Phd Degree / Doktora

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

Browse

Filters

2020 - 202414

Settings

Department: search.filters.department.Thesis (Doctoral)--İzmir Institute of Technology, Mechanical EngineeringPublisher: search.filters.publisher.01. Izmir Institute of Technology

Search Results

Now showing 1 - 10 of 14
  • Doctoral Thesis
    Actuation System Design of Kinesthetic Type Haptic Devices
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Küçükoğlu, Sefa Furkan; Dede, Mehmet İsmet Can
    Manyetoreolojik sıvı tabanlı (MR) frenler kinestetik tipindeki haptik cihazların eyleyici sistem tasarımında tercih edilmektedir. Fakat MR frenin giriş (akım) ve çıkışı (tork) arasında histeri ilişkisine sahip olması istenmeyen bir özelliktir. Bundan dolayı, MR frenin histeri davranışının modellenmesi için iki gelişmiş ve ileri seviye derin öğrenme yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca eğitim ve test sinyallerinin çeşitliliğini artırmak için ön bir veri işleme adımı önerilmiştir. MR frenin doğrusal olmayan davranışının bir sonucu olan ters histeri içinde bir model önerilmiş ve önerilen model deneysel olarak doğrulanmıştır. Düz ve ters histeri yöntemlerinin doğrulanmasından sonra, bir aktif eyleyici ve bir MR frenden oluşan bir hibrit eyleyici sistem (HES) sunulmuştur. MR frenin kapalı hal torku ve yavaş tepkiye sahip olması gibi diğer kısıtlamaları da incelendi ve bu kısıtlamalar HES tarafından çözüldü. MR frenin geçici rejim davranışı analiz edildi ve bu geçici rejim tepkisini taklit eden bir matematiksel model önerilmiştir. Önerilen matematiksel modelinin performansının geleneksel olarak kullanılan birinci dereceden transfer fonksiyonun performansına kıyasla daha iyi olduğu tespit edilmiştir. Daha sonra HES oluşturulup, aktif eyleyici hem sistemin tepkisini hızlandırmada hem de kapalı hal torkunu elimine etmede kullanılmıştır. Kapalı hal torku; 0.178 Nm'den 0.008 Nm'ye düşürülerek büyük ölçüde ortadan kaldırılmış olup sistemin dinamik aralığı ise 15 dB'den 42.4 dB'e artırılmıştır. Sistemin zaman sabiti sadece MR fren yerine HES kullanıldığında 69.6ms'den 4.4ms'ye geliştirilmiştir.
  • Doctoral Thesis
    Investigation of a wireless battery charging system for electric vehicles
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Yılmaz, Mert; Çetkin, Erdal
    Elektrikli araçlar, sürücülere konforlu ve ekonomik bir sürüş sağlamanın yanı sıra sıfır emisyon özelliğiyle çevreyi kirletmezler. Halihazırda, elektrikli araçlar iletken şarj teknolojisi ile şarj olmaktadırlar. Nufüsun yoğun olduğu bölgelerde ise batarya değiştirme yöntemine başvurulmaktadır. Ancak bu yöntemlerin hiçbiri literatürde menzil kaygısı olarak adlandırılan sorunu çözmemektedir. Bu noktada, kablosuz güç transferi yöntemi menzil sorununa çözüm önermektedir. Elektrikli araçlar bu yöntemle park veya hareket halindeyken fiziksel temasa gerek kalmadan şarj edilebilmektedir. Bu sayede pillere ve şarj hızına olan bağımlılık da azalır. Kablosuz şarj teknolojisi gelişen bir teknolojidir. Yüksek verimlilik ve güvenlik bu yöntemin kabul edilmesi için vazgeçilmez faktörlerdir. Bu tezde kablosuz şarj verimliliğini artırmak için bir dizi deney yapılmıştır. Deneylerde verimlilik ve maliyet ilişkisi ortaya çıkarılmıştır. Hava aralığı, kablo tipi, soğutma, görev döngüsü, transfer ortamı ve bobin yapısı gibi birçok parametrenin verimliliğe etkisi kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Bunlara ek olarak kablosuz güç transferi medyumunda (ortamında) değişikliğe gidilmiştir. Elektrikli araçların kablosuz şarj uygulamalarında transfer ortamı havadır. Bu tezde, transfer ortamı farklı malzemeler ile doldurularak kablosuz güç transferi uygulaması mekanik bakış açısıyla değerlendirilmiş ve bir kavram kanıtlama çalışması yapılmıştır. Bir lityum-iyon batarya pakedi farklı C oranlarında kablosuz olarak şarj edilmiştir.
  • Doctoral Thesis
    Design, prototyping and testing of modified altmann linkage networks To be used as deployable structures
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Demirel, Murat; Kiper, Gökhan
