Şok ve titreşim azaltımı için çift negatif elastik metamalzemelerin geliştirilmesi
Development of double negative elastic metamaterials for shock and vibration mitigation
Yazar: TUBA BAYGÜN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET SARIKANAT
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal titreşim = Natural vibration ; Enerji şokları = Energy shocks ; Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Sismik titreşim = Seismic vibration ; Zorlanmış titreşim = Forced vibration

Özet:
Bu tez çalışmasında, negatif etkin kütle ve negatif direngenlik özelliklerine sahip özgün elastik metamalzemeler geliştirilmiştir. Metamalzemeler, periyodik olarak düzenlenmiş makro rezonans hücreleri içeren kompozit yapılar olarak tanımlanmakta olup, geleneksel malzemelere kıyasla daha etkin titreşim ve şok yalıtımı sağlama potansiyeline sahiptirler. Geleneksel malzemelerin, özellikle düşük frekanslı dinamik yüklemeler altında yetersiz kalması, elastik metamalzemelerin geliştirilmesi için temel motivasyonu oluşturmuştur.Çalışmada negatif etkin özelliklerin kontrol edilebilirliği için yerel rezonatörler ve simetrik/antisimetrik burkulma kanatçıkları tasarlanmıştır. Bu etkin negatiflik özellikler, ortam teorisine dayalı bir homojenizasyon prosedürü ile sayısal ve deneysel olarak ispatlanmıştır. Çeşitli darbe testleri ile geliştirilen malzemelerin şok yalıtım performansları deneysel olarak incelenmiş ve bu metamalzemelerin gerçek dünya koşullarında etkinliği değerlendirilmiştir. Bunun yanında statik basma testi ve deneysel modal analizlerden elde edilen verilerle ayrık matematiksel modeller geliştirilmiş ve bu modeller üzerinden farklı titreşim ve darbe simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Tezde sunulan çalışmalar, metamalzemelerin düşük frekanslı titreşim ve şok azaltımında yenilikçi çözümler sunma potansiyelini ortaya koymaktadır. Geliştirilen metamalzemeler, otomotiv, havacılık, savunma ve diğer endüstriyel uygulamalarda kullanılabilecektir.

Abstract:
In this thesis, novel elastic metamaterials with negative effective mass and negative stiffness properties have been developed. Metamaterials are defined as composite structures containing periodically arranged macro resonance cells, offering a more efficient potential for vibration and shock isolation compared to traditional materials. The primary motivation for developing elastic metamaterials has been the drawbacks of conventional materials, especially under low-frequency dynamic loadings. In the study, local resonators and symmetric/antisymmetric buckling wings were designed to control negative effective properties. These effective negative properties were numerically and experimentally demonstrated through a homogenization procedure based on continuum theory. The shock isolation performance of the developed materials was experimentally examined through various impact tests, and the effectiveness of these metamaterials in real-world conditions was evaluated. Additionally, discrete mathematical models were developed based on data obtained from static compression tests and experimental modal analyses, and various vibration and impact simulations were conducted using these models. The work presented in this thesis demonstrates the potential of metamaterials to offer innovative solutions for low-frequency vibration and shock mitigation. The developed metamaterials can be utilized in automotive, aerospace, defense, and other industrial applications.