Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş kafes kiriş yapılı metamalzemelerin titreşim karakteristiklerinin sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of vibration characteristics of latticed metamaterials manufactured with additive manufacturing methods
Yazar: EMRE ERCAN
Danışman: DOÇ. DR. TUNCAY KARAÇAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli İmalat Yöntemi (EİY), geleneksel metotlarla üretilemeyen ya da üretilmesi zor olan karmaşık şekillerin üretimine imkân vermesi, montajlanacak parça sayısını azaltarak tümleşik üretim kabiliyetine sahip olması, çoğu durumda alternatiflerine göre düşük maliyet sağlaması gibi avantajlar sebebiyle endüstrideki uygulamacı mühendisler ve akademideki bilim insanları tarafından tercih edilmektedir. Bu durumun sonucu olarak konu üzerine yapılan çalışmalar her geçen gün artmaktadır. Doğada bulunan malzemelere kıyasla daha üstün özelliklere sahip, hücre yapısının butik olarak tasarlanarak statik ve dinamik karakteristiklerinin ayarlanabilmesini mümkün kılan, karmaşık şekilli metamalzemelerin, çoğunlukla geleneksel yöntemlerle üretime elverişli olmaması metamalzeme üretiminde EİY'nin tercih edilmesinde önemli rol oynamaktadır. Bu çalışmada kafes kiriş yapısından oluşan çeşitli hücre şekillerine sahip sandviç plaka formunda tasarlanmış metamalzemeler incelenerek yapıların titreşim karakteristikleri ve çeşitli yükleme koşulları altındaki davranışları belirlenmiştir. Bu kapsamda; MATLAB® ortamında farklı birim hücre geometrilerine sahip yapıların doğal frekanslarını hesaplamak amacıyla Euler–Bernoulli kiriş teoremine dayalı bir çözüm aracı oluşturulmuştur. Ayrıca sonlu elemanlar yöntemini kullanan ticari bir yazılım (ANSYS®) kullanılarak bahsedilen doğal frekans değerleri doğrulanmış, çeşitli yükleme koşulları altında sandviç plakaların esneme miktarları karşılaştırılmıştır. Ortaya atılan sayısal yaklaşımın doğrulanması amacıyla 9 farklı birim hücre yapısına sahip sandviç plaka Stereolitografi (SLA) üretim yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretilen plakalar üzerine çekiç ve üç nokta eğme testleri uygulanarak yapılara ait doğal frekans değerleri, mod şekilleri ve çeşitli yükleme şartları altındaki esneme miktarları deneysel olarak belirlenmiştir. Matematiksel modelin deneysel sonuçlarla uyumlu olduğu gözlenmiş, bu sebeple MATLAB® ortamında geliştirilen çözüm aracı kullanılarak, çeşitli birim hücre şekline sahip yapıların titreşim karakteristiklerinin herhangi bir ticari yazılıma ya da deneye ihtiyaç duyulmadan kısa sürede belirlenebileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
The Additive Manufacturing (AM) technique is preferred by engineers and scientists owing to its advantages such as; allowing the production of complex shapes that cannot be manufactured or difficult to produce with traditional methods, having integrated production capability by reducing the number of parts to be assembled, and providing low cost in most cases. As a result of this situation, a number of studies on the topic has been increasing. Metamaterials which have superior properties compared to materials found in nature and allowing the tailoring of static and dynamic characteristics of the cell structures are not suitable for employing traditional manufacturing techniques, this situation plays an important role in the preference of AM technique in metamaterial production. In this study, vibration characteristics of the sandwich plate systems composed of lattice beam structures are investigated and their behavior under various loading conditions are determined. In this context, a solution tool based on Euler–Bernoulli beam theorem is developed to calculate the natural frequencies of structures with various unit-cell geometries in MATLAB® environment. Moreover, with the help of a commercial finite element solver (ANSYS®), mentioned natural frequency values are verified, and the deflections on the sandwich plate systems are compared under various loading conditions. Sandwich plate systems composed of 9 distinct unit cell structures are produced with the Stereolithography (SLA) to verify suggested solution methodology. Natural frequency values, mode shapes and amount of deflections on the structures under various loading conditions are determined experimentally by performing hammer and three-point bending tests on the plates. It is observed that results obtained from the mathematical model are in a good agreement with the experimental data. It has been concluded that the vibration characteristics of structures with various unit-cell geometries can be