Mechanical Engineering / Makina Mühendisliği
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4129
Browse
72 results
Search Results
Article Citation - WoS: 5Citation - Scopus: 5Investigation and Validation of the Flow Stress Equation and Damage Model Parameters of an Electron Beam Melted Ti6al4v Alloy With a Martensitic Phase(Elsevier, 2023) Güden, Mustafa; Bin Riaz, Arslan; Toksoy, Ahmet Kaan; Yıldıztekin, Murat; Erten, Hacer İrem; Çimen, Gülden; Hızlı, BurakThe Johnson and Cook flow stress and damage model parameters of an electron beam melt (EBM)-Ti64 alloy composed of & alpha;' (martensite) and & alpha;+& beta; and an extruded-annealed conventional Ti64 alloy were determined experimentally. The validities of the determined flow stress equations and damage model parameters were then verified by the numerical simulations of the compression tests on the Body Centered Cubic lattices produced using the same EBM parameters with the solid EBM samples. In addition, a compression flow stress equation was extracted from the small-size test specimens (1 and 2 mm diameter) taken directly from the struts of the as-built lattices. The microscopic observations, XRD analyses and hardness tests confirmed the presence of & alpha;& PRIME; phase in the EBM solid samples and in the struts of the BCC lattices, which reduced the ductility of the EBM solid specimens and struts compared to the conventional Ti64. Furthermore, the partially melt particles on the surfaces of the struts acted as the stress concentration sides for micro-cracking; hence, the compression flow stresses of the struts were found to be significantly lower than those of the as-built EBM solid specimens. The flow stress equation derived from the struts predicted more accurately the compression behavior of the lattices. The compression tests and models showed that early damage formation in the lattices was noted to decrease the initial peak and post peak stresses. As with the experiments, the initial damage occurred in the models with the separation of the nodes at the lattice cell surface edges. This resulted in an abrupt reduction in the stresses after the peak stress. The numerical lattices without damage showed a localized lattice deformation at the mid-sections and the stress increased continuously as a function of normal strain.Article Citation - WoS: 12Citation - Scopus: 12High Strain-Rate Deformation Analysis of Open-Cell Aluminium Foam(Elsevier, 2023) Mauko, Anja; Duarte, Isabel; Borovinšek, Matej; Vesenjak, Matej; Ren, Zoran; Sarıkaya, Mustafa; Güden, MustafaThis study investigated the high-strain rate mechanical properties of open-cell aluminium foam M-pore®. While previous research has examined the response of this type of foam under quasi-static and transitional dynamic loading conditions, there is a lack of knowledge about its behaviour under higher strain rates (transitional and shock loading regimes). To address this gap in understanding, cylindrical open-cell foam specimens were tested using a modified Direct Impact Hopkinson Bar (DIHB) apparatus over a wide range of strain rates, up to 93 m/s. The results showed a strong dependency of the foam's behaviour on the loading rate, with increased plateau stress and changes in deformation front formation and propagation at higher strain rates. The internal structure of the specimens was examined using X-ray micro-computed tomography (mCT). The mCT images were used to build simplified 3D numerical models of analysed aluminium foam specimens that were used in computational simulations of their behaviour under all experimentally tested loading regimes using LS-DYNA software. The overall agreement between the experimental and computational results was good enough to validate the built numerical models capable of correctly simulating the mechanical response of analysed aluminium foam at different loading rates. © 2023 The AuthorsArticle Citation - WoS: 1Citation - Scopus: 1Epoxy Matrix Nano Composites: Modulus, Strength and Ductility Enhancement Through Auxeticity of Α-Cristobalite Filler(Elsevier, 2023) Güden, Mustafa; Ülker, Sevkan; Movahedi, NimaThe negative Poisson's ratio (NPR) nano-size ?