Sönümleyici parçacık yerleştirilmiş sandviç yapıların dinamiği ve titreşim özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bilgisayar teknolojilerinin gelişmesiyle daha önce imkânsız veya zor olan mühendislik analiz ve simülasyonları daha kolay hale gelmiştir. Bu amaçla geliştirilen araçlardan birisi de çok sayıda küçük boyutlu parçacıktan oluşan süreksiz malzemelerin simülasyonuna izin veren, sayısal bir modelleme tekniği olan Ayrık Elemanlar Yöntemi'dir. Bu yöntem, sistemdeki her bir parçacığı katı elastik bir cisim olarak modelleyerek küçük bir zaman adımında her parçacığın konumunu ve hızını hesaplamak için Newton'un ikinci yasasını kullanır. Parçacıklar birbiri ve yüzeylerle çarpıştığında elastik deformasyona uğrayarak hafifçe üst üste binerler ve bu örtüşme, her bir parçacığı bir yay gibi ele alarak temas kuvvetlerini hesaplamak için kullanılır.Bu tez kapsamında Ayrık Elemanlar Yöntemi kullanarak zeminden tahrikli tek eksende hareket eden farklı geometride hücrelere sahip yapıların titreşim analizi yapılmıştır. Farklı parçacık sayısı, hücre boyutları gibi parametrelerin yapının sönümü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Daha sonra Euler-Bernoulli teorisi ile modellenen ankastre-serbest sınır şartlarına sahip sürekli bal peteği katmanlı çubuğun titreşim analizi Matlab® paket programı yardımıyla yapılmıştır. Katmanlı çubuğun modal parametreleri Ansys® APDL paket programından elde edilmiştir. Çubuğun uç kısmından belirli bir bölge sönümleyici parçacık yerleştirmek için belirlenmiştir. Çubuk uygun noktasından rastgele tahrik kuvveti ile tahrik edilerek frekans tepki fonksiyonu hesaplanmıştır. Parçacıkların çubuğun sönümü üzerindeki etkisini hesaplamak için ilk 4 titreşim modu yeterli sayılmıştır. En son aşamada ise sabit bir eksen etrafında dönen ankastre-serbest sınır şartlarında kabul edilen katmanlı çubuğun parçacıklı titreşim analizi yapılmıştır. Farklı dönme hızlarının titreşim genliğine etkisi incelenmiştir.Çalışmanın sonucunda parçacıkların yapının titreşim genliğini önemli ölçüde azalttığı gözlemlenmiştir. Parçacıkların genel yerine yerel konumlara yerleştirilmesi ile doğal frekans(lar)ı çok az değişime uğramaktadır.

With the development of computer technologies, engineering analysis and simulations, which were impossible or difficult before, have become easier. One of the tools developed for this purpose is the Discrete Element Method, which is a numerical modeling technique that allows the simulation of discontinuous materials consisting of many small particles. This method uses Newton's second law to calculate the position and velocity of each particle in a minor step by modeling each particle in the system as a rigid body. When particles collide with each other and with surfaces, they undergo elastic deformation and overlap slightly, and this overlap is used to calculate contact forces, treating each particle like a spring.In this thesis, vibration analysis of the structures with cells of different geometries moving on a horizontal axis excited from the base was carried out using the Discrete Element Method. The effects of parameters such as different particle numbers and cell sizes on the damping of the structure were investigated. Then, vibration analysis of continuous honeycomb layered beam with fixed-free boundary conditions modeled using Euler-Bernoulli theory was done with the help of Matlab® package program. The modal parameters of the layered beam were obtained from the Ansys® APDL package program. A specific region from the end of the beam is designated to place the particle dampers. The frequency response function was calculated by exciting the beam from its appropriate point with a random input force. The first four vibration modes are considered sufficient to calculate the effect of the particles on the damping of the beam. In the last stage, vibration analysis of the layered beam, which is assumed having fixed-free boundary conditions and rotates around a fixed hub, was carried out. The effect of different rotational speeds on vibration amplitude was investigated.As a result, it was observed that the impact particles significantly reduced the vibration amplitude of the structure. By placing the particles in local rather than general positions, their natural frequency changes very little.