Cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerin modal analizi
Modal analysis of glass fiber reinforced composite materials
Yazar: GÖKHAN ERDOĞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. YENER TAŞKIN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Serbest titreşimler = Free vibrations

Özet:
Dünya üzerindeki sürdürülebilir gelişimi sağlamak için her alanda verimliliğe ihtiyaç duyulmaktadır. Verimliliğin sağlanması çok yönlü ve disiplinler arası çalışmayı elzem hale getirmektedir. Tüketim halkasının son zincirinde yer alan tüketicilere ne kadar verimli ürünler sunulursa dünya üzerindeki kaynaklar da o derece etkin kullanılmış olacaktır. Ürünlerin verimliliğinde, kullanılan malzemeler ve ürünlerin tasarımı önemli bir yere sahiptir. Araçlardaki yakıt tüketimini düşürmek için düşük yuvarlanma direncine sahip otomobil lastikleri veya rüzgar direncini düşüren uçak gövdeleri, doğru malzeme kullanımı ile hafifleştirilmiş gemi gövdeleri bunlara örnek gösterilebilir. Son dönemde gerçekleştirilen uzun soluklu araştırma ve geliştirme faaliyetleri geleneksel malzeme kullanımında iyileştirme yapılmasına ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir. Bunu sağlamak adına kompozit malzemelerin kullanımı birçok ürün ve çıktıda doğrudan verimliliğin artmasını sağlamaktadır.
Kompozit malzemelerin, geleneksel malzemelere göre yüksek mukavemet, yüksek korozyon direnci, yüksek yorulma dayanımı gibi birçok üstünlükleri bulunmaktadır. Bu üstünlüklerinden dolayı üretim yapılan hemen hemen her sektörde kullanım alanı bulmuşlardır. 
Rotasyonel hareket eden millerin bulunduğu, platform üzerinde lineer hareket eden, kayış-kasnaklarla çalışan sistemler gibi sistemlerde çalışma anında titreşimler oluşmaktadır. Oluşan bu titreşimlerin sistemin doğal frekansında oluşmamasına dikkat edilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde sistemde rezonans oluşacaktır, bu durum hasarların oluşmasına sebep olacaktır. Titreşim oluşan sistemlerde rezonansın görülmemesi için sistemin titreşim paremetrelerinin (doğal frekanslar, mod şekilleri, kritik hızlar vb.) belirlenmesi gerekmektedir. Bu parametrelerin belirlenmesi işlemine "Modal Analiz" denilmektedir. 
Taşıtlar sürüş halindeyken yol düzensizliklerinden kaynaklı, dikey ve yatay yönlerde kuvvetlere maruz kalmaktadırlar. Taşıt üzerine gelen bu kuvvetlerin sönümlenmesi, taşıtın sürüş performansının ve sürüş konforunun arttırılması araçlarda süspansiyon sistemleri tarafından yapılmaktadır. Yaprak yaylar, taşıtlardaki süspansiyon sistemlerinin en önemli elemanlarından bir tanesidir. Taşıt üzerine etkiyen kuvvetler aracın titreşim yapmasına sebep olmaktadır. Yol düzensizliklerinden kaynaklanan bu titreşimlerin araç üzerinde veya aracın parçaları üzerinde rezonans durumunun oluşturup oluşturmayacağını önceden kestirmek önem arz etmektedir. 
Bu tez çalışması 213M601 numaralı Tübitak projesi kapsamında yapılmıştır. Deneyleri yapılacak olan numunelerin üretiminde ve ebatlanmasında kullanılan sarf malzeme ve demirbaşların alımını yapabilmek için İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından 55233 numaralı projeyle desteklenmiştir. Tez çalışması kapsamında üretilen kompozit yaprak yayların farklı modellerinin modal analizleri hem deneysel olarak hem de hesaplamalı olarak bilgisayar ortamında (Sonlu Elemanlar Yöntemi) yapılmıştır. Yapılan deneysel ve hesaplamalı modal analiz sonuçları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Mod şekilleri, doğal frekansları ve sönüm oranları arasında kıyaslamalar yapılmıştır. Ayrıca kompozit yaprak yayı üretmek için kullanılan farklı takviye malzemelerinin kompozit yaprak yayın doğal frekansları ve mod şekilleri üzerindeki etkileri incelenmiştir.

Abstract:
The resources around the world could be used more effectively if consumers who are the last link of the consumption chain can reach efficient products easily. The materials used in products and the design of products are important steps for achieving efficiency. For example, to reduce fuel consumption in vehicles, tires with low rolling resistance can be designed or by choosing appropriate materials, lighter vehicle bodies can be manufactured. Long-term research and development activities showed that the use of traditional materials should be improved by composites.
Composite materials have many advantages when compared with conventional materials. They have more strength, high corrosion resistance and high fatigue resistance. As a result of these advantages, they have found more usage in almost all sectors of manufacturing.
The vibration occurred during runtime can be seen on rotational moving shafts, linear moving platforms and belt-pulley systems etc. Runtime frequency of any system should be different from any system's natural frequency to avoid resonance. Otherwise the resonance will occur on the system that could cause damage. Vibration parameters of the system (natural frequencies, mod shapes, damping factors etc.) have to be determined in design process. The determination of these parameters process called "Modal Analysis".
Vehicles are exposed to the forces in the vertical and horizontal directions while driving because of the road irregularities. Suspension systems ensure damping these forces, increasing the vehicle's driving performance and driving comfort. Leaf spring is one of the most important elements in the suspension system of the vehicle. Forces acting on vehicle generate vibration. Resonance situation on vehicle or vehicle's parts caused by the road irregularities has to be specified during design process as well.
This thesis was carried out under the Project TUBITAK 213M601 number. Istanbul University Scientific Research Project Unit supported this thesis by 55233 project number. Modal analysis of the different versions of composite leaf springs produced under the project as well as computational (Finite Element Method) and experimental works are made. Results of experimental and computational modal analysis comparatively examined and resonance situation of composite leaf springs were investigated. Furthermore, using the different reinforcement materials to produce composite leaf springs impact on natural frequencies and mod shapes were examined.