Makine Mühendisliği Bölümü Koleksiyonu
https://hdl.handle.net/20.500.12573/206
2024-03-29T10:21:54ZData-driven discovery and DFT modeling of Fe4H on the atomistic level
https://hdl.handle.net/20.500.12573/2038
Data-driven discovery and DFT modeling of Fe4H on the atomistic level
Zagorac, Dejan; Zagorac, Jelena; Djukic, Milos B.; Bal, Burak; Schön, J. Christian
Since their discovery, iron and hydrogen have been two of the most interesting elements in scientific research, with a variety of
known and postulated compounds and applications. Of special interest in materials engineering is the stability of such materials,
where hydrogen embrittlement has gained particular importance in recent years. Here, we present the results for the Fe-H system.
In the past, most of the work on iron hydrides has been focused on hydrogen-rich compounds since they have a variety of interesting
properties at extreme conditions (e.g. superconductivity). However, we present the first atomistic study of an iron-rich Fe4H
compound which has been predicted using a combination of data mining and quantum mechanical calculations. Novel structures
have been discovered in the Fe4H chemical system for possible experimental synthesis at the atomistic level.
2024-01-01T00:00:00ZBiogas intake pressure and port air swirl optimization to enhance the diesel RCCI engine characteristics for low environmental emissions
https://hdl.handle.net/20.500.12573/2036
Biogas intake pressure and port air swirl optimization to enhance the diesel RCCI engine characteristics for low environmental emissions
Dalha, Ibrahim B.; Koca, Kemal; Said, Mior A.; Rafindadi, Aminu D.
Exhaust emission and combustion control in RCCI (reactivity-controlled compression ignition) focused mainly on
the direct-injected fuel parameters, urging to investigate the advantages of port-fuel intake parameters. The
engine was modified for port injection of Biogas at the valve and RCCI mode. The influence of port swirl ratio
(PSR, 0 – 80%) and biogas injection pressure (BIP, 1 – 4 bar) on the diesel RCCI combustion and emissions was
tested and optimized at varied loads and 1600 rpm in a port injection at the valve (PIVE) approach. Established
kinetic mechanisms were combined with multi-objective optimization to further investigate, predict, and analyze
emissions occurrence and trade-offs for reduced environmental impacts. The results show that the radiation
absorption triggered by increased CO2 lowers combustion temperature, resulting in prolonged ignition. Setting
the airflow to swirl lowers the in-cylinder pressure at elevated BIP while raising the heat generated across the
BIPs. Increasing the PSR slows the combustion while BIP speeds up the process. BIP and PSR show great trade-off
reduction ability among all emission parameters. The optimum unburned hydrocarbon, nitrogen oxide, particulate, and carbon monoxide emissions for the injection at the valve were found to be 109.58, 0.577, and
2.336 ppm, and 0.103%, respectively, at low-load, low-BIP, and high-PSR. The emissions were lowered by 6.58,
91.26, 80.65, and 13.45% compared to the premixed RCCI mode, respectively. Therefore, introducing lowpressure biogas amid high swirling air at the valve elevates the in-cylinder condition while lowering the emissions, mitigating their environmental implications.
2024-01-01T00:00:00ZFarklı Mikroyapısal Değişkenlerin Yüksek Manganlı Fe-%33Mn Çeliğinin Pekleşme Davranışına Etkilerinin Araştırılması
https://hdl.handle.net/20.500.12573/2005
Farklı Mikroyapısal Değişkenlerin Yüksek Manganlı Fe-%33Mn Çeliğinin Pekleşme Davranışına Etkilerinin Araştırılması
Bal, Burak
İleri yüksek mukavemetli çelikler sahip olmuş oldukları yüksek mukavemet, yüksek süneklik ve
yüksek pekleşme kabiliyeti gibi üstün özellikler sayesinde otomotiv, demiryolu, savunma sanayi
uygulamalarında ve yapı endüstrisi gibi pek çok farklı alanda tercih edilmektedir. Bu projede yeni
nesil yüksek mukavemetli çelikler sınıfından olan yüksek manganlı çeliklerin pekleşme
davranışına etki eden farklı mikroyapısal değişkenlerin etkisi kristal plastisite modellemesi
yoluyla araştırılmıştır. Öncelikle östenitik Fe-33Mn çeliğinin 1x10-4 s
-1 gerinim hızındaki malzeme
davranışının, tane sayısı gibi faktörleri girdi olarak kullanarak kristal plastisite modellemesi
yapılmıştır ve pekleşme sabitleri bulunmuştur. Daha sonra bulunan pekleşme sabitleri sabit
tutularak, malzeme dokusu, hız gradyanı, gerinim artışı ve etkileşim tensörü cinsi gibi tek bir
mikroyapısal girdi değiştirilerek bu girdilerin malzemenin toplam pekleşme davranışına etkisi
açığa çıkarılmıştır. Spesifik olarak, proje önerisinin üzerine konularak farklı karbon
