Nonlinear viscoelastic material modeling using nested linkage mechanisms
İçiçe konumlandırılmış çubuk mekanizmaları ile lineer olmayan viskoelastik malzeme modellemesi
- Tez No: 731063
- Danışmanlar: PROF. ÇETİN YILMAZ, PROF. FAZIL ÖNDER SÖNMEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Viskoelastik maddeler, Çubuk sistemler, Viscoelastic materials, Bar systems
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, içiçe konumlandırılmış bağlantı mekanizmalarına eklenmiş doğrusal yay ve sönüm elemanları gibi basit parçalar kullanılarak, lineer olmayan viskoelastik malzemelerin mekanik davranışları taklit ve tahmin edilmiştir. Hiperelastik malzemelerde sıklıkla gözlemlenen yarı-statik yükleme altında ilk başta yumuşama ve arkasından gelen sertleşme eğilimi, önerilen mekanizma model ile taklit edilmiştir. Bu şekilde doğrusal olmayan malzeme davranışı, bağlantı mekanizması modelinin doğrusal olmayan geometrik özelliği ile taklit edilmiştir. Aynı zamanda, mekanizma modeli barındırdığı sönüm elemanları sayesinde viskoelastik malzemelerin gevşeme, histerezis ve dinamik sertlik tepkilerini de göstermektedir. Literatürde bulunan önceki çalışmalar çoğunlukla iki ayrı test senaryosuna odaklanmıştır. Literatürdeki deneysel çalışmalar ile, mekanizma modeli kıyaslandığında, yarı-statik yükleme, gevşeme, histerezis ve dinamik sertlik testlerinin farklı ikili kombinasyonları altında model tahmin sonuçları malzeme tepkisini başarılı bir şekilde tahmin edebilmiştir. Literatürdeki deneysel çalışmalar incelendiğinde, üç farklı test koşulunu aynı anda değerlendiren çalışma sayısının çok az olduğu gözlemlenmektedir. Model doğrulaması amacıyla bahsi geçen dört farklı test senaryosu ilk defa, bu tez ile aynı anda değerlendirilmiştir. Bu dört farklı test senaryosu, farklı sertlik ve sönüm özelliğine sahip üç farklı kauçuk numune üzerine uygulanmıştır. Mekanizma modelinin bu dört test senaryosu altında malzeme davranışını, tek bir parametre değer seti ile doğru bir şekilde taklit edebildiği gösterilmiştir. Mekanizma modelinin tahmin yetkinliğini test etmek için, bahsedilen dört test senaryosundan sadece iki tanesine eniyileme yapılmış ve belirlenen değişkenler ile geriye kalan diğer iki test senaryosu için malzeme tepkisi tahmin edilmiştir. Bunun ötesinde, modelin tahmin yetkinliğini değerlendirmek adına, değişken değerleri tek bir numune üzerinden eniyileme yöntemiyle belirlenmiş ve büyüklüğü farklı olan ama aynı malzemeden yapılmış farklı bir numunenin tepkilerini tahmin etmek için kullanılmıştır. Son olarak, model parametreleri malzemenin sertleşme eğilimi göz önüne alınarak 8'den 5'e düşürülmüş ve bu sadeleştirilmiş modelin dahi tüm senaryolarını tatminkar şekilde taklit ettiği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, basic linear lumped elements such as springs and dashpots are used in nested linkage mechanisms in order to simulate and predict the mechanical behaviour of nonlinear viscoelastic materials. The proposed mechanism model containing two nested linkages can show initial softening followed by hardening response under quasi-static loading, which is commonly displayed by hyperelastic materials. Hence, material nonlinearity is simulated by geometric nonlinearity of the linkage mechanism. The mechanism also displays relaxation, hysteresis, and dynamic stiffness responses of viscoelastic materials with the help of dashpot elements. By tuning the geometric parameters of the mechanism, and the stiffness and damping parameters in the system, desired viscoelastic response can be obtained. Most of the previous experimental studies in the literature considered just two of different possible test scenarios. Comparisons with the experimental results in the literature show that the nested linkage mechanism with linear springs and dashpots can successfully simulate the material response in the tests for different double combinations of quasi-static loading, ramp-and-hold loading, hysteresis, and dynamic stiffness tests. When the experimental studies in the literature are investigated, it is seen that studies investigating three different test scenarios are rare. In this thesis, these four testing scenarios are considered in the same study for model validation for the first time. These four tests are conducted on three rubber samples with different stiffness and damping characteristics. It is shown that the nested linkage mechanism model can accurately mimic the material behaviour in these four different tests with a single set of values for the design parameters. In order to evaluate the prediction capability of the nested linkage mechanism model, optimization is conducted using only two test scenarios and the responses in the other two test scenarios are validated. To further assess the prediction capability of the model, parameter values are obtained for a sample and the responses of a sample from the same material with a different size is estimated for the four test scenarios. Finally, considering the hardening behaviour of the samples, the number of parameters in the model is reduced from 8 to 5 and it is shown that the reduced model also gives quite satisfactory results.
Benzer Tezler
- Modeling cracks in nonlinear viscoelastic media subjected to thermal loading
Isıl yüklemeye maruz kalan doğrusal olmayan viskoelastik ortamlarda çatlak modellemesi
ÇAĞRI İYİDİKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Metalurji MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞEBNEM ÖZÜPEK
- Vacuum infusion (VI) process modeling and material characterization with viscoelastic compaction models
Viskoelastik sıkıştırma modelleri ile malzeme karakterizasyonu ve vakum infüzyon (VI) işlemi modellemesi
BEKİR YENİLMEZ
Doktora
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCÜMENT MURAT SÖZER
- Estimation of material coefficients of soft tissues using experimental data and inverse finite element method
Yumuşak dokuların malzeme katsayılarının deneysel veriler ve tersine sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak hesaplanması
GÜLNUR DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. M. SERDAR ÇELEBİ
- Polimerik malzemelerin viskoelastik-viskoplastik davranışlarının belirlenmesi ve modellenmesi
Determination and modeling of viscoelastic-viscoplastic behavior of polymeric materials
NECMİ DÜŞÜNCELİ
Doktora
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGEN ÜMİT ÇOLAK
- Design process, manufacturing and material characterization of a prosthetic polymer aortic heart valve
Protez polimer aort kalp kapağının tasarım süreci, üretimi ve malzeme karakterizasyonu
MÜGE YAREN YAŞARTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kardiyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