Eklemeli imalat yöntemiyle üretilen parçalarda rassal titreşim tabanlı topoloji optimizasyonu
Topology optimization design for additively manufactured parts based on random vibration
Yazar: MERVE YILDIZ BOZER
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Eklemeli üretim =   ; Rassallık = Random ; Topoloji optimizasyonu = Topology optimization

Özet:
Eklemeli imalat yöntemleri, tasarımdaki esneklik ve çoklu malzemelerden oluşan parçaların imal edilebilmesini mümkün kılmasından dolayı önemli birçok endüstri alanında kullanılmaktadır. Bu teknoloji hayatımıza girdiğinden beri tasarım yaklaşımı da değişmektedir. Mühendislikte kullanılan yapıların statik ve dinamik kuvvetler etkisi altındaki tepkileri tasarım aşamasında büyük bir öneme sahiptir. Topoloji optimizasyonu bu doğrultuda devreye girmektedir. Optimizasyon çalışmaları sayesinde karmaşık geometrili, ağırlığı azaltılmış ve istenen mekanik özelliklere sahip parça üretmek mümkündür. Deniz araçlarının seyri boyunca yapı üzerine birçok yük biner. Bu yüklerden kaynaklanan titreşimler kaçınılmazdır. Mekanik titreşimler, deniz araçlarında bulunan antenlerin ve anten alt sistemlerinin çalışma performansında olumsuz etkiler yaratmaktadır. Eklemeli imalat yöntemi ile karmaşık geometrili ve kritik öneme sahip radar anten yapılarını ve bağlantı braketlerini imal etmek mümkündür. Bu tez çalışmasının amacı, eklemeli imalat yöntemi kullanılarak üretilen yapılarda rassal titreşim tabanlı topoloji optimizasyon analizleri yapmaktır. Antenin çalışma koşullarında maruz kaldığı titreşim yüklerini minimize etmek ve ağırlığı hafifletmek amacıyla topoloji optimizasyon yöntemi kullanılmıştır. Optimizasyon analizleri ile %52 oranında hafifleme elde edilmiştir. Aynı zamanda kütle katılım faktörünün en yüksek olduğu 1. mod değeri orijinal yapıda 159 Hz iken, yeniden tasarlanan yapıda 251 Hz olarak bulunmuştur. Askeri standartlarda tanımlı dinamik yükler kullanılarak titreşim analizleri ve testleri yapılmıştır. Rassal titreşim analizleri sonucunda yapıda meydana gelen maksimum eşdeğer gerilme değeri orijinal durumda 10 MPa iken son durumda 4,2 MPa bulunmuştur.

Abstract:
Additive manufacturing methods are used in many important industrial areas due to the flexibility in design and the ability to manufacture parts made of multiple materials. Since this technology has entered our lives, the design approach has also been changing. The response of structures used in engineering under the influence of static and dynamic forces has a foremost importance in the design phase. Thanks to optimization studies, it is possible to produce parts with complex geometry, light weight and desired mechanical properties. During the cruise of the sea vehicles, many loads are placed on the structure. Vibrations caused by these loads are inevitable. Mechanical vibrations have negative effects on the working performance of antennas and antenna subsystems in marine vehicles. With the additive manufacturing method, it is possible to manufacture complex geometry radar antenna structures and connection brackets. The aim of this thesis is to perform random vibration-based topology optimization analyses on structures produced using the additive manufacturing method. The topology optimization method is used to minimize the vibration loads that the antenna is exposed to under operating conditions and to lighten the weight. With the optimization analysis, a reduction of 52% was obtained. At the same time, the 1st mode value with the highest mass participation factor was found to be 159 Hz in the original structure, while it was found to be 251 Hz in the redesigned structure. Vibration analyses and tests were performed using dynamic loads defined in military standards. As a result of random vibration analysis, the maximum equivalent stress value occurred in the structure was found to be 10 MPa in the original case and 4,2 MPa in the final case.