Uydu ekipmanlarına yönelik topoloji optimizasyon metodu ile parça geometrisi tasarımı, modellenmesi, seçici lazerle ergitme yöntemi ile üretimi ve analizi
Part geometry design, modeling, manufacturing and analysis via selective laser melting method for topology optimization of satellite parts
Yazar: MEHMET EMİN BADIR
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, bir uyduda kullanılmak üzere geleneksel imalat metotlarına göre tasarlanmış örnek bir braketin hafifletilmesi için bir organik geometrik modelleme yaklaşımı ve bir topoloji optimizasyonu uygulanmıştır. Tüm tasarım yaklaşımları, eklemeli imalat teknolojilerinin sunduğu yenilikçi imkân ve kabiliyetler göz önünde bulundurularak ele alınmıştır. Öncelikle sonlu elemanlar yöntemine göre sınır koşulları ve hedefler tanımlanarak kaba bir optimizasyon modeli elde edilmiştir. Ardından elde edilen kaba modelde mühendislik öngörülerine göre bazı alanlar tamamen atılmış, geri kalan model ise olabildiğince organik forma getirilerek gereksinimleri karşılayabilme durumuna bakılmıştır. Hedeflenen gereksinimleri karşılamada yetersiz kalan ilk model üzerinde organik ve biyomimetik yaklaşımlar iteratif çalışılarak sınanmıştır. Yük akışının ve yapının ana hattını oluşturan kısımlar belirlenmiş, bu hatlarda oluşan gerilme yüklemelerinin birbirini sönümleyebilmesini sağlayabilmek, dolayısıyla gerilme miktarını azaltmak, doğal frekansı modlarını ise yükseltmek için ağaç dalı geometrileri kullanılmıştır. Toplam katılığı artırmak ve salınımları en aza indirgemek için zemine temas eden yüzeylerde bir fil ayağı şekli kullanılmıştır. İterasyonlar sonucu elde edilen model eklemeli imalat metotlarından seçici lazer ergitme yöntemi ile imal edilecek şekilde ele alındığında kütlece %38 daha hafif, Von-mises gerilmeleri bakımından da %57,7 daha düşük gerilmeye sahip bir model ortaya çıkmıştır. Uydu parçalarının organik modelleme yaklaşımı ile topolojik optimizasyonu yapılarak eklemeli imalata uygun tasarım yaklaşımları geliştirilmiştir.

Abstract:
In this study, an organic geometric modeling approach and a topology optimization are applied to lighten a sample bracket designed according to traditional manufacturing methods for use on a satellite. All design approaches are considered with the innovative possibilities and capabilities offered by additive manufacturing technologies. Firstly, a rough optimization model is obtained by defining boundary conditions and targets according to the finite element method. Then, in the rough model obtained, some areas are completely discarded according to engineering predictions, and the remaining model is brought into organic form as much as possible to meet the requirements. Organic and biomimetic approaches are tested by iterative study on the first model which failed to meet the targeted requirements. The sections forming the main line of the load flow and structure are determined, and tree branch geometries are used in order to enable the stress loads in these lines to damp each other, thus reducing the amount of stress and increasing the natural frequency modes. In order to increase total rigidity and minimize oscillations, an elephant foot shape is used on surface contact planes. The model obtained after iterations is 38% lighter and has 57.7 % lower Von-mises stresses than the traditional design when considered to be manufactured by selective laser melting method. Design approaches suitable for additive manufacturing are developed by topological optimization of satellite parts with organic modeling approach.