Çeşitli kafes yapıların dinamik ve yarı-statik yükleme koşulları altında enerji emilimlerinin incelenmesi
Investigation of energy absorption characteristics of various lattice structures under dynamic and quasi-static loading conditions
Yazar: SALİH EMRE TUĞCU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE DEMİRCİ
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ağırlık düşürme yöntemi = Drop-weight test method ; Eklemeli üretim =   ; Kafes yapılar = Truss structures

Özet:
Bu tez çalışmasında incelenen kaynaklar ışığında farklı malzeme ve geometri tipleri için istenilen enerji emilim değerlerini sağlayacak uygun kafes yapısı geometrilerinin araştırılması hedeflenmiştir. İlk olarak Eriyik Yığma Metodu (EYM) ile poliaktik asit (PLA) ve poliamid (PA) malzemelerinden farklı katman kalınlıklarına ve baskı yönlerine sahip çekme numuneleri üretilmiş ve çekme testleri sonucunda bu malzemelerin mekanik özellikleri incelenmiştir. Çekme testleri sonucunda PLA malzemesi ile üretilen numunelerin gevrek bir karakteristiğe sahip olduğu tespit edilirken PA malzemesinin sünek bir karakteristiğe sahip olduğu gözlemlenmiştir. PLA malzeme için 0,1 mm katman kalınlığı ve düz yönde basılan numunelerin maksimum çekme dayanımına sahip olduğu, PA malzemenin ise 0,15 mm katman kalınlığı ve düz basma yönünde en yüksek çekme dayanımına ulaştığı tespit edilmiştir. Daha sonra, eklemeli imalat teknolojisinin getirdiği karmaşık geometrileri oluşturabilme kabiliyeti sayesinde üretilebilme olanağı doğan kafes yapıları literatürdeki kullanım yeri, enerji emilimi ve dayanımına göre incelenmiş ve on farklı tipteki geometrik yapı tasarlanmıştır. Bu geometrik yapılar sırasıyla z dikmeli hacim merkezli kübik yapı (HMKZ), on ikiyüzlü yapı (OİY), kenar-merkezli kübik yapı (KMK), yüzey merkezli kübik yapı (YMK), z dikmeli yüzey merkezli kübik yapı (YMKZ), yüzey ve hacim merkezli kübik yapı (YHMK), z dikmeli yüzey ve hacim merkezli kübik yapı (YHMKZ), eşkenar dörtgensel yapı (EKD), sekizyüzlü yapı (SKYZ) ve tüm yüzey merkezli kübik yapı (TYMK) olarak seçilmiştir. Yarı-statik basma ve düşen ağırlık darbe testleri için kafes yapılardan üçer adet numune EYM yöntemi ile imal edilmiş test faaliyetleri gerçekleştirilmiştir. Hem yarı-statik hem de dinamik test sonuçlarına göre kafes yapıların emdiği enerji miktarları, özgül enerji emilimleri ve gösterdikleri maksimum reaksiyon kuvvetleri hesaplanmıştır. PLA ve PA malzemelerinden üretilmiş kafes yapılarının yarı-statik basma testleri incelendiğinde PLA ile üretilen kafes yapıları arasından OİY kafes yapısının hem enerji emilim hem de özgül enerji emilim değerleri daha yüksek çıkmıştır. PA malzeme ile üretilen kafes yapıları arasında ise en yüksek enerji emilim değerine YHMKZ kafes yapısı, en yüksek özgül enerji emilim değerine ise HMKZ kafes yapısı sahip olmuştur. Düşen ağırlık darbe testinin sonuçlarına bakıldığında PLA ile üretilen kafes yapıları arasından YHMKZ kafes yapısının daha yüksek bir enerji emilim değerine ulaştığı görülürken PA malzeme ile üretilen kafes yapıları arasından OİY kafes yapısının daha yüksek bir enerji emilim değerine ulaştığı tespit edilmiştir. PLA ve PA malzemeleri aynı kafes yapısı bazında incelendiğinde yarı-statik yükleme koşullarında PLA, dinamik yükleme koşullarında ise PA malzemeden üretilen kafes yapılarının daha yüksek özgül enerji emilimi sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to search for suitable lattice structure geometries that will provide the desired energy absorption values for different material and geometry types. Firstly, tensile samples with different layer thicknesses and printing directions were produced from polylactic acid (PLA) and polyamide (PA) materials by the fused deposition method, and the mechanical properties of these materials were examined. As a result of the tensile tests, it was determined that the samples produced with PLA had a brittle characteristic, while it was observed that the PA had a ductile characteristic. It has been determined that the samples with a layer thickness of 0,1 mm and printed in the flat direction have the maximum tensile strength for the PLA, while the PA has the highest tensile strength in the direction of 0,15 mm layer thickness and flat compression. Then, lattice structures were examined according to their use in the literature, energy absorption and strength, and ten different types of geometric structures were designed. These geometric structures are respectively body centered cubic with z structure, dodecahedral structure, edge centered cubic structure, face centered cubic structure, face centered cubic with z structure, face and body centered cubic structure, face and body centered cubic with z structure, rhombohedral structure, octahedral structure and whole face centered cubic structure were selected. For quasi-static compression and falling weight impact tests, three samples of lattice structures were produced and test activities were carried out. According to both quasi-static and dynamic test results, the amount of energy absorbed by the lattice structures, their specific energy absorption and the maximum reaction forces were calculated. When the quasi-static compression tests of the lattice structures made of PLA and PA materials are examined, both the energy absorption and the specific energy absorption values of the dodecahedral lattice structure were found to be higher among the lattice structures produced with PLA. Among the lattice structures produced with PA material, face and body centered cubic structure wiht z lattice structure had the highest energy absorption value and body centered cubic structure with z lattice structure had the highest specific energy absorption value. As a result of the falling weight impact test, it is seen that the face and body centered cubic structure wiht z lattice structure has a higher energy absorption value among the lattice structures produced with PLA, while the dodecahedral lattice structure has a higher energy absorption value among the lattice structures produced with PA material. When PLA and PA materials are examined on the basis of the same lattice structure, it has been determined that lattice structures produced from PLA and PA provide higher specific energy absorption for quasi-static and dynamic loading conditions, respectively.