek artan hibrit malzemeler incelenmiştir. Bir çok malzeme tipi ve bu malzemeleri birleştirme metotları tespit edilmiştir. Öncelikle kompozit hibrit malzemeler ele alınmıştır. Karbon kevlar kumaştan hibrit malzeme üretilmiş ve çekme testleri yapılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında aynı veya farklı cinsten metaller kullanılarak oluşturulan hibrit malzemelere yer verilmiştir. Metallerin birleştirilmesinde CMT metodunun kullanılmasına karar verilmiştir. CMT yöntemi ile alüminyum ve çelik ince levhalar birleştirilmiş, imal edilen kaynaklı parçalar analitik, sayısal ve deneysel olarak modellenerek deformasyon ve gerilme analizleri gerçekleştirilmiştir. Üçüncü kısımda ise çelik ve alüminyumdan oluşan elemanter bir hibrit malzeme sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmiştir. Elemanter hibrit parçadan sonra literatürde çarpışma kutusu adı verilen parçalar üzerinde durulmuştur. Sonlu elemanlar programında modellenen çarpışma kutularına rijit cisimler çarptırılmıştır. Alüminyum ve çelik kısımların kalınlıklıkları ve çarpan cismin hızı gibi parametreler değiştirilerek, çarpışma sonucunda oluşan eksenel yer değiştirme incelenmiştir. Dördüncü bölümde ise deneysel çalışmalara ve sonuçlara yer verilmiştir. Sanal çarpışma testindeki parçalar üretilmiş, bunlar gerçek çarpışma testine tabi tutulmuştur. Sonuçlar sonlu elemanlar analiziyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak imal edilen çarpışma kutularının daha da geliştirilerek otomobillerde kullanılabileceği öngörülmüştür., In this study, hybrid materials which has a growing use in nowadays, were investigated. As a result of research, a lot of material type and method of combining these materials have been identified. In the first part of the study, hybrid composite materials were discussed. At the end of the first section carbon-kevlar hybrid composite beams of woven fabric have been produced and the mechanical properties were obtained by tensile strength tests. In the second part of the study hybrid materials produced using the same or different kinds of metals were discussed. After this assessment, CMT has been decided to use as method of combining the metals by taking into consideration. Thin sheets of aluminum and steel are joined with CMT method. In the third section, an elementary hybrid material joined by steel and aluminum is modelled by finite element method. stress analysis of the modelled part is performed. Rigid bodies are crushed virtually to the collision boxes, modeled in finite element program. The axial displacement caused by collisions is investigated by changing the parameters such as, the thickness of aluminum and steel parts and the impactor object s velocity. Fourth section is devoted to experimental studies and results. The parts modelled for virtual crash tests, are produced and they are subjected to actual crash test. The results are compared with finite element analysis’ results. As a result, it is evaluated that; the produced collision boxes can be used in automobiles by further development., Yüksek Lisans, M.Sc.