Eklemeli üretim için bir uçak yapısal parçasının topoloji optimizasyonu
Topology optimization of an aircraft structural part for additive manufacturing
Yazar: DERYA OSKAY
Danışman: PROF. DR. YUSUF USTA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Topoloji = Topology

Özet:
Teknolojideki yenilikler üretim tekniklerinin değişmesini ve gelişmesini sağlamıştır. Bu gelişmeye örnek olarak eklemeli imalat yöntemlerinin üretimde yaygınlaşması gösterilebilir. Ayrıca topoloji optimizasyonu ile elde edilen geometrilerin üretilebilmesi için de eklemeli imalat yöntemlerinin kullanımı artmıştır. Geleneksel üretim teknikleri yerine eklemeli imalatın kullanılması tasarımda hem ağırlık azaltılmasını hem de inovasyonu sağlamaktadır. Ağırlık azaltma konusu havacılık sanayinde çok önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmada havacılıkta yaşanabilecek bir durum göz önüne alınmıştır. Bu durum için uçakta bulunan sıcak bir ekipmanla uçak ana yapısal parçası arasına bir bağlantı parçası tasarlanmıştır. Çevresel koşullar nedeniyle ilgili parçaya takılan bağlayıcılar için bir sıcaklık limiti belirlenmiştir. Mevcut literatüre ek olarak, bu çalışmada sabit bir çalışma geometrisi yerine, parametrik geometriler kümesi üzerinden topoloji optimizasyonu yapılmıştır. Kullanılan analiz programında temel geometrinin bazı parametrik ölçüleri değiştirilerek küme içinde farklı elemanlar oluşturulmuş ve ardından bu elemanlar farklı oranlarda optimize edilmiştir. Elde edilen optimize edilmiş geometrilerden mekanik gereksinimleri sağlayan en hafif tasarım seçilip, seçilen geometrinin, mekanik ve termal özellikleri yeniden analiz ve testler ile doğrulanmıştır.

Abstract:
Innovations in technology have enabled production techniques to change and develop. An example of this development is the widespread use of additive manufacturing methods in production. In addition, the use of additive manufacturing methods has increased to produce geometries obtained through topology optimization. Using additive manufacturing instead of traditional production techniques provides both weight reduction and innovation in design. Weight reduction is one of the most critical design activity of aviation. In this study, a situation that may occur in aviation is taken into consideration. For this situation, a fitting was designed between a hot equipment on the aircraft and the main structural part of the aircraft. Due to environmental conditions, a temperature limit has been set for fasteners installed on the relevant part. It was also checked whether these temperature values were adhered to by evaluating optimization results. In addition to the existing literature, in this study, topology optimization was performed through a set of parametric geometries instead of a single working geometry. By changing some parametric measurements of the basic geometry in the analysis program, different elements were created within the cluster and then these elements were optimized at different rates. From these optimized geometries, the lightest design that met the mechanical requirements was selected, and the mechanical and thermal properties of the selected geometry were confirmed by re-analysis and tests.