Mechanical Engineering / Makina Mühendisliği
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4129
Browse
187 results
Search Results
Article Citation - WoS: 2Citation - Scopus: 3Design and Manufacturing of a Hip Joint Motion Simulator With a Novel Modular Design Approach(Springer, 2024) Torabnia, S.; Mihçin, D.Ş.; Lazoglu, I.The study is aimed to develop a hip joint wear simulator using a modular design approach to help experimentally monitor and control critical wear parameters to validate in-silico wear models. The proper control and application of wear parameters such as the range of motion, and the applied force values while estimating the lost material due to wear are essential for thorough analysis of wear phenomena for artificial joints. The simulator's dynamics were first modeled, then dynamic loading data was used to calculate the forces, which were further used for topology optimization to reduce the forces acting on each joint. The reduction of the link weights, connected to the actuators, intends to improve the quality of motion transferred to the femoral head. The modular design approach enables topology-optimized geometry, associated gravitational and dynamic forces, resulting in a cost-effective, energy-efficient product. Moreover, this design allows integration of the subject specific data by allowing different boundary conditions following the requirements of industry 5.0. Overall, the in-vitro motion stimulations of the hip-joint prosthesis and the modular design approach used in the study might help improve the accuracy and the effectiveness of wear simulations, which could lead into the development of better and longer-lasting joint prostheses for all. The subject-specific and society-based daily life data implemented as boundary conditions enable inclusion of the personalized effects. Next, with the results of the simulator, CEN Workshop Agreement (CWA) application is intended to cover the personalized effects for previously excluded populations, providing solution to inclusive design for all. © 2023, The Author(s), under exclusive licence to Springer-Verlag France SAS, part of Springer Nature.Article Citation - WoS: 9Citation - Scopus: 11Experimental Investigation of Spray Characteristics of Ethyl Esters in a Constant Volume Chamber(Springer, 2024) Ulu, A.; Yildiz, G.; Özkol, Ü.; Rodriguez, A.D.Abstract: Biodiesels are mainly produced via the utilization of methanol in transesterification, which is the widespread biodiesel production process. The majority of this methanol is currently obtained from fossil resources, i.e. coal and natural gas. However, in contrast with methanol, biomass-based ethanol can also be used to produce biodiesels; this could allow the production line to become fully renewable. This study aimed to investigate the spray characteristics of various ethyl ester type biodiesels derived from sunflower and corn oils in comparison to methyl esters based on the same feedstocks and reference petroleum-based diesel. Spray penetration length (SPL) and spray cone angle (SCA) were experimentally evaluated in a constant volume chamber allowing optical access, under chamber pressures of 0, 5, 10 and 15 bar and injection pressures of 600 and 800 bar. Sauter mean diameter (SMD) values were estimated by using an analytical correlation. Consequently, ethyl esters performed longer SPL (2.8–20%) and narrower SCA (5.1–19%) than diesel under ambient pressures of 5 and 10 bar. Although the SMD values of ethyl esters were 48% higher than diesel on average, their macroscopic spray characteristics were very similar to those of diesel under 15 bar chamber pressure. Moreover, ethyl esters were found to be very similar to methyl esters in terms of spray characteristics. The differences in SPL, SCA and SMD values for both types of biodiesels were lower than 4%. When considering the uncertainty (± 0.84%) and repeatability (±5%) ratios, the