-Cristobalite particle/epoxy composites were prepared and tensile tested. The elastic modulus and strength of the composites were improved as the particle volume fraction increased from 0 to 0.02. Unlike the conventional particle reinforced composites, the fracture strain increased with the nano ?-Cristobalite addition, an effect which was ascribed to the intrinsic NPR behavior of the filler. © 2023 Elsevier B.V.Article Citation - WoS: 18Citation - Scopus: 19The Impact Response of a Nomex® Honeycomb Core/E-glass Composite Sandwich Structure To Increasing Velocities: Experimental and Numerical Analysis(Elsevier, 2023) Çelik, Muhammet; Güden, Mustafa; Sarıkaya, Mustafa; Taşdemirci, Alper; Genç, Cem; Ersoy, Kurtuluş; Serin, ÖzgürThe impact response of an E-glass fiber reinforced epoxy/Nomex® honeycomb core sandwich was investigated both experimentally and numerically at increasing velocities through concentrated quasi-static indentation force (CQIF), low velocity impact (LVI) and high velocity impact (HVI) tests. The composite face sheets and core were modelled using MAT_162 and MAT_026 homogenized material model in LS-DYNA, respectively. The experimental and numerical LVI test forces corresponding to core crushing and face sheet penetration were shown to be higher than those of the CQIF tests and increased as the impactor velocity increased. The increase of the impact forces at increasing velocities was largely ascribed to the inertia and the strain rate sensitive fracture strength of the composite sheets. The core shearing was detected in the CQIF and LVI tests both experimentally and numerically. It was also detected in the HVI tests at the velocities less than 20 m s?1. The deformation in the HVI tests at and above ? 29.4 m s?1 was highly localized in the impact area with no core shearing and a large delamination damage area at the front face sheet. The force enhancement due to the micro-inertia of the core deformation was shown to be not significant at the studied velocities. © 2023 Elsevier LtdArticle Citation - WoS: 12Citation - Scopus: 17Development of the Johnson-Cook Flow Stress and Damage Parameters for the Impact Response of Polycarbonate: Experimental and Numerical Approach(Elsevier, 2023) Sarıkaya, Mustafa; Güden, Mustafa; Kambur, Çağdaş; Çankaya Özbek, Sevim; Taşdemirci, AlperThe Johnson and Cook (JC) flow stress and damage model parameters of a polycarbonate (PC) plate were determined by the mechanical tests and numerical simulations of the tests. The experimental tests included quasi-static and high strain rate tension and compression, quasi-static notched-specimen tension, quasi-static indentation (QSI), low velocity impact (LVI) and projectile impact (PI). Initially, five different quasi-static flow stress-strain equations were extracted from the experimental and numerical tests. The flow stress equa-tion determined from the experimental average true stress-true strain curve well agreed with the effective stress -strain obtained from the quasi-static numerical tension test. The numerical QSI force-displacement curve based on the experimental average true stress-true strain equation was further shown to be very similar to that of the experiment. The LVI and PI test simulations were then continued with the experimental average true stress-true strain equation using five different flow stress-strain rate relations: JC, Huh and Kang (HK), Allen-Rule and Jones (ARJ), Cowper-Symonds (CS) and the nonlinear rate approach (NLA). The rate sensitivity parameters of these relations were extracted from the quasi-static and high strain rate tests. The LVI test simulations using the stress -strain rate relations exhibited force-displacement curves higher than those of the experiments. The detected almost no strain rate sensitivity in the LVI tests was ascribed to low strain rate