An experimental approach to nanomechanical buckling and snap-through phenomenon
Nanomekanik burkulma ve ani geçiş fenomenine deneysel bir yaklaşım
- Tez No: 577413
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET SELİM HANAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Burkulma, makine ve inşaat mühendisliğinde kaçınılan bir durum olmasından kaynaklı olarak, mühendislik uygulamalarında önemli bir yer kazanamamıştır. Buna rağmen burkulma, iki durumlu doğası, zengin ve karmaşık dinamikleri sayesinde nanoelektromekanik sistemler alanında önemli bir konuma sahip olma potansiyeli taşımaktadır. Bu tez, nano boyutlardaki bir kirişin burkulma sonrası dinamiklerini keşfetmek için yapılan ve bu amaçla çeşitli ölçüm tekniklerinden yararlanılan deneysel çalışmaları konu almaktadır. Nano boyuttaki kirişin burkulma miktarını ve yönünü, tamamen elektronik bir mimari kullanarak kontrol ederek, iki kademeli bir mekanik sistemi yüksek hızda ve kesinlikte kontrol etme kabiliyeti olan bir sistem geliştirmiş olduk. Potansiyel enerji dağılımının kapsamlı bir biçimde kontrol edilişi, 3 ayrı taramalı elektron mikroskop modu ve mikrodalga bağlaşımı olmak üzere 4 farklı yöntem ile gösterilmiştir. Konsept ispatı niteliğindeki deneylerde, sağ/sol burkulma, yüksek genlikli burkulma, iki durumluluk için kanıt niteliğinde olan uçucu olmayan veri analizi ve ani-geçiş fenomeni gösterilmiştir. Çalışmanın sonraki aşamalarında, ani geçiş adı verilen burkulma sonrası kararlı durumlar arası geçişler derinlemesine incelenmiştir. Bu deneylerde, mekanik yönelimin, plastik deformasyonun ve farklı tahrik kalıplarının kararlı durumlar arası atlamalara olan etkisi incelenmiştir. Dahası, burkulma sonrası dinamiklerin daha iyi anlaşılması açısından önemli olan nicel ölçümler yapılmış, sistem reaksiyon hızları ve durumlar arası geçişlerin zamanlamaları ölçülmüştür. Son olarak bazı özel durumlarda titreşimsel ani geçiş durumu gözlemlenmiştir. Bu gözlemlerin detaylı analizi sonucu edinilecek bilgiler, gürültü dinamiklerini anlamak ve nano boyutta enerji hasadı uygulamaları için potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
Buckling has received little attention as a valuable resource for engineering applications since it is regarded as a type of failure in civil and mechanical engineering. Nevertheless, buckling has a great potential in nanoelectromechanical systems (NEMS) field as a bistable process that has rich and complex dynamics. Here, we explore post buckling dynamics of a nano-beam experimentally by employing various probing techniques. By employing an all-electronic architecture, we precisely control the buckling amount as well as buckling direction of the nano-beam which eventually gives us the ability to control a two-level mechanical system with high precision and speed. A full control over the potential energy landscape of the system is demonstrated with different techniques such as Scanning Electron Microscopy in three different modes and microwave coupling method. During proof of concept experiments, left and right buckling, large deflection buckling, nonvolatility – which is an indication of pure bistable states – and snap-through phenomenon is demonstrated. Further steps of the study focused on the snap-through phenomenon that is the interstate transitions of the buckling beam after bifurcation. During these experiments, more involved relations are investigated such as mechanical bias and effect of plastic deformation as well as the effect of actuation scheme on interstate jumps. Moreover, to obtain a better grasp of post-buckling dynamics, quantitative measurements are done which reveal the reaction speed of the system and timescale of interstate jumps. Lastly, oscillatory snap-through motion is observed in some special conditions that can be beneficial to understand noise dynamics of the system and energy harvesting applications.
Benzer Tezler
- Nanomekanikte yerel olmayan elastisite teorisi ve çok-ölçekli modellemeye uygulanması
Nonlocal theory of elasticity in nanomechanics and application to multiscale models
MERAL TUNA EROĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Nanoçubuklarda büyük yer değiştirme ve yerel olmayan elastisite teorilerine göre deplasman hesabı
Calculation of displacements of nanorods according to nonlocal theory of elasticity and large displacement theory
GÖKHAN GÜÇLÜ
Doktora
Türkçe
2020
Matematikİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA ARTAN
- Mechanical behavior of the bi-directional beams
Malzeme özellikleri iki doğrultuda değişen kirişlerin mekanik davranışları
MURAT ÇELİK
Doktora
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA ARTAN
- An experimental study on the incorporation of carbon nanotubes into resin transfer molded composites
Karbon nanotüp ile güçlendirilmiş elyaf takviyeli kompozitlerin üretimi üzerine deneysel bir çalışma
FAZLI FATİH MELEMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILDIZ
- Magnetic monitoring approach to kinetics of phase transformations in multicomponent alloy systems
Çok bileşenli alaşım sistemlerinde faz dönüşüm kinetiğine manyetik izleme yaklaşımı
NAGEHAN DUMAN
Doktora
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AMDULLA O. MEKHRABOV
PROF. DR. M. VEDAT AKDENİZ