difference between the spray characteristics of methyl and ethyl esters was not major. Graphical abstract: [Figure not available: see fulltext.] © 2022, The Author(s), under exclusive licence to Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature.Article Gemi Sevk Gücü ve Isı Transferinin Yapısal Gelişim Teorisi ile İlişkisi(TMMOB Gemi Mühendisleri Odası, 2022) Güneş, Ümit; Çetkin, Erdal; Şahin, BahriYapısal Gelişim Teorisi 1996 yılında literatüre kazandırılmış olup tabiattaki ve mühendislikteki tasarım prensiplerini açıklar. Teori, yeryüzündeki akış sistemlerini bütüncül bir şekilde ele alır. Akışın (hareketin) olmadığı yerde çoğu zaman canlılıktan bahsetmemiz dahi mümkün olmamaktadır. Akış sistemlerinin çözümünde anahtar davranış biçimi bu sistemlerin minimum dirençli yol ile hareketini sürdürmesidir. Belli bir zaman dilimi için minimum direnç ile hareket eden sistem zaman geçtikçe kendine yeni yollar (kanallar) bulmakta ya da bazı yolları hiç kullanmayarak yönünü değiştirmektedir. Yapısal Gelişim Teorisi ise hayati öneme sahip olan akış sistemlerinin fiziksel arka planını ortaya koymaktadır. Bu makalede özellikle mühendislik çözümlerinin başında gelen akış sistemlerinin yapısı (gemilerde kurulu ana makine gücü ve ısı transferi örnekleri özelinde) ve Yapısal Gelişim Teorisi’ne göre ilişkisi araştırılmıştır. Bunun için 1085 adet petrol tankeri için DWT ile bu tankerler için gerekli olan güç ilişkisi nonlineer regresyon ile analiz edilmiştir. Sonuç olarak gemilerdeki genel gelişimin ve ısı transferinin yapısal gelişim prensiplerine uygun şekilde gerçekleştiği gösterilmiştir.Article Citation - WoS: 3Boşluk İletim Tabakasız ve Esnek Organo Kurşun İyodür Perovskit Güneş Hücresinin Çevresel Etki Değerlendirmesi(Gazi Üniversitesi, 2022) Sarıaltın, HüseyinPerovskit güneş pilleri (PSC) esneklik ve düşük maliyetli rulodan ruloya üretim gibi avantajlarla birlikte son zamanlarda güç dönüşüm verimliliğinde de önemli bir ilerleme kat etmiştir. PSC'lerin ticarileştirilmesinden önce çevresel performansının yaşam döngüsü değerlendirme (LCA) yöntemi ile araştırılması önemlidir. Bu çalışmada, literatür verilerinden istifade edilerek, esnek Polietilen tereftalat (PET) alt tabaka ve boşluk iletim katmanı (HTL) eliminasyonunu içeren çözelti bazlı organo-kurşun iyodür perovskit güneş hücresinin beşikten kapıya yaşam döngüsü analizi (LCA) gerçekleştirilmiştir. 1 m2 hücre alanı üretiminden kaynaklanan çevresel etkiler altı Uluslararası Referans Yaşam Döngüsü Veri Sistemi (ILCD) kategorisinde belirlenmiştir. Analizin sonucunda, en fazla etki değerinin yüksek elektrik enerjisi tüketimine sahip vakum biriktirme işlemi gereksinimine sahip olan alüminyum metal elektrot tabakasının imalatından kaynaklandığı bulunmuştur. Ticari fotovoltaik teknolojilerle karşılaştırma yapabilmek için en yaygın kullanılan çevresel göstergelerden birisi olan küresel ısınma potansiyeli (GWP), birim kWh elektrik üretimi için hesaplanmıştır. Buna göre, bu çalışmada incelenen HTL'siz esnek (HFF) PSC'nin ticari PV'lerle rekabetçi GWP değerine ulaşmak için 15-20 yıl cihaz ömrüne ihtiyacı olduğu bulunmuştur.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 Seramik matriks kompozitlerin düşük sıcaklıklarda polimer piroliz yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2004) Tanoğlu, Metin; Akkaş, Hatice Deniz; Öveçoğlu, M. LütfiSeramik matriks kompozit (SMK) ler önseramik polimerlerin pirolitik dönüşümü kullanılarak geliştirilmiştir. İlk olarak, fenil (PPS) ve metil (PMS) ihtiva eden polisiloksanlar, ısıl dönüşümleri ve faz oluşumlarının incelenmesi için dolgu malzemesi ilave edilmeden, değişik piroliz sıcaklıklarında (900-1500°C) ve argon atmosferinde piroliz prosesine tabi tutulmuştur. Bunun sonucunda, 1300°C'ye kadar inert atmosferde gerçekleşen piroliz ile polimerlerin amorf silikon oksikarbür (SiOxCy) seramiklerine dönüştüğü gözlenmiştir. Daha yüksek sıcaklıklardaki dönüşümler beta -SiC kristallerinin