Elektromanyetik dalga soğurma özelliğine sahip katmanlı kompozit malzeme geliştirilmesi
Development of multilayer composite material for electromagnetic wave absorption
Yazar: ZAFER YÜCEL
Danışman: PROF. DR. TAMER SINMAZÇELİK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Elektromanyetik dalgaları soğuran malzemelerin tasarım çalışmaları, teknolojinin ilerlemesi ve radar soğurma teknolojisine olan artan ilgi nedeniyle hızlanmıştır. Bu durum, RSM olarak adlandırılan radar soğurucu malzemelerin tasarımında farklı özelliklere sahip kompozit malzemelerin geliştirilmesine odaklanılmasına sebep olmuştur. Radar soğurucu malzemeler (RSM) farklı çeşitlere sahiptir ve en çok kullanılan malzemeler geniş bantlı ve çok katmanlı pasif radar soğurucu malzemelerdir. RSM tasarımı ve bu malzemelerin geliştirilmesi için kullanılan en yaygın ve kullanışlı yöntemlerden biri olan genetik algoritma, parametrelerin kodları ile işlem yapmaktadır ve optimizasyon problemlerinin çözümünde evrimin temel basamaklarından biri olan doğal seleksiyonu baz almaktadır. Bu çalışmanın amacı; literatürde çalışılan çeşitli katkı malzemelerini kullanarak bir veri tabanı oluşturulması ve genetik algoritma yardımı ile en uygun katmanlı kompozit yapıyı belirleyerek bu yapıyı üreterek sonuçların karşılaştırılmasıdır. Bu doktora tezi çerçevesinde 8-18 GHz frekans aralığında elektromanyetik dalga soğurma özelliğine sahip 3 katmanlı kompozit malzemelerin genetik algoritma ile belirlenmesi ve seçilen kompozit malzemelerin üretimi üzerinde çalışılmıştır. Bu kapsamda 10 farklı katkı malzemesi ile 55 numunelik kompleks bir veri tabanı oluşturulmuştur. Bu veri tabanında bulunan her bir numunenin dalga kılavuzunda X-Band (8,2-12,4 GHz) ve Ku-Band (12,4-18 GHz) frekans aralıklarında elektriksel geçirgenlik (ε) ve manyetik geçirgenlik (µ) katsayıları ölçülmüştür. Yansıma kaybı formülasyonu genetik algoritmaya yerleştirilerek hangi malzemelerin, hangi sırada ve hangi kalınlıkta kullanılması gerektiği genetik algoritma ile belirlenmiştir. Elde edilen verilerden seçilen bir katmanlı kompozit numune laboratuvar koşullarında üretilmiş ve dalga kılavuzunda yansıma kaybı ölçülmüştür. Genetik algoritma ile elde edilen sonuç ile laboratuvarda üretilen numunenin yansıma grafiği karşılaştırılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda genetik algoritmanın yönlendirmesi ile seçilen numunenin üretim sonrası istenilen yansıma kaybı değerinde olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
The design studies of materials that absorb electromagnetic waves have been accelerated due to the advancement of technology and the increasing interest in radar absorption technology. This has led to the focus on the development of composite materials with different properties in the design of radar absorbing materials called RAM. Radar absorbing materials (RAM) have different types and the most used materials are broadband and multilayer passive radar absorbing materials. Genetic algorithm, which is one of the most common and useful methods used for RAM design and development of these materials, operates with the codes of parameters and is based on natural selection, which is one of the basic steps of evolution in solving optimization problems. The aim of this study is to create a database using various additives studied in the literature and to determine the most suitable multilayer composite structure with the help of genetic algorithm and to compare the results by producing this structure. Within the framework of this thesis, the determination of 3-layer composite materials with electromagnetic wave absorption in the 8-18 GHz frequency range by genetic algorithm and the production of selected composite materials have been studied. In this context, a complex database of 55 samples was created with 10 different additives. Permittivity (ε) and permeability (µ) coefficients were measured in the waveguide of each sample in this database in the frequency ranges of X-Band (8.2-12.4 GHz) and Ku-Band (12.4-18 GHz). The reflection loss formulation was placed in the genetic algorithm and it was determined by the genetic algorithm which materials, in which order and in which thickness should be used. A multilayer composite sample selected from the data obtained was produced under laboratory conditions and the reflection loss in the waveguide was measured. The results were evaluated by comparing the result obtained with the genetic algorithm and the reflection graph of the sample produced in the laboratory. As a result of this study, it has been shown that the sample selected with the guidance of the genetic algorithm has the desired reflection loss value after production.