Design and development of a modular dynamic test system for resilient mechanical components and viscoelastic materials

Abstract

Titreşim önemli bir olgudur çünkü istenmeyen titreşim enerji kaybı, gürültü, zamanından önce bozulma ve benzeri sonuçlara neden olur. Bu nedenle titreşim kontrolü ve izolasyonu önem arz etmektedir. Plastik, kauçuk ve benzeri viskoelastic malzemeler birçok çeşit titreşim kontrolü ve izolasyonu uygulamalarında kullanılmaktadır. Viskoelastik malzemelere ek olarak yay, titreşim takozu ve benzeri elastik mekanik parçalar da titreşim kontrolü ve izolasyonu uygulamaları için önemlidir. Yorulma ömrü, dinamik direngenlik, sönümleme özellikleri gibi bu malzemelere ve parçalara ait dinamik özellikler efektif bir sönümleme aracı veya titreşim izolatörü tasarımında önemli rol oynamaktadır. Bununla birlikte dinamik özellikler frekansa ve/veya sıcaklığa bağlıdır. Sonuç olarak dinamik özelliklerin frekansa ve/veya sıcaklığa bağlı olarak karakterize edilmesini sağlayacak dinamik bir test sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Piyasada hem yazılımsal hem de donanımsal parçaları tek bir üründe toplayan paket halinde test sistemleri bulunmaktadır. Fakat bu paket test sistemleri pahalıdır. Bu tez çalışmasının amacı viskoelastik malzemelerin ve esnek mekanik parçaların dinamik özelliklerinin 0-100 Hz frekans aralığında 3 kN maksimum kuvvet altında düşük ve yüksek sıcaklık değerlerinde karakterizasyonunun yapılmasına olanak sağlayacak özel modüler bir test sisteminin tasarlanması ve geliştirilmesidir. Bu amaçla modüler test sisteminin mevcut gereksinimler, istenen özellikler ve kısıtlamalar doğrultusunda orjinal bir mekanik tasarımı hazırlanmıştır.

Vibration is a critical phenomenon because unwanted vibration causes energy wasting, noise, premature failure etc. For this reason, control and isolation of vibration has importance. Viscoelastic materials such as plastics, rubbers etc., which show both viscous and elastic behaviors under the effect of stress, are used in many different vibration control and isolation applications. In addition to viscoelastic materials, resilient mechanical components such as springs, vibration mounts etc. are also important for vibration control and isolation applications. Dynamic properties such as fatigue life, dynamic stiffness, damping properties of these materials and components play important roles to design an effective damping instrument or vibration isolator. On the other hand, dynamic properties are dependent on the frequency and/or temperature. As a result, there is a need for a dynamic test system which characterizes the dynamic properties with respect to the frequency and/or temperature. There are commercially available package test systems, which include both hardware and software components in one product, to determine the dynamic properties of corresponding materials and components. However, these test systems are expensive. The aim of this thesis is to design and develop a custom modular dynamic test system to characterize dynamic properties of viscoelastic materials and resilient mechanical components in 0-100 Hz frequency range with 3 kN maximum force at low and high temperatures. For this purpose, an original mechanical design is prepared for a modular dynamic test system considering the requirements, specifications and constraints.