Phd Degree / Doktora
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/2869
Browse
2 results
Search Results
Doctoral Thesis The design and optimization of multiscale hybrid nanocomposite structures for vibration and buckling behavior(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Artem, Hatice Seçil; Artem, Hatice Seçil; Aydın, Levent; 03.10. Department of Mechanical Engineering; 03. Faculty of Engineering; 01. Izmir Institute of TechnologyBu tezde, otomotiv, havacılık ve uzay sanayi gibi endüstrilerde yaygın olan geleneksel sentetik karbon ve cam elyaf takviyeli kompozit yapılara alternatif olarak çok fazlı hibrit doğal fiber takviyeli nanokompozit yapılar sunulmaktadır. Alternatif tasarımların kritik burkulma yükünü, doğal frekansını ve yapısal güvenlik faktörünü maksimize etmek için Differential Evolution, Simulated Annealing, ve Nelder-Mead stokastik optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Fiber hacim oranı, fiber oryantasyon açısı ve her tabakadaki Karbon Nanotüplerin (CNT) veya Grafen Plaketlerin (GPL) hacim içeriği eş zamanlı olarak tasarım değişkenleri olarak kullanılmıştır. CNT veya GPL ile güçlendirilmiş matrislerin etkili malzeme özellikleri, nanodolgu maddelerinin kümelenme etkileri göz önünde bulundurularak Modifiye Halpin-Tsai denklemleri ve karışım kuralı kullanılarak hesaplanmıştır. Çok fazlı ara hibrit fiber tabakalı nanokompozit yapıların vibrasyon, burkulma ve hasar analizleri, hem analitik yöntemler (Navier çözümü ile Birinci Derece Kayma Deformasyon Teorisi (FSDT) ve Klasik Laminasyon Teorisi (CLT)) hem de Sonlu Elemanlar Metodu (FEM) kullanılarak yapılmıştır. Maksimum mekanik özellik ve minimum ağırlık ve maliyet için çok amaçlı optimizasyon problemleri, geleneksel kompozit yapılara çevre dostu, hafif ve düşük maliyetli alternatifler önerebilmek amacıyla Ceza Fonksiyonu yaklaşımı kullanılarak stratejik bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, otomotiv endüstrisinde potansiyel gelecekteki uygulamalar için optimum nanokompozit tahrik mili tasarımları, kalınlık boyunca kümelenme etkileri dahil olmak üzere eşit olmayan şekilde dağılmış fiber ve CNT dağılımına sahip hibrit Karbon/Keten/CNT takviyeli yapılarla önerilmiştir. Genel sonuçlar, doğal fiberlerin GPL veya CNT ile optimize edilmesinin, mühendislik yapılarında sadece çevresel sürdürülebilirlik açısından değil, aynı zamanda ağırlık, maliyet, frekans ve burkulma özelliklerine dayalı kompozit malzeme tasarımının performansı açısından da avantajlar sağladığını göstermiştir.Doctoral Thesis Biological Nano Silica Reinforced Polymeric Composites(01. Izmir Institute of Technology, 2022) Güden, Mustafa; Güden, Mustafa; 03.10. Department of Mechanical Engineering; 03. Faculty of Engineering; 01. Izmir Institute of TechnologyThe present thesis study focused on processing nano-silica powders of varying sizes and crystallinities through heat treatment (900–1200 °C), hydrofluoric acid leaching (1–7 N), and ball milling (1 h, 500 rpm) of natural diatom frustules. As-received frustules was composed of amorphous silica (88%) and quartz. The partially ordered crystalline low-quartz and/or precursor to low-cristobalite started to form at ~900 °C. As the heat treatment temperature increased, the crystallinity of the frustules increased from 9.3% at 25 °C to 46% at 1200 °C. Applying a ball milling reduced the mean particle sizes of the as-received and heat-treated frustules from 15.6–13.7 μm to 7.2-6.7 μm, respectively. Acid leaching of the as-received and heat-treated frustules resulted in a further increase in the crystallinity. Furthermore, ball milling applied after an acid leaching was very effective in reducing the particle size of the as-received and heat-treated frustules. The mean particle size of the acid-leached frustules decreased to 774-547 nm with a crystallinity varying between 12 and 48% after ball milling. A partially dissolved amorphous phase was observed in between crystalline silica grains after acid leaching, which resulted in a rapid fracture/separation of the frustules in ball milling. The prepared nano-silica powders were further used as a filler in an epoxy matrix. The tensile strength, fracture strain, and modulus of epoxy increased with increasing the volume percent of nano-silica up to 2%. The increase in the yield strength and elastic modulus was about 50% and 30% with the addition of 2 vol% frustules, respectively. The rule of mixtures showed a very good agreement with the experimental elastic modulus values and a numerical model of the tensile test in LS-DYNA agreed well with the experimental tensile stress-strain behavior. The microscopic observations showed the presence of nano-silica powder, proving an efficient load transfer from matrix to powders on the fracture surfaces, confirming a strong interface between silica powders and matrix.