Kompleks geometriye sahip malzemelerin mekanik davranışlarının görüntü işlem destekli sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Investigation of mechanical behavior of materials having complex geometry by image processing supported finite elements method
Yazar: ABDULKERİM ERGÜT
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN ALTINTAŞ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında kompleks geometriye sahip malzemelerin mekanik özellikleri görüntü işlem destekli sonlu elemanlar metodu ile incelenmeye çalışılmıştır.Tersine mühendislik uygulamaları, hesaplama kapasitesinin ve ölçüm tekniklerinin hassasiyetinin artması ile günümüzde önem kazanmıştır ve daha sık kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle uygulamaları tıp, inşaat ve malzeme mühendisliği gibi bir çok branşta kullanım alanına sahiptir. Tersine mühendislik üç boyutlu bilgisayar destekli tasarım, bilgisayar destekli üretim ve bilgisayar destekli mühendislik için varolan parçaların üç boyutlu sanal modellerinin oluşturulması için kullanılan bir metod haline gelmiştir. Tersine mühendislik yöntemleri kullanılarak beton numunesi ve mercan numunesi üzerinde incelemeler yapılmıştır.
Karmaşık geometriye sahip agrega, su, çimento ve kum karışımından oluşan beton numunesinin görüntü verileri bilgisayarlı tomografi ile elde edilmiştir. Elde edilen görüntüler ile tersine mühendislik yöntemleri yardımıyla voksel tabanlı sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan 3 boyutlu katı modele ABAQUS® programında üç nokta eğme deneyi yapılarak, gerçek numune üzerinde yapılan deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda malzemenin mekanik özellikleri incelenmiştir.  Poroz malzeme yapısına ve karmaşık bir geometriye sahip mercan numunesi üzerinde  en önemli görüntü işleme parametrelerinden biri olan eşik değer değişiminin geometrik özelliklere, eksenel yükleme deneyine ve yönlere bağlı elastisite modülü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Makro kabuller çerçevesinde kullanılan elastisite modülü değerleri ile gerçek elastisite modülü değerleri arasındaki farklılıkları ve ilişkileri voksel tabanlı sonlu elemanlar metodu kullanılarak ortaya konulmuştur. Gerçekçi geometri tanımlamaları Mikro-Bilgisayarlı Tomografi cihazları kullanılarak yapılmıştır. Seçilen parametreler ışığı altında yapılan analizlerle poroz malzemeler ile homojen malzemelerin elastisite modülleri arasındaki ilişki elde edilmiştir. 
Elde edilen sonuçlar incelenen parametrelerin kompleks geometrilere örnek olarak seçilen beton ve mercan numunesinin mekanik özellikleri üzerinde çok önemli etkileri olduğunu göstermiştir. Sonuçlar mutlaka göz önünde bulundurulması gereken görüntü verileri seçiminin pratik uygulamalardaki önemini de ortaya koymaktadır.

Abstract:
In the scope of this thesis, mechanical behavior of the materials having complex geometry are investigated by image processing supported finite elements method Reverse engineering applications become important with the development in calculation capacity and sensitivity of measurement techniques. Reverse engineering applications are used in many areas such as medical, civil and material engineering. Reverse engineering has become a method which is used in three dimensional computer aided design, computer aided production and three dimensional virtual models for computer aided engineering. Investigations are performed on concrete and coral specimen by using reverse engineering methods.
Image data of concrete specimen which is formed of aggregate having complex geometry, water, cement and sand is obtained by computed tomography. With the obtained data, voxel based finite elements method is formed by reverse engineering methods. 3 points bending test is applied to the three dimensional solid model in ABAQUS® program and compared with the experimental results. Carrying properties are investigated after analyses.
Effect of change in treshold value on coral specimen having porous material structure and complex geometry on geometrical properties, static analyses and directional elasticity module is investigated. Differences and relationships between elasticity module which is used in within the scope of macro acceptance and real elasticity module values are presented by using voxel based finite elements method. Realistic geometry definitions are made by micro computed tomography devices. The relationship between elasticity modules of homogenous and porous materials are obtained in the analyses in the light of selected parameters.Obtained results reveal that investigated parameters have remarkable effects on carrying properties of concrete and coral specimen which have complex geometries. The results also show the importance of image data choice which must be taken into consideration on practical applications.