Theses (Master's and Ph.D) – Mechanical Engineeringhttp://hdl.handle.net/11129/152024-03-29T16:02:44Z2024-03-29T16:02:44ZEvaluation of Springback of AA5052-H36 Aluminium Alloy Sheet in Vee-bendingFubara, Otonye Tekenahttp://hdl.handle.net/11129/58432024-03-13T00:01:49Z2020-01-01T00:00:00ZEvaluation of Springback of AA5052-H36 Aluminium Alloy Sheet in Vee-bending
Fubara, Otonye Tekena
Springback (SB) is the partial elastic recovery experienced by the sheet metal upon
removal of an applied load at the conclusion of the forming operation. SB is one of the
causes of unsatisfactory bending since it results in loss of dimensional control in
formed parts thus leading to problems that impacts quality and cost. In this work, the
SB of aluminium (AA5052-H36) alloy sheet in vee bending is evaluated
experimentally and with finite element analysis (FEA). Using ANOVA, this work
investigates the relative effect of sheet metal thickness (2mm and 3mm), die opening
(22mm, 35mm and 50mm) and punch holding time (0, 5 secs and 10 secs). SB
modeling based on the forming parameters was conducted using multiple linear
regression (MLR) and artificial neural network (ANN). This study showed that
increasing values of the punch holding time and sheet thickness leads to reduction in
SB while increasing die opening increases the SB for AA5052-H36 aluminium alloys,
with the punch holding time having the most impact on SB. Parametric interactional
effect between the punch holding time and die-opening showed significant impact on
SB, while interactional effects involving the sheet thickness had insignificant impact
on SB. ANN offered far superior SB prediction performance compared to MLR and
FEA. In this work FEA simulation results demonstrate that increasing the die opening
increases the SB while increasing the sheet thickness reduces the SB. This work
demonstrates the formability of AA5052-H36 aluminuim alloy in cold work, where
vee bends were performed with punch radius of 0.8mm and bend specimens showed
no cracks, checking and surface roughness.
Keywords: Springback, Finite Element Analysis, ANN, MLR.; ÖZ:
Geri yaylanma (SB), şekillendirme işleminin sonunda uygulanan bir yükün çıkarılması
üzerine sac metalin yaşadığı kısmi elastik geri kazanımdır. SB, şekillendirilmiş
parçalarda boyutsal kontrol kaybına yol açtığı için kalite ve maliyeti etkileyen
sorunlara yol açtığı için yetersiz bükülme nedenlerinden biridir. Bu çalışmada, vee
bükülmesindeki alüminyum (AA5052-H36) alaşım tabakasının SB'si deneysel olarak
ve sonlu eleman analizi (FEA) ile değerlendirilmiştir. ANOVA kullanarak, bu çalışma
sac metal kalınlığı (2mm ve 3mm), kalıp açıklığı (22mm, 35mm ve 50mm) ve zımba
tutma süresinin (0, 5 sn ve 10 sn) göreli etkisini araştırır. Şekillendirme
parametrelerine dayalı SB modelleme, çoklu doğrusal regresyon (MLR) ve yapay sinir
ağı (YSA) kullanılarak yapıldı. Bu çalışma, zımba tutma süresi ve sac kalınlığı
değerlerinin artmasının SB'de azalmaya yol açarken, kalıp açıklığının arttırılması
AA5052-H36 alüminyum alaşımları için SB'yi artırdığını, zımba tutma süresinin SB
üzerinde en fazla etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Zımba tutma süresi ve kalıp açma
arasındaki parametrik etkileşimli etki SB üzerinde önemli bir etki gösterirken, tabaka
kalınlığını içeren etkileşimli etkiler SB üzerinde önemli bir etkiye sahip değildir. ANN,
MLR ve FEA'ya kıyasla çok daha üstün SB tahmin performansı sundu. Bu çalışmada
FEA simülasyon sonuçları, kalıp açıklığının arttırılmasının SB'yi arttırırken sac
kalınlığını arttırmanın SB'yi azalttığını göstermektedir. Bu çalışma, AA5052-H36
alüminim alaşımının soğuk işlerde şekillendirilebilirliğini gösterir, burada vee
kıvrımları 0.8mm delme yarıçapı ile yapılır ve bükülme örnekleri hiçbir çatlak, kontrol
ve yüzey pürüzlülüğü göstermez.
Anahtar Kelimeler: Geri Yaylanma, Sonlu Elemanlar Analizi, YSA, MLR.
Master of Science in Mechanical Engineering. Institute of Graduate Studies and Research. Thesis (M.S.) - Eastern Mediterranean University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering, 2020. Supervisor: Asst. Prof. Dr. Mohammed Bsher A. Asmael.
2020-01-01T00:00:00ZOverset Grid Assembler and Flow Solver with Adaptive Spatial Load BalancingShibliyev, Orhanhttp://hdl.handle.net/11129/58142024-03-08T00:01:19Z2021-12-01T00:00:00ZOverset Grid Assembler and Flow Solver with Adaptive Spatial Load Balancing
Shibliyev, Orhan
In the present study, a parallel unsteady and coupled flow solver is developed to solve
fluid flow around relatively moving components using a system of multiple unstructured
meshes overlapping each other in a parallel computing environment. The use of multiple
overlapping meshes is also referred as overset mesh methodology, which is convenient
in solving fluid flow problems involving moving components such as flow around
helicopters and wind farms.
Traditional single grid generation around all the components of a system is time
consuming. Also, quality of the resultant single grid is usually unsatisfactory for
critical regions of flow such as boundary layers and bodies in close proximity.
Additionally, in unsteady flow simulations, excessive mesh stretching causes the
solution accuracy to diminish significantly. Overset mesh methodology allows each
component mesh to be generated independently with desired local properties. In this
thesis, an overset grid assembler is developed to establish connectivity across
component meshes in a parallel computing environment, where all meshes are
partitioned into multiple mesh-blocks and processed on multiple cores. The cells are
classified into 1) field cells on which the discretized Euler equations are solved, 2)
receptors which interpolate data from (donor) field cells and 3) hole cells which are
excluded from the flow solution due to overlapping invalid regions of space such as
holes. Alternating Digital Tree and stencil walking are implemented to reduce the time
spent on the overset mesh connectivity. Hole map is used to identify hole cells and
integrated to the mesh connectivity algorithm in order to cut holes exactly.
Unlike traditional mesh partitioning where each partition contains similar number of
cells, component meshes are partitioned spatially so that overlapping mesh-blocks
reside in the same partitions. Spatial partitioning is performed using an octree to which
mesh-blocks are registered. The octree is refined adaptively until octree-bins can be
distributed to processors evenly. Load balancing is repeated whenever load imbalance
exceeds a predefined threshold.
Validity of the developed code is tested on several test cases including the case of
complex flow around a generic helicopter configuration in near hover condition and
evaluated in terms of rotor-fuselage interaction, load balance, scalability and memory
usage.
Even though load (re-)balancing was found to be the most time consuming task, it
was shown that frequent load balancing reduced total simulation time considerably.
The time saved with load rebalancing was 13% which added up periodically for every
quarter rotation.
Speed-up results for combination of tasks (hole cut, donor search and overlap
minimization) in the present work were compared with Suggar++ [1] which provided
speed-up results for up to 8 processors. It was observed that present speed-up results
showed linear behaviour compared to non-linear speed-up in Suggar++. Additionally,
higher speed-up was obtained compared with Suggar++.
Keywords: Computational fluid dynamics; numerical algorithms; overset grid
methodology; load balancing; ÖZ:
Bu çalı¸smada, paralel bir hesaplama ortamında birbiriyle örtü¸sen çoklu
yapılandırılmamı¸s aglardan olu¸san bir sistem kullanarak, nispeten hareket eden ˘
bile¸senlerin etrafındaki sıvı akı¸sını çözmek için bir paralel kararsız ve birle¸stirilmi¸s akı¸s
çözücü geli¸stirilmi¸stir. Helikopter ve rüzgar santrali gibi hareketli bile¸senleri içeren sıvı
akı¸sı problemlerinin çözümünde çoklu agların kullanımı örtü¸sen sayısal a ˘ g yöntemi ˘
olarak da adlandırılır.
Bir sistemin tüm bile¸senleri etrafında geleneksel tek sayısal ag üretimi, zaman alan bir ˘
i¸slemdir dolayısıyle pratik degildir. Ayrıca, sonuçta ortaya çıkan tek sayısal a ˘ gın ˘
kalitesi, sınır katmanı ve yakın cisimler gibi kritik akı¸s bölgeleri için genellikle
yetersizdir. Ek olarak, hareketli sayısal aglı kararsız akı¸s simülasyonlarında, sonraki ˘
zaman adımlarında a¸sırı sayısal ag gerilimi, çözüm do ˘ grulu ˘ gunun önemli ölçüde ˘
azalmasına neden olur. Örtü¸sen sayısal ag yöntemi, her bir bile¸sen sayısal a ˘ gın istenen ˘
yerel özelliklerle bagımsız olarak olu¸sturulmasına izin verir. Bu çalı¸smada, tüm sayısal ˘
agların birden çok sayısal a ˘ g blo ˘ guna bölündü ˘ gü ve birden çok çekirdek üzerinde ˘
i¸slendigi paralel bir hesaplama ortamında bile¸sen sayısal a ˘ gları arasında ba ˘ glantı ˘
kurmak için bir örtü¸sen sayısal ag kurucusu geli¸stirilmi¸stir. Hücreler, 1) ayrıkla¸stırılmı¸s ˘
Euler denklemlerinin çözüldügü alan hücreleri, 2) (donör) alan hücrelerinden gelen ˘
verileri enterpolasyon yapan reseptörler ve 3) geçersiz bölgeler ile kesi¸smesi nedeniyle
akı¸s çözümünden dı¸slanan delik hücreleri olarak sınıflandırılır. Örtü¸sen sayısal ag˘
kurumumda harcanan zamanı azaltmak için Alternating Digital Tree ve stencil walking
algoritmaları uygunlanmı¸stır. Delik hücrelerini tanımlamak için delik haritası
kullanılmı¸stır ve delikleri tam olarak kesmek için donör aramasına entegre edilmi¸stir.
Her bölümün benzer sayıda hücre içerdigi geleneksel sayısal a ˘ g bölümlemesinden ˘
farklı olarak, bile¸sen sayısal agları uzamsal olarak bölümlere ayrılır, böylece örtü¸sen ˘
sayısal ag blokları aynı bölümlerde bulunur. Uzamsal bölümleme, sayısal a ˘ g˘
bloklarının kaydedildigi bir octree kullanılarak gerçekle¸stirilmi¸stir. Octree, ˘
octree-kutuları i¸slemcilere e¸sit olarak dagıtılıncaya kadar uyarlanabilir ¸sekilde ˘
bölünmü¸stür. Yük dengesizligi önceden tanımlanmı¸s bir e¸si ˘ gi a¸stı ˘ gında yük dengeleme ˘
tekrarlanmı¸stır.
Geli¸stirilen kodun geçerliligi, genel bir helikopter konfigürasyonu etrafındaki karma¸sık ˘
akı¸s durumunda, havada asılı kalma durumunda test edilip, rotor-gövde etkile¸simi, yük
dengesi, ölçeklenebilirlik ve bellek kullanımı açısından degerlendirilmi¸stir. ˘
Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akı¸skanlar dinamigi; sayısal algoritmalar; örtü¸sen ˘
sayısal ag yöntemi; yük dengelenmesi
Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering. Institute of Graduate Studies and Research. Thesis (Ph.D.) - Eastern Mediterranean University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering, 2021. Supervisor: Prof. Dr. İbrahim Sezai.
2021-12-01T00:00:00ZExperimental Investigation on Flow Structures behind Tandem Bluff BodiesBahrami, Arianhttp://hdl.handle.net/11129/58012024-02-27T00:01:16Z2019-07-01T00:00:00ZExperimental Investigation on Flow Structures behind Tandem Bluff Bodies
Bahrami, Arian
The vortex shedding phenomenon in the wake region behind bluff bodies is the most
significant feature of flow around these bodies. One consideration regarding this
phenomenon is the induced unsteady loading on the structure which can lead to
possible structural damages. Therefore, to prevent any damages, the engineers are
required to consider this phenomenon during design stages of industrial systems.
In this study, vortex shedding in the wake region of single and dual bluff bodies have
been investigated in detail. Firstly, the effects of entrainment of fluid through the
hollow space in square and triangular cylinders have been studied experimentally. The
flow structures have been investigated in terms of velocity components, turbulent
kinetic energy and similarities and dissimilarities in coherent and incoherent structures
have been addressed in detail. It was found that the wake region behind the U shape
cylinder exhibits a delay in the wake recovery in comparison to the square cylinder. It
was observed that the coherent turbulent kinetic energy (TKE) peak of U shape
cylinder is about 25 % lower than the coherent TKE peak of square cylinder in the near
wake region while on average it is about 15 % higher in the far wake region. Similarly,
it was also observed that the wake region behind the L shape cylinder exhibits a delay
in the wake recovery in comparison to the triangular cylinder. It was seen that the
coherent TKE peak of L shape cylinder is about 22 % lower than the coherent TKE
peak of the triangular cylinder in the near wake region while on average it is about 20
% higher in the far wake region.
Moreover, interacting wakes of two inclined flat plates in tandem arrangement have
been studied experimentally. The effects of gap ratio (g/D) between the plates and the
angle of attack (α) on the flow structure in the wake region have been investigated.
Different set of experiments have been conducted for gap ratios 0.5 and 1.0 between
the plates. In addition, various angles of attack (70-90 degrees) have been considered
to probe the effects of inclination on the wake region in terms of the shedding
frequency and the Strouhal number variation. The results revealed that both the
coherent TKE peak production and the Strouhal number decrease as the angle of attack
increases. Moreover, it was observed that for a given angle of attack ࢻ, the Strouhal
number increases as the gap ratio g/D increases. Furthermore, the coherent TKE peak
production decreases as the gap ratio g/D increases in cases of the angle of attack of
70 and 80 degrees while in case of the angle of attack of 90 degree, the coherent TKE
peak production increases as the gap ratio g/D increases.
Keywords: Vortex shedding, Incoherent and coherent flow structure, Triangular
cylinder, Inclined flat plate, Interacting wake, Tandem arrangement; ÖZ:
Cisimlerin arkasındaki dalga alanındakı girdap oluşumu cisimleri etrafındakı akışın en
belirgin özelliklerden biridir. Bu oluşum yapılar üzerinde buna bağlı oluşan karasız
yüklemelere sebebiyet verir ki bunlar da yıkıma sebebiyet verebilirler. Bu yüzden
mühendisler endüstriyel yapıları tasarlarken oluşabilecek zararları önlemek için bu
konuyu dikkate almaktadırlar.
Bu çalışmada tek ve çift gövdelerin dalga alanında oluşan girdapları detaylı bir şekilde
incelenmiştir. Öncelikle akışkanın kare ve üçgen silindirler arasına nüfuz etmesinin
etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Akış yapıları hız komponenti, türbülans kinetik
enerjisi, koherent ve inkoherent yapılardaki benzerlikler ve farklılıklar araştırılmıştır.
U kesitli silindir kare şeklindeki silindire göre dalga düzenlemelerinde gecikme
göstermektedir. Ayrıca koherent türbülans kinetik enerjisinin U kesitli silindirde kare
silindire göre dalga yakın bölgelerinde % 25 az olduğu ve uzak dalga bölgelerinde ise
% 15 fazla olduğu gözlemlenmiştir. Ayni şekilde L kesitli silindirin dalga
düzenlemesinin üçgen silindire göre daha geç oluştuğu gözlemlenmiştir. Koherent
türbülans kinetik enerjisinin L kesitli silindirede üçgen silindire göre yakın dalga
bölgesinde % 22 az olduğu ve uzak dalga bölgesinde ise % 20 yüksek olduğu
gözlemlendi. Bunun yanında arka arkaya yerleştirilmiş iki eğimli düz plakanın dalga
etkileşimleri deneysel olarak incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Vorteks oluşumu, Inkoherent ve koherent akış yapıları, Üçgen
silindir, Eğimli dik plaka, Etkileşimli dalga, Tandem düzen
Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering. Institute of Graduate Studies and Research. Thesis (Ph.D.) - Eastern Mediterranean University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering, 2019. Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Hasan Hacışevki
2019-07-01T00:00:00ZEmpirical Thermal Performance Investigation of a Compact Lithium Ion Battery Module under Forced Convection CoolingHakeem, Akinlabi Akindimeji Abdulhttp://hdl.handle.net/11129/57902024-02-16T00:01:11Z2020-01-01T00:00:00ZEmpirical Thermal Performance Investigation of a Compact Lithium Ion Battery Module under Forced Convection Cooling
Hakeem, Akinlabi Akindimeji Abdul
Lithium ion Batteries (LIBs) are considered one of the most suitable power options
for Electric Vehicle (EV) drivetrain, are known for having low self-discharging
properties hence provide long life cycle operation. To obtain maximum power output
from LiBs, it is necessary to critically monitor their operating conditions.
Temperature particularly, is known to directly affect the performance and life span of
LiBs. This paper investigates the performance of a Battery Thermal Management
Systems (BTMS) for a battery pack that houses 100 Nickel Cobalt Rechargeable
18650 (NCR18650) Lithium ion cells built as part of an electric vehicle racing
development process. Thermal performance of the battery pack is investigated under
three levels (1.4, 2.4 and 3.4 m/s) of air flow rate and two current rate (0.5 and
0.75C). A worst case scenario of averaged maximum cell temperature of 36.1 °C was
recorded during a 0.75 C charge experiment and 37.5 °C 0.75 C discharge under the
least flow rate. A reduction in maximum temperature difference of 54.28% by
increasing the air flow rate in a 0.75 C charge experiment to 3.4m/s was achieved.
Increasing performance with increasing airflow rate was a common trend observed in
the experimental data after analyzing various experiment results. A model for the
investigated battery pack was developed by training an Artificial Neural Network
(ANN) utilizing the Bayesian Regularization algorithm. An R-Value of the
regression plot of the overall trained model of 0.988 was achieved. The model was
tested and able to predict maximum temperature values with a maximum percentage
error of 10.38% for the given input data from the experiments performed.
Keywords: Air-Cooled BTMS, Compact Lithium Ion Battery Module, ANN, RSM.; ÖZ:
Lityum iyon piller (LIB'ler), Elektrikli Araç (EV) aktarma organları için en uygun
güç seçeneklerinden biri olarak kabul edilir, düşük kendi kendine deşarj özelliklerine
sahip olduğu için bilinir, böylece uzun ömürlü çalışma sağlar. LiB'lerden maksimum
güç çıkışı elde etmek için, çalışma koşullarını eleştirel olarak izlemek gerekir.
Özellikle sıcaklığın LiB'lerin performansını ve ömrünü doğrudan etkilediği
bilinmektedir. Bu makalede, elektrikli araç yarışları geliştirme sürecinin bir parçası
olarak inşa edilmiş 100 NCR18650 Lityum iyon hücresi barındıran bir pil takımı için
BTMS'nin performansı araştırılmaktadır. Pilin termal performansı, üç seviye (1.4
m/s, 2.4 m/s ve 3.4 m/s) hava akış hızı ve iki akım hızı (0.5 C ve 0.75 C) altında
incelenir. 36.1 °C 'de ortalama maksimum hücre sıcaklığının en kötü senaryosu, bir
0.75C şarj deneyi ve 37.5 °C 0.75 C deşarjı sırasında en düşük akış hızı altında
kaydedildi. 0.75C şarj deneyinde hava akış hızını 3.4m / s'ye yükselterek maksimum
sıcaklık farkında% 54.28'lik bir azalma sağlandı. Artan hava akış hızı ile artan
performans, çeşitli deney sonuçlarını analiz ettikten sonra deneysel verilerde
gözlenen yaygın bir eğilimdi. Bayesian Düzenleme algoritması kullanılarak bir sinir
ağı eğitilerek araştırılan pil paketi için bir model geliştirilmiştir. Toplam eğitilmiş
0.988 modelinin regresyon grafiğinin R-Değeri elde edildi. Model test edildi ve
yapılan deneylerden verilen girdi verileri için maksimum% 10.38 hata yüzdesi ile
maksimum sıcaklık değerlerini tahmin edebildi.
Anahtar Kelimeler: Hava Soğutmalı BTMS, Kompakt Lityum İyon Pil Modülü,
YSA, RSM.
Master of Science in Mechanical Engineering. Institute of Graduate Studies and Research. Thesis (M.S.) - Eastern Mediterranean University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering, 2020. Supervisor: Asst. Prof. Dr. Davut Solyalı
2020-01-01T00:00:00Z