Fonksiyonel derecelendirilmiş yüzey katmanlarına ve kelebek yapıda çekirdek katmana sahip sandviç kabuğun termomekanik titreşim davranışının incelenmesi
Investıgatıon of the thermomechanıcal vıbratıon behavıor of a sandwıch shell wıth functıonally graded surface layers and a butterfly-structured core layer
- Tez No: 998561
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM FATİH ÖZALP
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, malzeme özelliklerinin kalınlık doğrultusunda sürekli olarak değiştirildiği fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerden (FDM) oluşan yüzey kabukları ile kelebek tipi hücresel çekirdek yapının bir araya getirildiği sandviç kabuk konfigirasyonunu termal titreşim davranışlarını incelemeyi amaçlamaktadır. Seramik ve metal esaslı malzemelerin fonksiyonel derceli biçimde bir araya getirilmesi, yüksek sıcaklık direnci ile mekanik dayanımın aynı yapıda bütünleştirilmesine olanak tanımaktadır. Buna karşılık kelebek çekirdek geometrisi, hücresel yapısı sayesinde düşük yoğunluk, yüksek özgül rijitlik ve enerjiyi verimli bir şekilde dağıtma kapasitesi gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Bu iki unsurun birleşimi, havacılık, uzay, otomotiv ve enerji sistemleri gibi ileri teknoloji gerektiren uygulamalarda hafif, dayanıklı ve termal olarak kararlı yapısal bileşenler elde edilmesi açısından önemli bir potansiyel taşımaktadır. Ancak FDM yüzey kabukları ile kelebek çekirdek yapılarının mimarisinin birlikte kullanıldığı sandviç yapıların özellikle yüksek sıcaklık altında dinamik karakteristikleri literatürde henüz yeterli düzeyde araştırılmamıştır. Çalışmada, fonksiyonel derecelendirilmiş yüzey kabukları ile kelebek çekirdekli orta tabakanın oluşturduğu sandviç kabuk modeli üzerinde gerçekleştirilen modal analizler, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak ANSYS ortamında yürütülmüştür. İlk altı doğal frekans moduna ilişkin sonuçlar elde edilmiş ve malzeme derecelendirme katsayısı (p=0, 1, 2, 5, 100), sıcaklık artışı (ΔT = 0 K, 250 K, 400 K, 1000 K), sınır koşulları (CCCC ve SSSS) ile çekirdek ve yüzey kabuk geometrisine ait parametreler sistematik olarak değiştirilerek bu değişkenlerin frekans yanıtı üzerindeki etkileri kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. Analizlerde elastisite modülü, yoğunluk, Poisson oranı ve termal genleşme katsayısının sıcaklıkla değişimi dikkate alınarak malzeme modeli termal-bağımlı biçimde oluşturulmuştur. Elde edilen bulgular, hem p değerinin hem de sistem sıcaklığının artmasıyla doğal frekansların belirgin şekilde azaldığını ortaya koymaktadır. Özellikle yüksek sıcaklık altında metal oranının baskın olduğu konfigürasyonlarda doğal frekanslar yaklaşık %60'a varan düşüş göstermektedir. CCCC sınır koşulu altında sistemin daha kısıtlı davranış sergilemesi nedeniyle doğal frekanslar daha yüksek elde edilirken, SSSS sınır koşulunda yapının esnekliği arttığından frekans değerleri daha düşük seviyede kalmıştır. Mod şekillerinin analizi, yapının geometrik ve malzeme simetrisinin korunduğunu, ayrıca belirli modlarda çiftli mod davranışının ortaya çıktığını göstermektedir. Bununla birlikte, yüzey kabuklarının kalınlığının artırılması, sandviç yapının genel rijitliğini yükselttiğinden doğal frekanslarda sistematik bir artışa yol açmıştır. Sonuç olarak, FDM-Kelebek çekirdekli sandviç yapıların tasarımında malzeme derecelendirme indeksi, termal yükleme düzeyi ve sınır koşullarının titreşimsel performans üzerinde belirleyici role sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın bulguları, bu tür ileri kompozit/hücresel yapıların termal ve dinamik analizlerinin bütüncül bir yaklaşımla ele alınması gerektiğini göstermekte ve hem bilimsel literatüre katkı sunmakta hem de endüstriyel tasarım süreçleri için önemli bir referans oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study aims to investigate the thermo-dynamic vibrational behavior of sandwich doubly curved shell configurations composed of functionally graded material (FGM) face layers, whose material properties vary continuously along the thickness direction, combined with a butterfly-type cellular core layer. The graded integration of ceramic- and metal-based materials allows for the simultaneous realization of high-temperature resistance and mechanical strength within a single