Levha bağlantılarında topolojik optimizasyon
Topology optimization in plate connections
Yazar: KÜRŞAT TANRIVER
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Civatalı bağlantı = Bolted joint ; Çekme gerilme testi = Tensile stress test

Özet:
Günümüzde levhaların cıvata ve perçin gibi sık kullanılan bağlantı elemanları ile
birleştirilmesi çeşitli sektörlerde kullanılmaktadır. Bu bağlantı elemanlarının özellikle
havacılık, otomotiv endüstrisinde çokça kullanılması dikkati çekmektedir. Bundan dolayı
gelişen teknolojiyle birlikte yenilikçi tasarım ihtiyacı devam etmekte ve güncelliğini
korumaktadır.
Bu çalışmada bağlantı elemanlarının plaka üzerindeki dağılımını, çalışma performansını ve
dayanıklılığını arttırmak için verilen tanımlamaların arasından en uygununun bulunması
amaçlanmıştır. Bu amaca ulaşmak için çalışma iki aşamaya ayrılmıştır. Her iki aşamada
verilen işlenmesi ve çalıştırılması için Matlab yazılımı kullanılmıştır.
İlk aşamada eksenel yüke maruz kaldığı düşünülen bağlantı plakalarında bunun gerçekte
tam olarak böyle olmadığı ortaya konulmuş ve yazılan program ilave denklemlerle
iyileştirilerek statik modül oluşturulmuştur. Bu statik modülün doğruluğu hem çekme
deneyleri ve hem de yapılan sonlu elemanlar yöntem sonuçları karşılaştırılarak ölçülmüştür.
Çekme deneyleri için aynı kalınlıkta ST 37-2 kalite iki plakanın birbirlerine bağlantı
elemanları ile bağlandığı aynı tip ve özellikte deney numuneleri hazırlanmıştır. M6 cıvatalı
beş adet, M8 cıvatalı beş adet, 4,8 mm çaplı perçin iki adet olmak üzere toplamda on iki
adet deney numunesi hazırlanmıştır. Sonlu elemanlar için Ansys R19.2 programı Structural
analysis modülünde Maximum Shear Stress analizi yapılmıştır. Bu karşılaştırmanın
sonucunda statik modülde bulunan bu yeni yöntem ile tasarım yapıldığında ortaya çıkan
hata payından ötürü tasarımın emniyetli bölgede kaldığı ortaya çıkmıştır.
İkinci aşamada ise bağlantı elemanlarının levha üzerinde kullanıldığında hangi etkilere
maruz kaldığı belirlenerek bazı tanımlamalar ortaya konulmuştur. Ardından bu iki aşama
birleştirilerek topoloji modülüne ulaşılmıştır. Programın bu son hali ile dataları verilen ve
koordinatları önceden belli olmayan perçin bağlantılı örnek bir ürün modelinde
optimizasyon problemi çözülmüş ve program çalıştırılmıştır. Verilen kısıtlamalar içerisinde
perçinlerin plaka üzerindeki koordinatları sırasıyla ortaya konulmuştur.

Abstract:
Today, joining plates with frequently used fasteners such as bolts and rivets is used in
various sectors. It is noteworthy that these fasteners are widely used especially in the
aviation and automotive industries. Therefore, with the developing technology, the need for
innovative design continues and remains up-to-date.
In this study, it is aimed to find the most suitable one among the given definitions in order
to increase the distribution of fasteners on the plate, working performance and durability.
To achieve this aim, the study is divided into two stages. Matlab software was used to
process and run the data in both stages.
In the first stage, it has been revealed that this is not exactly the case in the connection plates
that were thought to be exposed to axial load, and the written program was improved with
additional equations to form a static module. The accuracy of this static modulus was
measured by comparing both the tensile tests and the finite element method results. For the
tensile tests, test samples of the same type and characteristics were prepared, in which two
ST 37-2 quality plates of the same thickness were connected to each other with fasteners.
A total of twelve test samples were prepared, five with M6 bolts, five with M8 bolts, and
two with 4.8 mm diameter rivets. For finite elements, Maximum Shear Stress analysis was
performed in the Structural analysis module of Ansys R19.2 program. As a result of this
comparison, it has been revealed that the design remains in the safe zone due to the margin
of error that occurs when the design is made with this new method in the static module.
In the second stage, some definitions were put forward by determining which effects the
fasteners were exposed to when used on the plate. Then, these two stages were combined
to reach the topology module. With this final version of the program, the optimization
problem was solved in a rivet jointed sample product model whose data were given and
whose coordinates were not known beforehand, and the program was run. Within the given
restrictions, the coordinates of the rivets on the plate are presented respectively.