dependency of the flow stress at these intermediate strain rates and large strains involved. On the other side, all the stress-strain rate relations investigated nearly predicted the experimental damage types: dishing at 100 and 140 m s-1 and petalling at 160 m s- 1, except the CS relation which predicted the fracture of the plate at 140 m s-1. The experimental average projectile exit velocity at 160 m s- 1 was further well predicted by the used stress-strain rate relations while the experimental average petal thicknesses were under estimated by the models. The absorbed energy at 160 m s-1 PI test was determined 1.6 times that of the QSI test, which proved an increased energy absorption capability of the tested PC at the investigated impact velocities.Research Project Patlamaya dayanıklı yarı küresel tekrarlı çekirdek malzemesi ihtiva eden sandviç yapıların geliştirilmesi ve optimizasyonu(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2014) Taşdemirci, Alper; Güden, MustafaBu proje yarı küresel tekrarlı çekirdek malzemesi içeren sandviç yapıların geliştirilmesi ve bu yapıların patlama etkileri karşısındaki davranışlarının incelenmesini ve iyileştirilmesini amaçlamaktadır. Bu kapsamda deneysel ve nümerik teknikler bir arada kullanılmış ve hem deneysel tekniğin güvenilirliğinden hem de nümerik tekniğin sağladığı ek bilgilerden aynı anda faydalanılmıştır. Literatürde bir benzerine rastlanmamış olan yeni bir çekirdek malzemesinin geliştirilmesi ile üretilen sandviç yapı hem ülkemiz savunma sanayii envanterine önemli bir katkıda bulunmuş ve hem de ulusal ve uluslararası literatüre sunulmuştur. Bu proje kapsamında sandviç yapıyı oluşturacak malzemelerin statik ve yüksek şekil değiştirme hızlarındaki mekanik özellikleri tespit edilmiş ve bu tespit edilen özellikler daha sonraki adımlarda nümerik modellerde kullanılmıştır. Tasarlanan çekirdek malzemelerinin davranışları üzerine üretim yönteminin (derin çekme) etkisini de hesaba katmak amacıyla, kullanılan üretim yöntemi de modellenerek nümerik numuneler oluşturulmuş ve bunlar ileriki modelleme aşamalarında kullanılmıştır. Deney ve nümerik model sonuçları kullanılarak, sandviç yapıların ve çekirdek malzemelerinin düşük ve yüksek şekil değiştirme hızlarındaki ezilme davranışları ile bu yapıların atalet ve deformasyon hızı etkileri belirlenebilmiştir. Gerçekleştirilen patlama simülasyonları ile farklı konfigürasyon ve katman sayılarındaki sandviç yapıların patlama etkileri altındaki davranışları incelenmiş ve olumlu sonuç veren konfigürasyonlar tayin edilmiştir. Patlamaya karşı geliştirilen sandviç yapılardan beklenen en önemli özellikler koruma sağlanan yapıya iletilen kuvvetin minimize edilmesi ile birlikte enerji emiliminin maksimize edilmesidir. Bu amaçla tasarlanan konfigürasyonlar arasından en az kuvvet transfer eden ve en çok enerji emen konfigürasyonlar belirlenmiştir.Article Citation - WoS: 15Citation - Scopus: 15The Effect of Strain Rate on the Compression Behavior of Additively Manufactured Short Carbon Fiber-Reinforced Polyamide Composites With Different Layer Heights, Infill Patterns, and Built Angles(Springer, 2023) Zeybek, Mehmet Kaan; Güden, Mustafa; Taşdemirci, AlperPrevious studies on the fused deposition modelling (FDM) processed short carbon fiber/Polyamide 6 (PA6) matrix composites and neat PA6 have mostly concentrated on the quasi-static mechanical properties. Present study focused on the strain rate-dependent deformation behavior of a short carbon fiber-reinforced PA6 (Onyx) and neat PA6, produced in different layer heights, infill patterns and built angles. As compared with PA6, Onyx showed a higher compression stress at all strain rates investigated. A layer height of 0.2 mm in PA6 specimens promoted a better bonding between [0/90°] infill layers; hence, a higher flow stress than 0.2 mm layer height specimens, while 0.2 mm layer height induced a higher porosity in Onyx specimens, leading to a lower flow stress. The porosities in Onyx [0/90°] infill specimens were due to the