Bu çalışmanın merkezinde, Süleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Biyomekanik Laboratuvarında düşük mukavemetli malzemelerin mekanik deneyleri için kullanılmakta olan masaüstü hidrolik basma-çekme deney cihazı bulunmaktadır. Deney cihazı halihazırda manuel olarak kontrol edildiğinden istenilen deplasman/zaman ve yük/zaman profillerini elde etmek hayli zorlaşmakta ve bazı durumlarda mümkün olmamaktadır. Diğer önemli bir eksiklik ise düşük frekanslı yorulma deneyleri için kullanılamamasıdır. Bu çalışma ile söz konusu deney cihazının bilgisayarla kontrolü için daha az maliyetli ama piyasadakilere yakın hassasiyette bir bilgisayarlı kontrol sistemi geliştirilmiştir. Kontrol sistemi geliştirirken hidrolik silindirin konum, hız ve kuvvet değerlerini sürekli olarak ölçen ve zamana bağlı olarak kayıt eden LABVİEW programı oluşturulmuştur. Hidrolik silindirin basma yönünde minimum 0.08-11.1 mm/sn aralığında, çekme yönünde 0.1-14.8 mm/sn aralığında hız değeri ile kontrol edilebileceği görülmüştür. Sistemin boşta çalışması sırasında kayıt edilen verilere uygun olarak bir transfer fonksiyonu elde etmek amacıyla MATLAB System Identification Module kullanılmıştır. Transfer fonksiyonunun elde edilmesinin ardından MATLAB programı kullanılarak transfer fonksiyonuna uygun olarak PID parametreleri belirlenmiştir. PID kontrol parametreleri konum ve hız kontrolü için sisteme uygulanmıştır. Sistemin istenilen hassasiyette ve kabul edilebilir aşma sınırları içinde kontrol edilebildiği gözlemlenmiştir. Sistemin numunesiz çalıştırılarak test edilmesinin ardından deney numuneleri ile test edilmiştir. İstenilen hızdan maksimum %5,33 oranında sapma olduğu ve bunun sistem için kabul edilebilir sınırlar içerisinde olduğu gözlemlenmiştir. Deney sistemi boşta ve deney numunesi ile test edildikten sonra çekme, basma, yorulma ve üç nokta eğme deneylerinde istenilen hız, konum ve kuvvet parametreleri LabVIEW programında girilerek çekme, basma, üç nokta eğme ve yorulma deneyleri farklı malzemelerle farklı deney hızlarında gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda bilgisayarda oluşturulan arayüz yazılımı ve kontrol sistemi ile düşük mukavemetli malzemelerin statik basma, statik çekme, üç nokta eğilme, dört nokta eğilme ve düşük frekanslı yorulma deneylerinin yapılabildiği, sisteme girilen deplasman-zaman ya da yük-zaman profiline bağlı olarak deney cihazındaki hidrolik silindir piston milinin hareketinin sağlanabildiği görülmüştür. Ayrıca deneyin çıktısı olarak kuvvet-zaman, deplasman-zaman, kuvvet-deplasman, gerinme/zaman ve gerilme-gerinme diyagramı gibi gerekli olan diyagramlar çizdirilebilmektedir. Anahtar Kelimeler: Malzeme Deneyleri, Statik Basma, Statik Çekme, Eğilme, Yorulma, Hidrolik Deney Cihazı, Bilgisayarlı Kontrol.
In the center of this study, there is a tabletop hydraulic compression-tension test device, which is used for mechanical tests of low-strength materials in the Biomechanics Laboratory of the Mechanical Engineering Department of Süleyman Demirel University. Since the test device is currently controlled manually, it is very difficult, in some cases impossible, to obtain the desired displacement/time and load/time profiles. Another important deficiency is that it cannot be used for low frequency fatigue tests. In this study, a computerized control system of the mentioned test device was designed with less cost but with close properties to other test devices in the market. In order to develop the control system, the LabVIEW program was created, which continuously measures the position, speed and force values of the hydraulic cylinder and records them over time. It has been observed that the hydraulic cylinder can be controlled with a speed value in the range of 0.08-11.1 mm/sec in the compression and 0.1-14.8 mm/sec in the tension. MATLAB System Identification Module was used to obtain a transfer function in accordance with the recorded data during the idle operation of the system. After obtaining the transfer function, PID parameters were determined using the MATLAB program. PID control parameters are applied to the system for the position and speed control. It has been observed that the system can be controlled with the desired sensitivity and acceptable limits. The system was tested without any samples first, and it was observed that there was a maximum deviation of 5.33% from the desired speed, which is within the acceptable limits. The tests were also carried out with different materials at different test speeds, and as a result, it was seen that the with the interface software and the control system designed, the static compression, tension, bending and low-frequency fatigue tests of lowstrength materials can be performed successfully. In addition, necessary diagrams such as force-time, displacement-time, force-displacement, strain-time and stress-strain diagrams can be drawn as the output of the test performed. Keywords: Materials Testing, Static Compression, Static Tension, Bending, Fatigue, Hydraulic Testing Device, Computerized Control.
Tez (Yüksek Lisans) - Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, 2022.
