Mechanical Engineering / Makina Mühendisliği
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4129
Browse
59 results
Search Results
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 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).Research Project Otomobil endüstrisi için mukavemeti yüksek seramik katkılı kapalı hücre alüminyum köpük metallerin geliştirilmesi(2009) Güden, Mustafa; Taşdemirci, Alper; Yüksel, Sinan; Toksoy, Ahmet Kaan; Gültürk, Elif; Karsu, Nurettin DenizFarklı seramik ve metal toz katkılarının Al toz tabletlerinde köpükleşme ve mekanik davranışlara etkileri incelenmiştir. Katkı malzemesi olarak sıvı Al ile ıslatılan Ti6Al4V ve diyatomdan elde edilen silika parçacıkları ve Al tarafından yarı ıslatılan SiC parçacıkları, SiC nano toz ve SiC viskır kullanılmıştır. Ti6Al4V parçacıklarının sıvı Al içerisinde küçük boyutlu TiAl3 intermetalik fazı oluşturması ile artan sıvı tablet viskozitesi köpüğün kararlılığını artırmakta; fakat, köpükleşmeyi azalmaktadır. Köpük kararlılığı ve köpükleşme uzaması kullanılan Ti6Al4V toz boyutu ve yüzdesi ile değişmektedir. Sıvı Al tarafında ıslatılan bir diğer toz olan diyatom SiO2 katkısında ise düşük yüzdelerde köpükleşme maksimum uzamaya kadar artmaktadır. Artan katkı yüzdelerinde ise viskozite artışı ile tabletlerin köpükleşmesi azalmaktadır. SiC katkılı tabletlerde köpükleşme, kullanılan tozların toplam yüzey alanı ile değişmektedir. Optimum parçacık toplam yüzey alanında (~100000 mm2), SiC içeren tabletlerin uzamaları katkısız tabletlere göre daha yüksektir. Küçük boyutlu tozlarda artan yüzey alanı düşük parçacık yüzdelerinin, büyük parçacık boyutlarında ise daha yüksek parçacık yüzdelerinin kullanılmasının gerekliliği gösterilmiştir. Mikroskobik çalışmalar SiC parçacıklarının çoğunlukla hücre duvar yüzeylerinde asılı, Ti6Al4V ve SiO2 parçacıklarının ise tamamen hücre duvar içlerinde yer aldığını göstermiştir. Çalışılan parçacık boyu ve yüzdelerinde SiC katkısı plato gerilmesi ve enerji emme miktarlarını sırası ile %35 ve %20 artırmaktadır. Simülasyon sonuçları kritik köpük yoğunluğunun altında ticari olarak kullanılan boş 6063 T6 Al ve çelik tüplerin köpük dolu tüplerden maliyet ve ağırlık açısından daha avantajlı olduğunu göstermiştir.Research Project Patlama ve balistik tehditlere karşı koruyucu çok katmanlı malzeme sistemlerinin yüksek deformasyon hızlarında mekanik ve nümerik test metotlarının geliştirilmesi ve optimizasyonu(2011) Taşdemirci, AlperBu çalışmada ana amaç çok katmanlı zırh sistemlerinde kullanılacak malzemelerin yüksek deformasyon hızlarındaki mekanik davranışlarını ve gerilme dalgası ilerleyişi karakteris tiklerini incelemek ve bu amaca uygun çeşitli mekanik ve nümerik test metotları geliştirmektir. Bu amaçla ülkemizde bir ilk olarak Hopkinson basınç barı kurulmuştur. Proje kapsamında çeşitli ara yüzey malzemelerinin zırh sistemlerinin balistik performanslarına etkisi laboratuar ve açık saha o rtamında yapılan yapılan testler ve bu testlerin nümerik simülasyonları ile incelenmiştir.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.Article Citation - WoS: 3Citation - Scopus: 3Quasi-Static and Dynamic Brazilian Testing and Failure Analysis of a Deer Antler in the Transverse To the Osteon Growth Direction(Elsevier, 2023) Orhan, Mehmet; Sarıkaya, Mustafa Kemal; Taşdemirci, Alper; Tuncer, Can; Güden, MustafaThe transverse tensile strength of a naturally fallen red deer antler (Cervus Elaphus) was determined through indirect Brazilian tests using dry disc-shape specimens at quasi-static and high strain rates. Dynamic Brazilian tests were performed in a compression Split-Hopkinson Pressure Bar. Quasi-static tensile and indirect Brazilian tests were also performed along the osteon growth direction for comparison. The quasi-static transverse tensile strength ranged 31.5–44.5 MPa. The strength increased to 83 MPa on the average in the dynamic Brazilian tests, proving a rate sensitive transverse strength. The quasi-static tensile strength in the osteon growth direction was however found comparably higher, 192 MPa. A Weibull analysis indicated a higher tensile ductility in the osteon growth direction than in the transverse to the osteon growth direction. The microscopic analysis of the quasi-static Brazilian test specimens (tensile strain along the osteon growth direction) revealed a micro-cracking mechanism operating by the crack deflection/twisting at the lacunae in the concentric lamellae region and at the interface between concentric lamellae and interstitial lamellae. On the other side, the specimens in the transverse direction fractured in a more brittle manner by the separation/delamination of the concentric lamellae and pulling of the interstitial lamellae. The detected increase in the transverse strength in the high strain rate tests was further ascribed to the pull and fracture of the visco-plastic collagen fibers in the interstitial lamellae. This was also confirmed microscopically; the dynamically tested specimens exhibited flatter fracture surfaces. © 2023 Elsevier Ltd