constraining effect of 0/90° fiber layers. Changing infill pattern from a [0/90°] to a concentric one decreased porosity at the same layer height and hence increased the compressive flow stress. The highest compressive strength was found in the specimens with the loading axis 90 and 0° to [0/90°] infill plane. The lowest strength was, however, determined in the specimens with the loading axis 30 and 60o to [0/90°] infill plane in quasi-static loading. However, the specimens with the loading axis of 60, 45, 30 and 0° exhibited a brittle behavior in high strain rate loading (1500 s−1). The specimens with the loading axis of 45° had the lowest fracture stress and strain in the high strain rate loading. This signified the importance of loading angle at high strain rates. Finally, the rate sensitivities of PA6 and Onyx specimens were shown to be similar, showing a matrix dominated deformation. However, the strain rate jump tests indicated a slightly higher rate sensitivity of Onyx specimens at quasi-static strain rates (10−3-10−1 s−1).Research Project Çapraz-kama haddeleme prosesinin teknik özelliklerinin Türk ve Belarus endüstrileri için detaylandırılması(2010) Güden, Mustafa; Yardımoğlu, Bülent; Çakırcalı, Metin; Kılıçaslan, CenkÇapraz kama haddeleme (ÇKH) üzerine son yıllarda yoğun deneysel ve modelleme çalışmaları yapılmaktadır. Çalışılan bu proje, ÇKH üzerine yapılan çalışmaların ötesinde daha detaylı deneysel ve modelleme çalışmalarını kapsamasının yanında, modellemede kullanılan malzeme özelliklerinin yüksek deformasyon hızlarında ve yüksek sıcaklıklarda belirlenmesini ve dolayısıyla daha hassas modelleme sonuçlarının elde edilmesini hedeflemiştir. Proje kapsamında, AISI 1045 çeliği ve Ti6Al4V alaşımı iş parçalarının ÇKH işlemi üzerindeki şekillendirme açısı, genişletme açısı, alan indirgemesi ve sürtünme katsayısı parametrelerinin etkileri ısıl-mekanik model analiziyle nümerik olarak araştırılmıştır. Yapılan nümerik analizler deneysel olarak ölçülen kalıp kuvvetleri ile doğrulanmıştır. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen ÇKH işleminde, başlangıçta sürtünme katsayısı düşük olsa bile deformasyon esnasında oluşan ısınmadan dolayı yükselmektedir. Simülasyonlarda sürtünme katsayısı deneysel olarak belirlenen ortalama değer olan 0,5 alınmıştır. Ti6Al4V için belirlenen malzeme ve hasar modelleri Split Hopkinson Basınç Bar test sisteminde çentikli numunelere yapılan testlerle doğrulanmıştır. İş parçasının düşük ve yüksek sıcaklıklarda ÇKH işleminde, sıcaklığın, efektif gerinimin, efektif gerilmenin, maksimum asal gerilmenin, ortalama gerilmenin, üç eksenli gerilme parametresinin ve efektif gerinim hızının zamanla değişimi ısıl-mekanik analizlerle belirlenmiştir. Analizler, iş parçası üzerindeki sıcaklığın işlem sırasında homojen dağılmadığı göstermiştir. Düşük sıcaklıkta yapılan ÇKH işleminde iş parçası sıcaklığı artarken yüksek sıcaklıkta yapılan işlemde iş parçası sıcaklığı düşmektedir. Analizler, çalışılan proses parametre aralığında alan indirgemesinin ve genişletme açısının kalıp kuvvetleri, gerinim ve gerilmeler üzerinde en etkin işlem parametreleri olduğunu göstermiştir. Her iki parametrenin artışı ile kalıp kuvvetleri artmaktadır. Daha önce deneysel olarak gözlenen iş parçasının orta kesitinde oluşan çapraz kırılma simülasyonlarla doğrulanmıştır. İş parçası mikro yapısının ilk işlem sıcaklığı tarafından etkilendiği gösterilmiştir. İlk kez ÇKH prosesi uygulanan Ti6Al4V alaşımı için seçilen bir sıcaklıkta alan indirgemesi ve genişletme açılarına bağlı kırılma indeksi çıkartılmıştır.Research Project Biyobenzetim tabanlı enerji yutucu zırh sistemlerinin tasarımı ve optimizasyonu(2017) Taşdemirci, Alper; Güden, MustafaProje kapsamında bir deniz kabuklusu olan balandan ilham alınarak geliştirilmiş bir yapının enerji emme karakteristikleri incelenmiştir. Bu amaçla öncelikli olarak biyobenzetim sistemin tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen yapının konvansiyonel enerji yutucu geometrilere göre aynı ağırlık