    Bu tez çalışması, iki değiştirilmiş Altmann mekanizması ve bunlardan elde edilen katlanabilir ağ yapılar üzerine odaklanmaktadır. Değiştirilmiş mekanizmalar, genel doğru-simetrik Bricard mekanizmasının özel durumlarıdır. Bu mekanizmalar, orijinal Altmann mekanizmasına göre yapısal avantajlara sahip olup değiştirilmiş mekanizmalardan biri özgündür. Her iki mekanizmanın kinematik analizleri yapılmıştır. Bu mekanizmalarla oluşturulan katlanabilir ağ yapılar sınıflandırılmıştır. Ağ yapıların her birinin özellikleri ve hareket davranışlarını açıklamak için iki mekanizmadan biri seçilmiştir. Bazı ağ yapıların üretilmiş prototipleri sunulmuştur. Kubbe benzeri bir katlanabilir ağ yapısı vaka çalışması olarak seçilmiştir. Vaka çalışması, bir katlanabilir çadır mekanizmasının tasarımını, prototip üretimini ve imalat testlerini kapsamaktadır. İki fiziksel prototip tasarımı, yapısal benzetim çalışmaları ve bazı test sonuçları sunulmuştur. Tasarım geometrisinin parametrik modeli geliştirilerek Microsoft Excel®'de tanımlanmıştır. Katı model ortamına (Solidworks®) bu parametrik modelin aktarımını sağlamak için Excel eklentisi olarak özel bir API geliştirilmiştir. İlk prototipin statik yük koşulları altındaki doğrusal olmayan elastik deformasyon davranışını incelemek için benzetimler koşturulmuştur. Ön- ve son-işlemci olarak MSC Apex®, çözücü olarak ise MSC Nastran® kullanılmıştır. Sunulan sonlu eleman modelleri MSC Apex®'in API kütüphanesi kullanılarak oluşturulmuştur. Bu görev için bir başka özel API iş-akışı oluşturulmuştur. İlk prototipin üretimi ve test sonuçları sunulmuş olup ikinci prototipin üretim ve testleri ileriki çalışmalardır.
  • 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
    Improving the Joining Performance of Carbon Fiber Peek Based Thermoplastic Composites With Laser Surface Treatment
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Türkdoğan Damar, Ceren; Tanoğlu, Metin
    Bu doktora tezinin amacı, nanosaniye atımlı IR-Yb (kızılötesi-iterbiyum) fiber lazer yüzey ön işlemi kullanarak karbon fiber/polieter eter keton (KF/PEEK) kompozitlerinin birleşme bölgesi performansını arttırmaktır. Bu amaçla, sıcak presleme metodu ile üretilen, havacılık sektöründe oldukça yaygın kullanılan KF/PEEK termoplastik kompozitlerin yüzeyleri, farklı lazer parametreleri ile yapıştırıcı film kullanılarak birleştirme öncesi işlenmiştir. Ayrıca, ortalama lazer gücü, tarama hızı, frekans gibi değişen lazer parametrelerinin, yüzey yapısı, mikroyapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkileri ortaya konmuştur. Lazerin yüzey üzerinde oluşturduğu etki, değişen parametrelere bağlı olarak, açığa çıkan enerjinin değeriyle kontrol edilebilmektedir. Bu çalışmada, bu üç lazer parametresinin değiştirilmesinin KF/PEEK kompozit yüzeyine etkisi SEM görüntüleri ile elde edilmiş ve PEEK matrisinin karbon fibere zarar vermeden yüzeyden seçici olarak uzaklaştırılması için gereken optimum enerji değeri için lazer parametrelerinin uygun çalışma aralıkları belirlenmiştir. Çalışmada istenilen yüzey kalitesini elde etmek için lazer parametrelerinin optimum çalışma aralıkları belirlendikten sonra, hazırlanan numuneler üzerinde tek turlu kesme (SLS), Charpy darbe ve çift konsol kiriş (DCB) testleri hem lazer hem de yüzeyleri lazer ile işlenmemiş referans numuneleri için gerçekleştirilerek, lazer yüzey ön işleminin mekanik özellikler üzerindeki etkileri net bir şekilde ortaya konmuştur. Birleştirme yüzeyleri uygun lazer parametreleriyle işlenen numunelerin mekanik dayanımlarında artış sağlanmıştır. Bu artış yüzey pürüzlülük parametreleri ve temas açısı ölçüm değerleri ile ilişkilendirilerek açıklanmıştır.
  • Doctoral Thesis
    Dynamic Wear Simulations of Hip Implants for Daily Life Activities
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Alpkaya, Alican Tuncay; Mihçin, Şenay
    Total hip replacement is widely used around the world for patients whose hip joints lost their functionality. Despite its wide applications and technological developments taking place in the recent years, it still does not produce near-perfect results. It has been observed that many patients with implants have their range of motion often restricted. Although there has been literature covering the daily life motion profiles in Western societies, , it has been observed that a through database of activities including sitting, worship, and lifestyles suitable for Middle Eastern societies is non-existent.Therefore, it is difficult to determine the lifespan of implants used especially in these societies and to determine their wear rates with accuracy. In this thesis, I have utilized the first comprehensive database of daily activities of Turkish population, which was formed using the state-of-the-art motion capture (MOCAP) technologies at Biomechanics and Motion Capture Laboratory of IZTECH. The range of motion and reaction force data were calculated using the inverse kinematics and kinetics methods previously. This previously calculated boundary conditions are fed into the finite element models of hip implants to simulate ten distinct daily life activities Asian style sitting, normal