Phd Degree / Doktora

Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/2869

Browse

Filters

2024 - 20256

Settings

Subject: search.filters.subject.Mechanical Engineering

Search Results

Now showing 1 - 6 of 6
  • Doctoral Thesis
    Asimetrik Paralel Manipülatörlerin Tasarımı
    (2025) Kara, Fırat; Kiper, Gökhan
    Bu çalışma, geleneksel simetri anlayışının ötesine geçerek asimetrik paralel manipülatörlerin tasarımına odaklanmaktadır. Literatürde dağınık biçimde yer alan tanımlar sistematikleştirilmiş ve paralel manipülatörlerde asimetri kavramı ilk kez yapısal, boyutsal, konstrüksiyonel ve operasyonel olmak üzere dört temel kategori altında sınıflandırılmıştır. Böylece paralel manipülatör tasarımına özgün ve bütüncül bir metodolojik çerçeve kazandırılmış, bu çerçeve yalnızca kavramsal sınıflandırmayı değil performans temelli tasarım sürecini de yönlendirmiştir. Performans değerlendirmesi sürecinde, manipülatörlerin anizotropik davranışlarını ölçmek amacıyla Jacobian temelli yönlü metrikler geliştirilmiştir. Bu kapsamda, izotropiyi ifade eden yönlü koşul sayısı ve belirli yönlerde erişilebilirliği değerlendiren yönlü hareket kabiliyeti indeksi olmak üzere iki yeni metrik tanımlanmış; ayrıca kuvvet–hız hizalanmasını ölçmek için genelleştirilmiş iletim indisi kullanılmıştır. Çalışma uzayı üzerinde bu metriklerin dağılımları incelenmiş ve elde edilen değerler çok amaçlı bir genetik algoritma ile optimizasyon problemine entegre edilmiştir. Böylelikle tasarım süreci, anizotropik hareket üretimi, yönlü hareket iletim kapasitesi ve kalitesi kriterlerini birlikte gözeten bir yaklaşımla yürütülmüştür. Yöntem, yardımlı el yazısı görevi için tasarlanan düzlemsel asimetrik 5R paralel manipülatör üzerinde uygulanmıştır. Tasarım sürecinde ergonomik kısıtlar ve gerçek el yazısı verilerinden elde edilen karakter hız profilleri dikkate alınmıştır. Genetik algoritma tabanlı optimizasyon sonucunda elde edilen Pareto çözümleri görev yönleriyle uyumlu hız elipsoitleri üretmiş ve literatürdeki simetrik prototiplere kıyasla daha dengeli bir performans sergilemiştir. Elde edilen sonuçlar, asimetrik paralel manipülatörlerin görev yönlü gereksinimlere uygun şekilde tasarlanabileceğini göstermiştir. Geliştirilen sınıflandırma, tanımlanan yeni metrikler ve bütünleşik optimizasyon süreci, literatüre hem kuramsal hem de uygulamalı katkılar sağlamış ve özelleştirilmiş görevler için yüksek performanslı manipülatör tasarımlarının önünü açmıştır.
  • Doctoral Thesis
    Stokastik Arama Yöntemleri ile Nöro-regresyon Yaklaşımı Kullanılarak Binek Araç Rotlarının Tasarımı, Analizi ve Optimizasyonu
    (2025) Sayı, Abdülmecit Harun; Artem, Hatice Seçil
    Bu tez, binek araçların manevra hassasiyeti ve araç dinamiği açılarından kritik öneme sahip direksiyon rot kolları adına tahmin fonksiyonu oluşturulması ve optimizasyonu için, kapsamlı bir çerçeve önermektedir. Çalışma, beş temel mekanik çıktıya odaklanmaktadır: kritik burkulma yükü, eşdeğer plastik şekil değiştirme, yapısal rijitlik, hasar konumu ve toplam ağırlık. Girdi örneklerinin oluşturulmasında D-optimal deneysel tasarımı yöntemi kullanıldı. Elde edilen sonlu elemanlar analizi (FEA) sonuçlarıyla yapay sinir ağlarına dayalı regresyon modelleri (nöro-regresyon) eğitildi. Yaklaşık 100 aday model arasından, stokastik arama yöntemleriyle iyileştirilen ikinci dereceden doğrusal olmayan trigonometrik modeller, istenilen yeterliliğe ulaştı. Optimizasyon aşamasında, üç aşamalı ve giderek artan kısıtlamalara sahip tek hedefli senaryolar altında dört adet stokastik algoritma karşılaştırıldı: Diferansiyel Evrim (DE), Nelder–Mead (NM), Benzetilmiş Tavlama (SA) ve Rastgele