Kaynakça var.
Bu çalışmanın merkezinde, Süleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Biyomekanik Laboratuvarında düşük mukavemetli malzemelerin mekanik deneyleri için kullanılmakta olan masaüstü hidrolik basma-çekme deney cihazı bulunmaktadır. Deney cihazı halihazırda manuel olarak kontrol edildiğinden istenilen deplasman/zaman ve yük/zaman profillerini elde etmek hayli zorlaşmakta ve bazı durumlarda mümkün olmamaktadır. Diğer önemli bir eksiklik ise düşük frekanslı yorulma deneyleri için kullanılamamasıdır. Bu çalışma ile söz konusu deney cihazının bilgisayarla kontrolü için daha az maliyetli ama piyasadakilere yakın hassasiyette bir bilgisayarlı kontrol sistemi geliştirilmiştir. Kontrol sistemi geliştirirken hidrolik silindirin konum, hız ve kuvvet değerlerini sürekli olarak ölçen ve zamana bağlı olarak kayıt eden LABVİEW programı oluşturulmuştur. Hidrolik silindirin basma yönünde minimum 0.08-11.1 mm/sn aralığında, çekme yönünde 0.1-14.8 mm/sn aralığında hız değeri ile kontrol edilebileceği görülmüştür. Sistemin boşta çalışması sırasında kayıt edilen verilere uygun olarak bir transfer fonksiyonu elde etmek amacıyla MATLAB System Identification Module kullanılmıştır. Transfer fonksiyonunun elde edilmesinin ardından MATLAB programı kullanılarak transfer fonksiyonuna uygun olarak PID parametreleri belirlenmiştir. PID kontrol parametreleri konum ve hız kontrolü için sisteme uygulanmıştır. Sistemin istenilen hassasiyette ve kabul edilebilir aşma sınırları içinde kontrol edilebildiği gözlemlenmiştir. Sistemin numunesiz çalıştırılarak test edilmesinin ardından deney numuneleri ile test edilmiştir. İstenilen hızdan maksimum %5,33 oranında sapma olduğu ve bunun sistem için kabul edilebilir sınırlar içerisinde olduğu gözlemlenmiştir. Deney sistemi boşta ve deney numunesi ile test edildikten sonra çekme, basma, yorulma ve üç nokta eğme deneylerinde istenilen hız, konum ve kuvvet parametreleri LabVIEW programında girilerek çekme, basma, üç nokta eğme ve yorulma deneyleri farklı malzemelerle farklı deney hızlarında gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda bilgisayarda oluşturulan arayüz yazılımı ve kontrol sistemi ile düşük mukavemetli malzemelerin statik basma, statik çekme, üç nokta eğilme, dört nokta eğilme ve düşük frekanslı yorulma deneylerinin yapılabildiği, sisteme girilen deplasman-zaman ya da yük-zaman profiline bağlı olarak deney cihazındaki hidrolik silindir piston milinin hareketinin sağlanabildiği görülmüştür. Ayrıca deneyin çıktısı olarak kuvvet-zaman, deplasman-zaman, kuvvet-deplasman, gerinme/zaman ve gerilme-gerinme diyagramı gibi gerekli olan diyagramlar çizdirilebilmektedir. Anahtar Kelimeler: Malzeme Deneyleri, Statik Basma, Statik Çekme, Eğilme, Yorulma, Hidrolik Deney Cihazı, Bilgisayarlı Kontrol.
In the center of this study, there is a tabletop hydraulic compression-tension test device, which is used for mechanical tests of low-strength materials in the Biomechanics Laboratory of the Mechanical Engineering Department of Süleyman Demirel University. Since the test device is currently controlled manually, it is very difficult, in some cases impossible, to obtain the desired displacement/time and load/time profiles. Another important deficiency is that it cannot be used for low frequency fatigue tests. In this study, a computerized control system of the mentioned test device was designed with less cost but with close properties to other test devices in the market. In order to develop the control system, the LabVIEW program was created, which continuously measures the position, speed and force values of the hydraulic cylinder and records them over time. It has been observed that the hydraulic cylinder can be controlled with a speed value in the range of 0.08-11.1 mm/sec in the compression and 0.1-14.8 mm/sec in the tension. MATLAB System Identification Module was used to obtain a transfer function in accordance with the recorded data during the idle operation of the system. After obtaining the transfer function, PID parameters were determined using the MATLAB program. PID control parameters are applied to the system for the position and speed control. It has been observed that the system can be controlled with the desired sensitivity and acceptable limits. The system was tested without any samples first, and it was observed that there was a maximum deviation of 5.33% from the desired speed, which is within the acceptable limits. The tests were also carried out with different materials at different test speeds, and as a result, it was seen that the with the interface software and the control system designed, the static compression, tension, bending and low-frequency fatigue tests of lowstrength materials can be performed successfully. In addition, necessary diagrams such as force-time, displacement-time, force-displacement, strain-time and stress-strain diagrams can be drawn as the output of the test performed. Keywords: Materials Testing, Static Compression, Static Tension, Bending, Fatigue, Hydraulic Testing Device, Computerized Control.