oluşumuna sebep olmuştur. SMK'lar, ağırlıkça % 60-80 oranında değişen aktif ve inert dolgular ilave edilerek 15 MPa basınç altında sıcak preslemeyle polimerize edilmiş, inert argon ve reaktif azot atmosferinde 900-15 00°C arasındaki sıcaklıklarda piroliz ile üretilmiştir. Dolgu tipi ve oranının, piroliz sıcaklığı ve atmosferin faz oluşumlarına etkileri XRD, SEM-EDX ve TGA yöntemleriyle incelenmiştir. Sonuçlar, Ti gibi aktif bir dolgu maddesinin kullanılması durumunda aktif dolgunun polimerin bozunma ürünleri ile reaksiyonu sonucu amorf matriks içerisinde TiC, TiSi, ve TiO v.b. kristallerin oluştuğunu göstermiştir. Bunun yanında, inert SiC ilaveli kompozitlerde herhangi yeni faz oluşumu gözlenmemiştir. Aktif dolgu kontrollü polimer piroliz (AFCOP) tekniğinin etkilerini incelemek için SMK'ların kütle kaybı ve yoğunluk artışı değerleri ölçülmüştür. Seramik yapılara aktif dolgu ilave edilmesi durumunda, polimer oranının düşmesi ve dolgu malzemesi ile polimer arasındaki reaksiyonların sonucu olarak kütle değişimleri belirgin şekilde etkilenmiştir. Dolgusuz PPS ve PMS numunelerinde 1500°C'de piroliz işlemi sonucu ölçülen % 27 ve 17 'lik kütle kaybının, kompozit sistemlerinde % 2 seviyelerine kadar düştüğü görülmüştür. Vickers Sertlik testleri ile yapılan mekanik özellik karakterizasyonları SiOC esaslı seramiklerin maksimum sertlik değerlerine (dolgusuz PPS için 8.88 GPa, dolgusuz PMS için 10.67 GPa) çatlaksız ve en az gözenek içeren numunelerin üretildiği optimum sıcaklık olan 1100°C'de ulaşıldığını göstermiştir. Ti ilaveli kompozit sistemlerde ise sertlik değerleri 14 GPa kadar çıkmıştır.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 Üstüniletken MgB2 tellerin üretimi ve karakterizasyonu(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2005) Okur, Salih; Özyüzer, Lütfi; Abukay, Doğan; Emirdağ, Mehtap; Tanoğlu, Metin; Eğilmez, MehmetMgB2 alaşımının 39 K lik Tc kritik sıcaklığına sahip bir üstüniletken olduğunun 2001 de keşfedilmesi çok iyi üstüniletken olduğu bilinen NbTi ve NbsSn malzemelerinin yanısıra uygulamaya daha yakın yeni bir üstüniletken malzeme olma ümidini de artırmıştır. O günden bu güne MgB2 üstüniletken tellerin üretilmesi konusunda çok etkileyici bir aşama kaydedilmiştir. Daha yüksek kritik akım yoğunluğuna ulaşmak için gerekli parametrelerin araştırılması konusunda birkaç teknik geliştirilmiştir. Bunların arasında 'tüp içinde toz ' (TIT) adı verilen metot diğerlerine göre daha pratik ve ümit verici gözükmektedir. Bazı metal ve alaşımların TIT işleminde kılıf malzeme olarak kullanılmaya uygun bulunmuştur. Bunlardan demir ve alaşımları kısmen MgB2 özelliğini bozmadığı gibi manyetik ekranlama yaparak dış manyetik alanların kritik akım üzerindeki yan etkilerini azaltarak daha yüksek değerlere ulaşılmıştır. TIT yöntemi ile MgB2 üretimi sırasında iki farklı teknik vardır. Birisinde reaktif MgB2 tozlar kulanılırken diğerinde belli kimyasal oranlarda karıştırılmış reaktif olmayan Mg+2B tozları kullanılmaktadır. Daha sonra bu tozlar reaksiyon yapmayan bir tüp veya kapsül içine kapatılıp 900 ile 1000 °C civarında belirli bir süre tavlanmaktadır. Bu yöntem ile Demir kılıflı MgB2 üstüniletken tellerinden 15 K de 10 A/cm civarında bir Jc kritik akım yoğunluğuna ulaşılmıştır. Bu projede ilk adım olarak borik asitten M&B2 elde edilmiş ve elde edilen MgB2 in yapısını XRD ve SEM EDX mikroskopu ile karakterize edilmiştir. Uygun bir saflığa sahip MgB2 e ulaşıldığında elektriksel ve manyetik özellikleri pellet haline getirilip incelenmiştir, ikinci adımda ise üretilen MgB2 tozlarından üstüniletken MgB2 tel ve teyplerin TIT yöntemi ile üretilmiştir ve Cu, Fe, ve paslanmaz çelik gibi MgB2 ile etkileşmeyen malzemeler kılıf olarak kullanılanarak üretilmeye çalışılmış ve bu üstüniletken MgB2 tellerin özdirenç ve manyetik alana bağlı olarak kritik akım (Jc) karakteristiğinin sıcaklığa bağımlılığı incelenmiştir.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.