Tek ve çok katlı grafen yapıların sonlu eleman yöntemi ile modellenmesi ve karakterizasyonu
Modeling and characterization of single and multilayer graphen structures by finite element method
Yazar: RABİA YALÇIN
Danışman: PROF. DR. SADRİ ŞEN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elastisite modülü = Modulus of elasticity ; Grafen = Graphene ; Levhalar = Plates ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Amaç: Bu çalışmada sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak tek ve çift katlı grafen levhaların farklı yükler altında modellenmesi ve elastiklik modülünün rapor edilen değerleri listelenmesi ve tartışılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Çalışmada sonlu elemanlar analizinin bilgisayar destekli uygulaması olan ANSYS Mechanical APDL programı kullanılmıştır. Çalışma üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada grafenler Nanotube Modeler programında oluşturulmuş ve analiz aşamasında kullanılacak forma getirilmiştir. İkinci aşamada oluşturulan modeller ANSYS Mechanical APDL programında input kodu girilerek analiz edilmiş ve son aşamada program çıktısı olarak alınan reaksiyon kuvvetleri yardımıyla elastiklik modülü değerleri hesaplanılarak sonuçlar incelenmiştir. 
Bulgular: Tek katlı grafen levhalarda zikzak tip için en yüksek elastiklik modülü değeri 3,7283 TPa civarında en düşük elastiklik modülü değeri 2,9286 TPa civarında gözlemlenmiştir. Koltuk tip tek katlı grafenlerde elastiklik modülünün en yüksek değeri 3,3529 TPa civarında en düşük değeri 2,9199 TPa civarındadır. Çift katlı grafen levhalarda ise zikzak tip için en yüksek elastiklik modülü değeri 4,79E-07 Tpa ve en düşük 4,46E-07 Tpa civarındadır. Koltuk tip için ise elastiklik modülü değeri 4,7213E-07 Tpa ve en düşük 4,5269E-07 Tpa civarındadır.
Sonuç: Tek katlı grafen levhalarda grafen uzunluğu artıkça elastiklik modülü değerleri genel olarak azalmıştır. Aynı şekilde tek katlı grafen levhalarda boy-en (y/x) oranı değeri arttıkça elastiklik modülü değerleri azalmıştır. Çift katlı grafen levhalarda zikzak tip grafenlerde uzunluk arttıkça elastiklik modülü değerleri azalmıştır. Boy-en (y/x) oranı değerleride artıkça elastiklik modülü değerleri azalmıştır. Çift katlı koltuk tip grafen levhalarda uzunluk arttıkça elastiklik modülü değerleri azalmıştır. Yine aynı şekilde boy-en (y/x) oranı değerleride arttıkça elastiklik modülü değerlerinde azalma gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:  grafen levhalar, çift katlı grafen levhalar, sonlu elemanlar, elastiklik modülü.
Ağustos 2022, 108 sayfa

Abstract:
Purpose: In this study, it is aimed to model single and double-layer graphene sheets under different loads using the finite element method and to list and discuss the reported values of the modulus of elasticity.
Method: In the study, ANSYS Mechanical APDL program, which is a computer-aided application of finite element analysis, was used. The study consists of three stages. In the first stage, graphenes were created in the Nanotube Modeler program and put into the form to be used in the analysis stage. The models created in the second stage were analyzed by entering the input code in the ANSYS Mechanical APDL program and the results were examined by calculating the modulus of elasticity values with the help of reaction forces obtained as the program output in the last stage.
Findings: The highest modulus of elasticity value for zigzag type was observed around 3.7283 TPa and the lowest modulus of elasticity value was observed around 2.9286 TPa in single-layer graphene sheets. The highest value of the modulus of elasticity in this type of single-layer graphene is around 3.3529 TPa, and the lowest value is around 2.9199 TPa. In double-layer graphene sheets, the highest modulus of elasticity for the zigzag type is around 4.79E-07 Tpa and the lowest is around 4.46E-07 Tpa. As for the seat type, the elasticity modulus value is around 4.7213E-07 Tpa and the lowest is around 4.5269E-07 Tpa.
Results: As the graphene length increased in single-layer graphene sheets, the elastic modulus values decreased in general. In the same way, as the height-width (y/x) ratio value increased in single-layer graphene sheets, the modulus of elasticity values decreased. The modulus of elasticity values decreased as the length increased in zigzag zip graphenes on double-layer graphene sheets. As the length-width (y/x) ratio values increased, the modulus of elasticity values decreased. The modulus of elasticity values decreased as the length increased in double-layer Seat type graphene sheets. In the same way, as the height-width (y/x) ratio values increased, a decrease in the elasticity modulus values was observed.
Keywords: graphene sheets, double-layer graphene sheets, finite element, modulus of elasticity.
August 2022, 108 page