Arama (RS). Senaryo 1 ve 2, tek çıktıya bağlı kısıtlamalar içerirken, Senaryo 3 gerçek tasarım zorluklarını yansıtmak üzere çok çıktının kısıtına bağlı koşullara sahiptir. DE, tüm senaryolar boyunca kararlı ve yüksek optimum tasarımlar oluşturdu. NM, ilk iki optimizasyon senaryosunda verimli çalışırken, senaryo 3 te yetersiz kaldı. SA, senaryo 3 te en yüksek hesaplama verimliliğini sağlayarak güvenilir çözümler sundu. RS ise çoklu çıktı kısıtını içeren bu problemlerde geçerli sonuçlar üretemediği gibi ilk iki senaryoda verimli sonuç üretmedi. Bu çalışmanın temel katkılarından biri, 13 adet rot kolu tasarım değişkeni ve rota bağlı 5 adet performans çıktısını eşzamanlı olarak regresyon tabanlı bir optimizasyon sürecine entegre etmesidir. Binek araç rot tasarımında geliştirilen bu yöntem; DOE, FEA, makine öğrenmesi ve stokastik optimizasyonu bir araya getirerek, 3 boyutlu katı model oluşturma ve sonlu elemanlar analizine olan bağımlılığı azaltabileceği gibi tasarım süreçlerini ciddi ölçüde azaltabilir. Çalışma, veri odaklı makine öğrenmesi ile mühendislik tasarımını entegre ederek, binek araç rot kolu geliştirme süreçleri için ölçeklenebilir ve etkin bir çözüm yolu önermektedir.
  • Doctoral Thesis
    Robotların Esnekliği: Tasarım, Modelleme ve Kontrol
    (2024) Görgülü, İbrahimcan; Dede, Mehmet İsmet Can
    Tüm malzemeler bir miktar esneklik sergiler. Sonuç olarak, herhangi bir malzemeden yapılmış bir robot manipülatörü bu yapısal esnekliği miras alır. Tipik olarak esnek robotların konumlandırma doğruluğu daha düşüktür. Bununla birlikte esneklik, kontrollü bir mekanik empedansa ve fiziksel insan-robot etkileşimlerinde artırılmış güvenliğe katkıda bulunduğundan avantajlı da olabilir. Temel zorluk esnek bir robotun giriş/çıkış performansını arttırmaktır. Bu performans büyük ölçüde üç temel bileşene dayanır: robotun mekanik yapısı, denetleyicisi ve denetleyici tarafından kullanılan matematiksel modelin doğruluğu. Bu bileşenlerde yapılan herhangi bir değişiklik veya ayarlama, genel giriş/çıkış performansını etkiler. Bu tez şu üç temel bileşeni kapsamaktadır: model, tasarım ve kontrol. İlk bölüm, çalışma sırasındaki titreşimleri tahmin etmek için aşırı kısıtlanmış bir paralel robot manipülatörünün direngenlik modelinin tasarlanmasına ayrılmıştır. İstenilen yörüngenin (veya girdinin) bu tahminlere göre ayarlanması, çıktı üzerindeki titreşim etkilerinin azaltılmasını mümkün kılar. İkinci kısım da istenilen mekanik empedans için esnek bir mafsal geliştirilir. Bu mafsal, küçük yükler altında esneklik göstermez, ancak etkileşim yükleri arttıkça yu\-mu\-şa\-yan davranışla esner. Mafsal, güvenli fiziksel insan-robot etkileşimlerini sağlarken robotun konumlandırma performansını düşük burulma seviyelerinde korur. Son olarak esnek robot için tasarlanan esnek mafsalı içeren bir denetleyici çerçevesi tasarlanmıştır. Kontrolcü, robotun mekanik durumları (sert ve esnek) arasında istikrarlı geçişler yapma ve istenen görevleri gerçekleştirme (yörünge izleme, istenen empedansı görüntüleme, kuvvet/konum izleme ve güvenliği sağlama) yeteneğine sahiptir.
  • Doctoral Thesis
    The design and optimization of multiscale hybrid nanocomposite structures for vibration and buckling behavior
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Ayakdaş, Ozan; Artem, Hatice Seçil; Aydın, Levent
    Bu 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
    Effects of Fiber Discontinuity in Fiber Reinforced Polymer Matrix Composites
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Kılıçoğlu, Ahmet Süha; Tanoğlu, Metin
    Bu tez, cam elyaf takviyeli kompozit plakaların mekanik davranışları üzerindeki yapısal süreksizliklerin etkisini araştırmaktadır. Bu süreksizlikler, kompozit mikro yapısındaki geometrik kısıtlamalar nedeniyle katmanlar arası (inter-ply) ve katman içi (intra-ply) olarak sınıflandırılmıştır. Süreksizlikler kürleme öncesi ilave edilmiştir. İlk olarak, malzeme özellikleri kupon seviyesinde testlerle belirlenmiştir. Daha sonra, bilgisayarlı sayısal kontrol kesimi ve manuel uygulama ile katman içi süreksizlikler oluşturularak iki tam ölçekli kompozit numune üretilmiştir. Bu numunelerin mekanik özellikleri, servo-hidrolik aktüatörler kullanılarak üç nokta eğme testi ile değerlendirilmiştir. Deneysel test sonuçları, kesitsel fiber hacim oranı değerlendirilerek CAE analiz tahminleriyle karşılaştırılmış ve yerel süreksizliklerin mikroskopik analizi ile desteklenmiştir. Çalışma, yer değiştirme bölgelerinin reçine açısından zengin alanlara yol açtığını ve ekzotermik kürleme sürecinin reçinenin rengini şeffaftan sarıya dönüştürdüğünü, bunun da mekanik dayanıklılığı azalttığını ortaya koymuştur. Ayrıca, fiber süreksizlikleri ve reçine boşlukları, cam elyaf takviyeli polimer (GFRP) kompozit yaprak yayların yapısal bütünlüğünü olumsuz etkilemektedir. Üretim sürecindeki düzensizlikler, malzeme dayanıklılığını ve boşluk doldurma kapasitesini etkilemektedir. Isı transferi ile ilgili sorunların ele alınması, reçine boşluklarını ve ısı kaynaklı çatlakları azaltmak için önemlidir. Bulgular, iç yapısal kusurlar ve reçine boşlukları arasındaki ilişkiyi anlamanın, kiriş tasarımı ve üretim süreçlerini önemli ölçüde iyileştirebileceğini önermektedir. Bu çalışma, mühendislik uygulamalarında kompozit malzemelerin yapısal performansını ve güvenilirliğini optimize etmek için kritik bilgiler sunmaktadır.
  • Doctoral Thesis
    Experimental and Numerical Investigation of the Impact Resistance and Impact Damage Tolerance of a Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Polyphenylene Sulfide (pps) Matrix Composite
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Seven, Semih Berk; Güden, Mustafa; Taşdemirci, Alper
    The impact resistance and impact damage tolerance of an aerospace grade high performance 5 Harness Satin woven fabric carbon fiber reinforced/polyphenylene sulfide matrix (CF/PPS) thermoplastic composite were investigated experimentally and numerically. The numerical modeling was performed using the experimentally determined parameters of material model MAT-58 and Hashin failure criteria in LS-DYNA using the single shell and stacked shell models. The numerical models of the low velocity impact (LVI) tests showed good correlations with the experimental tests while the stacked shell model showed nearer results with the experimental tests. The stacked shell model also estimated the LVI test delamination areas, which were comparable with the experimental damage areas. The LVI tested coupons were further subjected to the compression after impact (CAI) tests in order to determine the damage tolerance of CF/PPS composite. The CAI tests were modeled using the single shell model. The numerical models of the CAI tests showed very similar trends with the experimental CAI tests. The trends were shown to be more converging in the specimens tested at 3 m/s and above in the LVI tests. Lastly, three high velocity impact (HVI) tests were performed at around 100 m/s. The failure mode of the HVI tests was shown to be very different from that of the LVI tests. The long longitudinal and transverse cracks were formed in the HVI tests. The delamination damage in the HVI tests determined using the stacked shell model was found to be more comparable with the experimental delamination damage determined by the C-Scan.