Geri Dön

Investigation of size effect of micro auxetic structures by finite element method

Sonlu elemanlar yöntemi ile mikro ögzetik yapılar için boyut etkisinin incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 984520
  2. Yazar: YÜCEL PEHLİVANOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET SUNAR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Ögzetik yapılar, geleneksel yapılardan farklı olarak negatif Poisson oranı gösteren yapılardır. Bu, yapıların enine gerildiğinde, boyuna da genişledikleri anlamına gelmektedir. Bu benzersiz davranış, ögzetik yapıların geleneksel malzemelere kıyasla göçme direnci, kırılma tokluğu, kesme direnci, yüksek enerji emilimi, iyi akustik performans gibi çeşitli avantajlar sunmasını sağlar. Negatif Poisson oranı, ya doğal moleküler yapıları (örneğin arsenik, siyah fosfor) nedeniyle ya da yapay yapısal şekilleri (örneğin re-entrant, chiral yapılar) nedeniyle oluşabilir. Her iki tür ögzetik yapı tipi de araştırmacılar tarafından uzun süredir makro ölçekte araştırılmaktadır. Küçük ölçekli yapıların üretim teknolojisindeki gelişmeler, araştırmacıları özellikle son birkaç on yıldır mikro/nano ölçekli ögzetik çalışmalarına da yönlendirmektedir. Yapılar küçüldükçe, boyut etkilerinin ortaya çıktığı kanıtlanmıştır. Klasik süreklilik teorileri, bu boyut etkilerini açıklamakta yetersiz kalmaktadır. Boyut etkilerini yakalayabilmek amacıyla araştırmacılar, zaman içinde yüksek dereceli süreklilik teorileri geliştirmişlerdir. Bu çalışmada, küçük ölçekli ögzetik yapılar sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Bu amaçla, Modified Couple Stress teorisi temel alınarak, yüksek mertebeden bir süreklilik teorisi, Timoshenko kirişinin rijitlik ve kütle matrisleri türetilmiştir. Çalışmanın makro ölçekte doğrulanması amacıyla çekme deneyleri gerçekleştirilmiş ve literatürdeki benzer makro ölçekli çalışmalarla karşılaştırmalar yapılmıştır. Ardından, mikro ölçekli re-entrant ögzetik yapıların; Poisson oranı, deformasyon mekanizmaları, elastik modül, temel titreşim frekansları ve entropi üretim hızı gibi farklı özellikleri incelenmiştir. Analitik ve sayısal yöntemler kullanan mevcut literatürün çoğunun, küçük ölçekli ögzetik yapıların davranışını doğru bir şekilde tahmin edemediği gösterilmiştir. Yalnızca mikro/nano deneyler gerçekleştirilen veya gelişmiş simülasyon araçlarını kullanan çalışmalar boyut etkilerini yakalayabilmektedir; ancak bu çalışmaların kullandıkları yöntemler ticari ve/veya hesaplama açısından maliyetli yöntemlerdir. Ayrıca, bu çalışmalar, büyük ve küçük ölçekli ögzetik yapıların boyut etkisinden kaynaklanan farklı davranış tiplerini açıkça ortaya koyamamaktadır Öte yandan, bu çalışma temel sonlu elemanlar prensiplerini kullanmakta olup, boyut etkilerini de katarak, büyük ve küçük ölçekler arasındaki farkların kolaylıkla incelenebilmesine olanak sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

Auxetic structures are structures that show negative Poisson's ratio unlike the conventional structures. This means that when auxetics are stretched laterally, they expand longitudinally. This unique behavior of auxetics brings some advantages over conventional materials such as indentation resistance, fracture toughness, shear resistance, high energy absorption, good acoustic performance etc. A structure can show negative Poisson's ratio either due to its natural molecular form such as arsenic, black phosphorus or due to its artificial structural shapes such as re-entrant, chiral. Both types of auxetic structures are investigated for a long time by researchers at macro scale. Advances in manufacturing technology of small scales structures direct the researchers to micro/nano scale auxetic studies as well, especially for the last few decades. It has been proven that as the structures become smaller, size effects occur. Size effects cannot be captured by classical continuum theories. To be able to capture size effects, researchers developed higher order continuum theories over the years. In this study, small scale auxetics are investigated utilizing finite element methodology. For this purpose, based on a Modified Couple Stress Theory, a higher order continuum theory, stiffness and mass matrices of Timoshenko Beam is derived. To verify the current work at macro scale, tensile testing experiments are performed and similar works in the literature at macro scale are utilized. Then, different aspects of re-entrant auxetic structures are studied in micro scale: Poisson's ratio, deformation mechanisms, elastic modulus, fundamental frequencies and entropy generation rate. It is shown that most of the current literature that use analytical and numerical methods fail to accurately estimate the behavior of small scale auxetics. Only the studies that perform micro/nano experiments or utilize advance simulation tools can capture the size effects. Even if they capture the size effects, the methodologies they use are commercially and/or computationally expensive methods. Moreover, they are not explicitly showing the difference between large and small scale auxetic behavior including the size effects. On the other hand, the current work utilizes basic finite element principles and can be easily modified to see the difference between large and small scales, including size effects.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    694090

    Plasenta sferoid (mikro doku) modelinde vortioksetin etkisinin araştırılması

    Investigation of the effect of vortioxetine on placental spheroid (micro tissue) model

    SELEN SANİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyolojiHacettepe Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYSUN KILIÇ SÜLOĞLU

  2. Tez No

    798821

    Nano/mikro yapılı çok bileşenli ve sıralı ilaç salım sıstemlerının diyabetık yaralardakı etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effect of nano / micro structured multicomponent and sequential drug delivery systems on diabetic wounds.

    HÜRMET KINALI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM VARGEL

    PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN

  3. Tez No

    801592

    Lif boyutu ve dozajının beton performans özelliklerine etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effect of fiber size and dosage on concrete performance properties

    KÜBRANUR KILINÇARSLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    İnşaat MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CENGİZ ÖZEL

  4. Tez No

    887417

    Mikro kirişlerin burkulma davranışı üzerindeki boyut etkisinin incelenmesi

    Investigation of the size effect on buckling behavior of microbeams

    ANIL YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiAkdeniz Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BEKİR AKGÖZ

  5. Tez No

    972888

    Silika tanecik boyutunun SiO2-GO hibrit/epoksi polimer nanokompozitlerinin kaplama özellikleri üzerine etkisinin i̇ncelenmesi

    Investigation of the effect of silica particle size on the coating properties of SiO2-GO hybrid/epoxy polymer nanocomposites

    MUSTAFA ALPEREN ŞAKAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALE BERBER

Geri Dön