Hazır betonun optimal karışım oranlarının belirlenmesi için bir çok yanıtlı modelleme ve eniyileme uygulaması: Topsis tabanlı taguchi yaklaşımı ile cevap yüzey yöntemi
A multi-response optimization and modeling application for determining optimal mix proportions of ready-mixed concrete: Response surface methodology (RSM) with a topsis based taguchi approach
Yazar: BARIŞ ŞİMŞEK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EMİR HÜSEYİN ŞİMŞEK ; YRD. DOÇ. DR. Y.TANSEL İÇ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Grafiksel kullanıcı arayüzü = Graphical user interface ; Hazır beton = Ready-mixed concrete ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Modelleme = Modelling ; TOPSIS = TOPSIS ; Taguchi yöntemi = Taguchi method ; Çok kriterli optimizasyon = Multi criteria optimization

Özet:
Genellikle, eniyileme problemleri birbirleri ile çatışma içinde olan birden fazla yanıt içermektedir. Bu çalışmada; normal hazır betonun TOPSIS (İdeal Çözümlere Yakınlık Yoluyla Tercihlerin Sıralanması Tekniği) tabanlı Taguchi yaklaşımı ile Cevap Yüzey Metodu kullanarak, optimal karışım oranlarının belirlenmesi ve yanıtlar üzerinde etkili karışım parametreleri ile beton kalite karakteristiklerinin modellenmesi amaçlanmıştır. Normal hazır betonun kalite karakteristikleri ortalama konvektif ısı aktarım katsayısı, hava içeriği, çökme değeri, teorik ile pratik birim ağırlık farkı, su emme yüzdesi, iki günlük basınç dayanımı, yedi günlük basınç dayanımı, yirmi sekiz günlük basınç dayanımı, yirmisekiz günlük yarmada çekme dayanımı ve üretim maliyeti olarak belirlenmiştir. Bu performans kriterleri üzerinde etkili faktörler ise çimento miktarı, su bağlayıcı oranı, kırma kumun toplam agregaya oranı, I nolu iri agreganın toplam agregaya karışım oranı, süperakışkanlaştırıcı içeriği, uçucu kül miktarı, taze beton karıştırma süresi, polikarboksilat eter bazlı süper akışkanlaştırıcı tipi olarak tanımlanmıştır. Kurumda mevcut durum ile optimal koşullar arasındaki iyileşme oranının önemli düzeyde olduğu TOPSIS-Taguchi çok yanıtlı eniyileme yöntemi kullanılarak bulunmuştur. Yanıtlar üzerinde etkili olan faktörler ile beton kalite karakteristiği olarak tanımlanan tüm yanıtların cevap yüzey yöntemi kullanarak modellenmesi sağlanmıştır. Çökme değeri, 2 günlük, 7 günlük ve 28 günlük basınç dayanımı, 28 günlük çekmede yarma dayanımı ve üretim maliyeti için %95 güven seviyesinde modeller önemli bulunmuştur. Daha sonra kullanışlı olan modeller ile istenirlik fonksiyonu yaklaşımı ve karesel programlama yaklaşımları kullanılarak eniyileme çalışması yapılmıştır ve karesel programlamanın eniyileme çalışmasında daha etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Son olarak laboratuvar personeli için Matlab tabanlı grafiksel kullanıcı arayüzü inşa edilmiştir.

Abstract:
Generally, the optimization problems contain more than one response, which often conflict with each other. In this study, it was aimed to determine optimal mixture parameters of standard weight concrete and modeling the quality characteristics of concrete with mixture parameters effect on the responses using TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution) based Taguchi approach and Response Surface Methodology (RSM). The quality criteria are identified as the average convective heat transfer coefficient, the percentage of air content, the slump flow, the theoretical and practical difference in unit weight, the percentage of water absorption, the 2nd- the 7th- the 28st compressive strength, the 28st splitting tensile strength, and the production cost. Factors affect these performance criteria were identified as cement amount, water to binder ratio, fine aggregate to total aggregate ratio, coarse aggregate (I) to total aggregate ratio, superplasticizer content, fly ash amount, mixture time and the superplasticizer type. The difference in the performance between the optimal conditions and the estimated conditions was found to be significant using TOPSIS-Taguchi method. All responses were defined as concrete quality criteria were modeled using RSM with factors affect the responses. The models were significant at %95 confidence level for the slump flow, the 2nd- 7th-28th compressive strength, the 28th splitting tensile strength and production cost. Optimization study was conduct by useful models utilizing desirability function approach and quadratic programming (QP). QP is more effective in the optimization study. Finally, The Graphical User Interface based MATLAB was built for laboratuary personels.