Mechanical Engineering / Makina Mühendisliği
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4129
Browse
133 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 Kompozit aluminyum köpük malzemesinin hazırlanması ve mekanik özelliklerinin karakterizasyonu(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2001) Yılmaz, Selahattin; Güden, Mustafa; Elbir, SemihBu projede SiC tozları (SiCt), Sic viskerları (SiCv kıl kristal) ve granule Al2O3 tozları (Al2O3g) ayrı ayrı Alüminyum ile karşılaştırılarak metal matriks kompozit (MMK) köpükler hazırlanmıştır. Matriks malzemesi olarak Alüminyum seçilmiştir. TiH2 tozları şişirici ajan olarak kullanılmışlardır.MMK köpükler toz metallurji tekniği ile hazırlanmıştır. Matriks, şişirici alan (%0.5%)ve takviye malzemesi (SiCt veya SiCv veya Al2O3g) iyice karıştırıldıktan sonra, sıcak preste 450circ C ve 200 MPa basınç altında sıkıştırılmaktadır. (%99 Relative yoğunluk) Burda yarı mamül olarak tanımlayabileceğimiz tabletler elde edilmketedir. Yarı mamül matriks malzemesinin erime sıcaklığının üstünde bir sıcaklığa (750 - 850circ C) kadar ısıtılmış bir fırına konmaktadır. Bu sıcaklıklarda, TiH2 bozunması ile açığa çıkan H2 gazları metal içerisinde genleşmekte ve metalin içinde gaz hücrelerinin oluşmasını (köpükleşme) sağlamaktadır. Köpükleşen malzeme fırından çıkarılarak hızlıca soğutulmaktadır. Bu yöntem izlenerek MMK köpükler üretilmiştir. Fırın sıcaklığı ve fırında kalma süresi parametre olarak çalışılmıştır. MMK köpükler malzemeler darbe enerjisini emme için kullanılabilirler. Sonuç olarak Aluminyum köpüklerden daha yüksek enerji emme kapasitesine sahip MMK köpükler hazırlanmıştır.Research Project Çoklu alüminyum kapalı hücreli köpük dolu alüminyum ve polimerik kompozit tüplerin ezilme davranışlarının belirlenmesi(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2005) Güden, Mustafa; Tanoğlu, Metin; Kavi, Halit; Yüksel, SinanBu projede alüminyum (Al) ve polisitren kapalı hücreli köpük dolu boş, ikili tüp ve çok tüplü geometrilerin ve boş kompozit, hibrid kompozit/metal ve alüminyum köpük dolu kompozit ve hibrid tüplerin statik hızlarda ezilme davranışları deneysel incelenmiştir. Al köpük dolumu ile Al tüplerde ezilme modu simetrik moda dönüşmüştür. Daha düşük plato gerilmesine sahip polisitren köpük dolumu ise karışık mod ile sonuçlanmıştır. Tüplerde oluşan deformasyon mod değişimi, köpük dolgunun tüpün kalmlılığını artırma etkisinden kaynaklanmaktadır. Köpük dolgusunun boş Al tüplere etkilere şöyle sıralanabilir: (a) ortalama yük boş tüp ve köpüğün ortalama yüklerinin toplamının üzerine çıkmakta (etkileşim etkisi) ve tüp katlanma uzunluğu azalmaktadır. Benzer sonuçlar ikili tüplerde de görülmüştür. Boş tüplere benzer olarak altıgen ve kübik paketli tüplerde köpük dolgusu deformasyon modunu elmastan simetrik deformasyona çevirmiştir. Paketlenmiş boş tüplerde ortalama ezilme yükü eşit sayıdaki boş tüplerin ezilme yüklerinin toplamından daha yüksektir. Ortalama ezilme yükündeki bu artış, tüpler arasında ve tüpler ve kalıp duvarları arasındaki sürtünme ve sınırlamaların sonucudur. Tekli Al tüplerde köpüğün güçlendirme katsayısı 1,7 bulunmuştur. Bu değer daha önce kare tüpler için belirlenen 1,8 değeri ile uyuşmaktadır. Ancak çoklu tüplerde güçlendirme etkisi tekli tüplerden daha yüksektir. İkili Al tüplerin güçlendirme etkisi çoklu tüplerle benzerdir. Dolayısıyla her iki geometride köpük dolu tüplerde güçlendirme etkisini artırmak için kullanılabilir. Köpük dolu tüplerde enerji emme boş tüp ve köpüğün enerjilerinin toplamından daha yüksektir. Ancak boş tüpün kalınlığının artırılması ile karşılaştırıldığında, köpük dolu tüplerin enerji emme miktarı kalın tüpten daha düşüktür. Bu çalışma sonucunda verimli tüp dolgusu tasarımında, güçlendirme etkisinin ve plato gerilmesinin esas alınarak uygun tüp-köpük kombinizasyonun seçiminin önemi ortaya çıkmıştır. Etkin köpük dolgusu için seçilen köpüğün yoğunluğunun kritik bir değerin üzerinde olması gerekmektedir. Çoklu paketli tüplerde köpük dolgusuyla ulaşılan spesifik enerji emme (SAE) değerleri boş tüpten daha yüksek olmamasına karşın, çoklu tüp geometrileri benzer köpük yoğunluklarmdaki köpük dolu tek tüplerden daha yüksek SAE değerlerine sahiptirler. Bu ise çoklu tüplerin deformasyonu esnasında oluşan sürtünme ve sınırlamalardan kaynaklanmaktadır.Kompozit boş tüplerde iki farklı ezilme modu gözlenmiştir: ilerleyen ezilme ve katastropik kırılma (basma bantları). İlerleyen ezilme daha yüksek ortalama yük ve SAE değerleri ile sonuçlanmıştır.Research Project Çok katmanlı malzemelerde gerilme dalga geçişi(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2007) Güden, Mustafa; Taşdemirci, AlperKatmanlı malzemelerin yüksek hız deformasyon davranışı deneysel ve nümerik metotlar birlikte kullanılarak incelenmiştir. Hopkinson Basınç Bar (HBB) tekniğinin, kullanılan nümerik modelleri doğrulamak için oldukça uygun bir metot olduğu gösterilmiştir. Kompleks çok katmanlı malzemlerdeki gerilme dalgası geçişinin modellenmesinin fizibiletisi ve faydaları açıkca görülmüştür. HBB’ında varsayılan tek yönlü dalga geçişi yaklaşımının, dalga geçişinin anlaşılmasında yetersiz olduğu ve dalga geçişinin anlaşılması için nümerik ve deneysel yöntemlerin birlikte kullanılması gerektiği gösterilmiştir. Poisson oranı yüksek arayüzey malzemesinin yatay yöndeki deformasyon sınırlandırılması durumunda arka tabakaya elastik dalgaların kolay geçtiği, ancak düşük elastik modüllü bir arayüzey malzemesinin ise arka tabakaya iletilen gerilmeyi azaltığı gösterilmiştir. Projenin ikinci kısmında değişen takviye hacim oranlarına sahip SiC parçacık takviyeli Al matris metal matris kompozitlerden oluşan Fonksiyonel Dereceli Malzemeler (FDM), toz metalürjisi yöntemiyle hazırlanarak, statik ve dinamik yükler altındaki ezilme davranışları incelenmiştir. Dinamik testler basma tipi HBB testi kullanılarak 1000-3000s-1 aralığında yapılmıştır. HBB ile yapılan dinamik testler FDM’nin katmanları arasında kompleks dalga yayınımlarını göstermiştir. Numuneler yüksek hızlarda yapılan dinamik basma testlerinde özellikle, empedansı en düşük olan katmanın ara yüzeyinden kırılmıştır. Bu sonuç, %10 ve %20 SiC katmanlı kompozit malzeme sisteminin LSDYNA-3 kullanılarak yapılan sonlu elemanlar modeliyle de doğrulanmıştır. Modelleme sonucunda, dinamik basma testleri esnasında en düşük empedansa sahip katmanın daha yüksek basma gerilme-zaman geçmişine sahip olduğu görülmüştür. Kırılan numunelerin mikroskobik olarak incelenmesi, katmanlı numunelerde mekanik olarak en zayıf bağın katmanlar arasındaki ara yüzeyler olduğunu göstermiştir. Bunun tek nedeni ara yüzeylerde ince bir oksit tabakasının oluşmasıdır.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).