structure. Meanwhile, the butterfly core geometry provides significant advantages, such as low density, high specific stiffness, and efficient energy distribution, owing to its cellular architecture. The combination of these two elements presents a considerable potential for achieving lightweight, durable, and thermally stable structural components in advanced engineering applications, including aerospace, space, automotive, and energy systems. However, the dynamic characteristics of sandwich structures combining FGM face sheets with butterfly core architectures, particularly under elevated temperatures, have not yet been sufficiently investigated in the literature. In this study, modal analyses of the sandwich shell model, composed of functionally graded face sheets and a butterfly-core layer, were conducted using the finite element method within the ANSYSenvironment. Results were obtained for the first six natural frequency modes, and the effects of various parameters—including the material gradation index (p = 0, 1, 2, 5, 100), temperature rise (ΔT = 0 K, 250 K, 400 K, 1000 K), boundary conditions (CCCC and SSSS), and the geometric characteristics of the core and face sheets were systematically evaluated to assess their influence on the frequency response. The material model was defined as temperature-dependent, considering the variations of elastic modulus, density, Poisson's ratio, and coefficient of thermal expansion with temperature. The findings indicate a significant reduction in natural frequencies with increasing p values and system temperature. Configurations dominated by the metallic phase under high-temperature conditions exhibited frequency reductions of up to approximately 60%. Under the CCCC boundary conditions, natural frequencies were generally higher due to the more constrained structural behavior, whereas under the SSSS conditions, the increased flexibility of the structure led to lower frequency values. Analysis of the mode shapes revealed that the geometric and material symmetry of the structure was preserved, with certain modes exhibiting double-mode characteristics. Additionally, increasing the thickness of the face sheets systematically enhanced the overall stiffness of the sandwich structure, resulting in higher natural frequencies. In conclusion, the study demonstrates that the material gradation index, thermal loading level, and boundary conditions play a critical role in the vibrational performance of FGM-butterfly core sandwich structures. The findings highlight the necessity of adopting a holistic approach in the thermal and dynamic analysis of such advanced composite/cellular structures and contribute both to the scientific literature and to the development of industrial design guidelines.
Benzer Tezler
- Piezoelektrik ortamlarda elastik ve elektromanyetik dalgaların yayılması
Elastic and electromagnetic wave propagation in piezoelectric media
AYDIN ÖZBEY
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL UZAL
- Kesici takımların fonksiyonel derecelendirilmiş TİCN ve TİBCN ile kaplanmasının karakterizasyonu
Characterization of functionally graded TİCN and TİBCN coating of cutting tools
CEM ERTEK
Doktora
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Çok katmanlı ve fonksiyonel derecelendirilmiş CYSZ/Gd2Zr2O7 esaslı yeni nesil termal bariyer kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Processing and characterization of multilayered and functionally graded CYSZ/Gd2Zr2O7 based new generation thermal barrier coatings
MUSTAFA GÜVEN GÖK
Doktora
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- numerical solutions of one dimensional wave equation in functionally graded cylindrical media
Birinci dereceden dalga denkleminin fonksiyonel derecelendirilmiş silindirik tabakadaki nümerik çözümü
ÖMER F. POLAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
MatematikFatih ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR İBRAHİM ABU-ALSHAİKH
- Çok katmanlı CYSZ / Al2O3 AND CYSZ / Al2O3+YSZ termal bariyer kaplamaların üretimi ve ısıl-mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Production of multilayer CYSZ / Al2O3 AND CYSZ / Al2O3+YSZ thermal barrier coatings and determination of thermal-mechanical properties
MEHMET MÜMTAZ DOKUR
Doktora
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER