Çok hücreli kafes yapılar için özgün bir model üzerinde enerji sönümleme performansının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation on energy absorption performance for a novel model for multi-cellular lattice structures
Yazar: GAZİ BAŞAR KOCABAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENAİ YALÇINKAYA ; PROF. DR. YUSUF ŞAHİN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüze araçlarda kullanılan pasif koruma elemanları herhangi bir kaza anında araç içinde bulunan insanların can güvenliğini sağlamayı amaçlamaktadır. Çarpışma kutusu olarak da isimlendirilen bu elemanlar araçların önemli noktalarına yerleştirilerek, çarpışma anında çarpışma enerjisinin belirli bir seviyesinin bu elemanlar vasıtasıyla kontrollü bir şekilde sönümlenmesini sağlamaktadır. Son yıllarda oldukça popülerleşen eklemeli imalat teknolojisi, konvansiyonel yöntemlerle üretimin bir hayli güç olduğu kafes yapılar gibi karmaşık şekilli parçaların üretimini mümkün kılmaktadır. Eklemeli imalat teknolojisi ile üretilen mikro kafes yapılar; hafiflik, yüksek gerilim dayanımı, darbe direnci ve enerji sönümleme gibi fiziksel özelliklerin olağanüstü bir kombinasyonunu bize sunmaktadır. Bu tez çalışmasında kafes yapı dolgulu çoklu ince duvar kalınlığına sahip tüplerin çeşitli çarpışma ve enerji sönümleme kriterleri baz alınarak incelenmiştir. Önerilen β-Ti3Au kafes yapısının literatürde bir benzerinin bulunmaması bu çalışmanın özgünlüğünü ortaya koymaktadır. Yapılan deneysel ve sonlu elemanlar ön testlerinde önerilen kafes yapısının, literatürde daha önceden önerilmiş olan Hacim Merkezli Kübik (HMK) ve Yüzey Merkezli Kübik (YMK) yapılara kıyasla toplam sönümlenen enerji ve özgül sönümlenen enerji performansının önemli ölçüde yüksek olduğu ortaya çıkmıştır. Yapılan bu deneysel çalışmalar ışığında doğrulama deneyleri yapılıp; birim kafes hücre boyutu sabit tutulup, farklı hücre sayısı, farklı kafes birim hücre sayısı, farklı kafes kol çapı ve farklı tüp kalınlıkları göz önünde bulundurularak bir dizi parametrik çalışmalar yapılmıştır. Oluşturulan bu hibrit yapıların enerji sönümleme performansları eksenel (0°) ve açılı (10°, 20° ve 30°) olarak sayısal simülasyonlarla incelenmiştir.

Abstract:
Passive protection elements used in vehicles today aim to ensure the safety of people in the vehicle in the event of an accident. These elements, also called crash boxes, are placed at important points of the vehicles and ensure that a certain level of collision energy is absorbed in a controlled manner in the event of a collision through these elements. Additive manufacturing technology, which has become very popular in recent years, makes it possible to produce complex shaped parts such as lattice structures, which are very difficult to produce with conventional methods. Micro lattice structures produced with additive manufacturing technology; It offers us an extraordinary combination of physical properties such as lightness, high tensile strength, impact resistance and energy absorption. In this thesis study, lattice structure filled multiple thin-walled tubes were examined based on various collision and energy dissipation criteria. The fact that the proposed β-Ti3Au lattice structure has no equivalent in the literature reveals the originality of this study. In the experimental and finite element preliminary tests, it has been revealed that the total energy absorbed and specific absorbed energy performance of the proposed lattice structure is significantly higher compared to the Body Centered Cubic (BCC) and Face Centered Cubic (FCC) structures previously proposed in the literature. In the light of these experimental studies, validation experiments were carried out; A series of parametric studies were carried out by keeping the unit lattice cell size constant and taking into account different cell numbers, different lattice unit cell numbers, different lattice diameters, and different tube thicknesses. The energy absorption performances of these hybrid structures were examined with numerical simulations at axial (0°) and angular (10°, 20° and 30°) angles.