walking cycle, obstacle crossing, Stoop lifting, Squat lifting, Ruku' and I'tıdal, Ruku to Sujud, Sujud, Ascending stairs, and Descending Stairs. The dynamic simulations of hip implants under these boundary conditions are performed in this thesis. In this thesis, a computational wear methodology is utilized to assess the wear performance of hip bearing surfaces under these boundary conditions. Each comprehensive computational wear simulations of each of these daily life activities over five million cycles is performed to provide omputational evidence on the wear rates to assess the wear performance of the bearing couple. The wear prediction model could be utilized to provide guidance on the design parameters with the aim of prolonging the life span of hip implants.
  • 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.
  • Doctoral Thesis
    Designing Composite-Based Cylindrical Structures and Manufacturing Composite Prototypes by Filament Winding Method
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Martin, Seçkin; Tanoğlu, Metin
    This study reports the design, finite element modeling, optimization, fabrication and testing of relatively thick (radius/thickness ~ 7) and long carbon fiber reinforced polymers produced by filament winding against buckling damage under axial loading. The optimum winding angle and stacking sequence against Linear (Eigenvalue) buckling were determined in accordance with the predetermined design requirements utilizing genetic algorithm (GA) optimization via MATLAB. During the optimization process, the critical buckling load factor (λcr) was assigned as objective function, design constraints were natural frequency (fn) and angle of twist (Φ), and ply angles were considered to be variable and restricted with 20 to 87-degree continuous fiber angles in the laminate sequences. As a consequence of the test results, λcr of the proposed optimum model was found to be 3.2 times better than the reference model and both the analytical and finite element model satisfactorily predicted the critical buckling load for all CFRP rods consistent with the test results. The critical buckling loads calculated by applying a KDF of 0.95 for the finite element model and a KDF of 0.9 for the analytical solution were found to be reasonably appropriate for use in the preliminary design input. Additionally, results showed that a higher axial to the circumferential ratio of axial and bending stiffness (A11/A22, D11/D22) promises better buckling performance than other possible candidates. Finally, the microstructures of the produced rods were examined and the fiber volume ratios were calculated by means of chemical characterization.
  • Doctoral Thesis
    Advanced Material Characterization and Modeling the Foreign Body Impact Damage Initiation and Progression of a Laminated Carbon Composite
    (01. Izmir Institute of Technology, 2023) Bayhan, Mesut; Taşdemirci, Alper; Güden, Mustafa
    The coupon level composite sample tests and the accompanying numerical models were carried out to predict the response of woven carbon fiber composite structures against impact. The numerical models of the coupon-level tests were implemented in LSDYNA software using the MAT_162 and MAT_58 composite material models. The results obtained by both quasi-static and dynamic tests were used to determine their constants. In addition to the tests that were used for the determination and calibration of the material model parameters, separate tests and their models were performed for the validation, including punch shear tests and low-velocity impact tests. It could be said that the material models examined were considered comprehensive and precise as the experimental results were well predicted by the numerical models. Also, the rate sensitivity of the woven carbon composite in the in-plane and thickness directions was investigated experimentally and numerically. In the tests, the DIC method was employed in the determination of the displacement and strain of the specimen. Based on the results obtained, it was concluded that the in-plane tensile properties are rate insensitive. Besides, the simulations of the component level tests, such as bird strike and drone impact, were established to investigate the damage initiation and propagation within the composite. It was found that the drone impact results in more severe damage compared to the bird impact. It is worth noting that the development of such precise composite material models to simulate dynamic loadings will definitely shorten the time between the beginning of designing and the component testing.