seviyelerinde çok daha üstün enerji emme kabiliyetine sahip olduğu tespit edilmiştir. Yapıların üretimi için derin çekme metodu tercih edilmiştir. Bu metot hem seri üretime oldukça uygundur hem de üretilen malzemelerin artık gerilme ve şekil değiştirme ihtiva etmelerinden dolayı mekanik özellikleri daha yüksek seviyelerde elde edilmektedir. Balan yapısı iki bileşenden oluşmaktadır, bunlar iç çekirdek ve dış kabuktur. Deformasyon sırasında bu iki bileşen arasında etkileşim meydana gelmekte ve yapının toplam enerji emme ve yük taşıma kapasitesi artmaktadır. Statik hızlarda bu artış % 50 seviyelerinde iken dinamik hızlarda bu artış % 150 sevilerine ulaşmaktadır. Geliştirilen sandviç yapının statik ve dinamik ezilme karakteristikleri de incelenmiştir. Ayrıca bu yapılara nümerik olarak patlama yükleri etkilerine maruz bırakılmışlardır. Bu çalışma sırasında balan yapıların diziliminin davranışa olan etkisi de incelenmiştir. Seçilmiş alternatif konfigürasyonlar (tamamı düz, tamamı ters, bir ters bir düz ve bir sıra ters bir sıra düz) arasından düz olarak dizilmiş sandviç yapının en yüksek tepe kuvvetine sahip olduğu en düşük tepe noktası kuvvetinin ise bir ters bir düz yapıda elde edildiği gösterilmiştir. Geliştirilen sandviç yapı 5 kg TNT patlayıcı yüküne 350 mm mesafeden koruma sağlamayı başarmıştır.Research Project Beton için Yeni Bir Statik ve Dinamik Mekanik Karakterizasyon Metodolojisi Geliştirilmesi(2017) Taşdemirci, Alper; Güden, Mustafa; Saatcı, SelçukGünümüze kadar beton malzemesi üzerine yapılan çalısmalarda betonun sekil degistirme hızına baglı olarak mukavemetinin degisimi konusunda bir fikir birligi olusturulamamıstır. Betonun yüksek deformasyon hızı testleri esnasında karsılasılan zorluklar nedeniyle test verilerinden elde edilen sonuçlar farklı sekillerde yorumlanmaktadır. Günümüzde Split Hopkinson Basınç Barı testi bu amaçla en yaygın olarak kullanılan test metodudur. Fakat testler esnasında numunede homojen olmayan gerilme dagılımı meydana gelme riski ve gerilme dalgasında dispersiyon egilimi vardır. Bahsi geçen problemleri asmak amacıyla proje kapsamında dinamik test düzeneklerinde bazı inovatif iyilestirmeler uygulanmıstır. Bunlar piezoelektrik kuartz kristal ve dalga sekillendirici kullanımıdır. Piezoelektrik kuartz kristaller numune çubuk ara yüzeylerine dogrudan yerlestirildigi için gerilme dalgasındaki dispersiyon etkisi minimize edilir. Böylece numunede meydana gelen gerilme tarihçesi daha yüksek hassasiyetle ve farklı noktalardan ölçülebilir. Numune içerisinde gerilme dengesinin saglanması beton gibi gevrek karakterli bir malzemede prematüre kırılma egiliminin önlenmesi açısından oldukça önemlidir. Proje kapsamındaki deneylerde gerilme dalgası sekillendiricisi kullanılarak gerilme dalgasının siddeti ve yükleme hızı kontrol edilebilmistir. Bu sayede numune içerisinde homojen bir gerilme dagılımı saglanmıs ve prematüre kırılma egilimi önlenmistir. Statik ve dinamik mekanik karakterizasyon sonuçları incelenerek beton malzemenin mekanik davranısına uygun bir malzeme modeli seçilmis ve gerekli parametreler belirlenmistir. Belirlenen parametrelerin dogrulukları farklı yükleme kosulları altında test edilmistir. Bu amaçla düsen agırlık testleri icra edilmis ve numunelerde meydana gelen hasarların ve kuvvet tarihçelerinin deneylerle olan uyumları nümerik model sonuçlarıyla tayin edilmistir. Elde edilen sonuçlar incelendiginde betonun mukavemetinde sekil degistirme hızının artısıyla birlikte bir artısın meydana geldigi tespit edilmistir. Bu artısın iki ana sebebi vardır. Bunlardan ilki yüksek hızda meydana gelen hasar esnasında olusan mikro atalet etkisidir. Ikincisi ise beton malzemenin ihtiva ettigi su ve gözenekli yapısından kaynaklanan viskoz davranısıdır. Bu ikinci etkiye malzemenin sekil degistirme hızı hassasiyeti olarak bakılabilir. Yürütülen deneysel ve nümerik çalısma sayesinde bu etkilerin bireysel olarak toplam mukavemet artısındaki etkinlikleri tespit edilebilmistir. Bu sonuç dünya literatürüne oldukça önemli bir katkıdır.