konsantrasyonlarının pekleşme sabitlerine olan etkisi de hesaplanmıştır. Bahsi geçen çeliğin
oda sıcaklığında ve düşük gerinim hızındaki malzeme davranışı proje yürütücüsünün daha
önceki çalışmalarında çekme testi yardımı ile makro ölçekte gözlemlenmiştir. Fe-33Mn çeliğinin
seçilme nedeni, yüksek mangalı östenitik çeliklerinin sahip olduğu çok yüksek pekleşme
kapasitesi ile birlikte yüksek süneklik değerleri ve aşınma direnci sayesinde uzay-havacılık,
otomotiv, savunma sanayi gibi öncül sektörlerde yer alması ve önümüzdeki yıllarda çok daha
fazla miktarda yer alacağına inanılmasıdır. Bu konunun seçilme nedeni ise, bugüne kadar
yapılan kristal plastisite çalışmalarında deneysel davranışı modelleyebilmek için genelde tek tip
malzeme dokusu, hız gradyanı, gerinim artışı ve etkileşim tensörü kullanılmıştır. Bu doğru bir
yaklaşım olmasına rağmen bu girdilerin toplam malzeme pekleşme davranışına etkisi
bilinmemektedir. Bu kapsamda kristal plastisite modellemeleri Visco-Plastic Self-Consistent
(VPSC) algoritması yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Fe-33Mn çeliğinin düşük gerinim hızındaki tek
eksenli deformasyon davranışı voce tipi pekleşme teorisi ile modellenmiştir ve bulunan Voce
parametreleri bütün simülasyonlarda aynı kalmıştır. Böylelikle değişik mikroyapısal değişkenlerin
Fe-33Mn çeliğinin pekleşme davranışına etkileri aynı pekleşme teorisi ile açığa çıkarılmıştır.; High strength steels are preferred in many different fields such as automotive and railway
applications and construction industry thanks to their superior properties including high strength,
high ductility and high deformation hardening. In this project, the effect of different
microstructural variables on the hardening behavior of high manganese Fe-33Mn steels was
investigated by crystal plasticity modeling. Firstly, the crystal plasticity modeling of the ironbalanced austenitic steel with 33 manganese (Fe-33Mn) in its chemical composition was carried
out with experimental inputs such as grain size and corresponding voce hardening parameters
were found. Afterwards, a single microstructural input such as material texture, velocity gradient,
strain increase or interaction tensor type was changed and the effect of these inputs on the
strain hardening behavior of the Fe-33Mn steel was identified. Specifically, different carbon
concentrations were also included in the crystal plasticity modeling simulations in order to
observe the effect of different chemical compositions on the hardening response. The
aforementioned material which is high manganese Fe-33Mn austenitic steel was selected in this
project owing to the superior material properties. The reason for choosing this topic is that even
though crystal plasticity computations are carried out under certain conditions such as, specific
initial texture, velocity gradient, strain increment and type of interaction tensör in which it is the
right approach, the individual roles of these variables have not known yet. Within this scope,
crystal plasticity computations were performed by the help of Visco-Plastic Self-Consistent
(VPSC) algorithms. The uniaxial strain hardening response of Fe-33Mn steel at room
temperature was modeled using voce-type hardening model and corresponding Voce hardening
parameters was used rest of the simulations. Thus, the effects of different microstructural
variables on the strain hardening response of Fe-33Mn steel was clarified using same hardening
model.
2019-01-01T00:00:00ZÇok Ölçekli Malzeme Modellemesi Yoluyla Talaşlı İmalat Çıktılarının Daha Kapsamlı Ve Doğru Analizi
https://hdl.handle.net/20.500.12573/1998
Çok Ölçekli Malzeme Modellemesi Yoluyla Talaşlı İmalat Çıktılarının Daha Kapsamlı Ve Doğru Analizi
Bal, Burak; LAYEGH KHAVIDAKI, SEYD EHSAN
İnconel 718 savunma sanayi, uzay-havacılık ve otomotiv için kullanılan ve ileride kullanım alanı
daha da genişleyebilecek olan süper alaşımdır. Bu projede Inconel 718 süper alaşımının talaşlı
imalat sonucunda yüzeyinde oluşan kalıntı gerilimler, sertlik değişimleri ve kesici takımda oluşan
aşınmalar gözlenmiştir. Talaşlı imalat simülasyonları için kullanılan Deform 2D programına, klasik
Johnson-Cook malzeme modeli yerine, kristal plastisite tabanlı çok ölçekli malzeme davranışı
tanıtılarak daha kapsamlı ve deneysel veriye daha yakın analizler yapılmıştır. Bu konunun seçilme
nedeni, gerçek deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar elde edilip beklenmedik üretim hataları
ve denemeleri en aza indirebilecek bir yöntem geliştirmektir. Bugüne kadar gerçekleştirilen talaşlı
imalat simülasyonlarında malzeme davranışı genellikle tek ölçekli gerinim pekleşmesi, gerinim
hızı pekleşmesi ve sıcaklık yumuşamasını kapsayan Johnson-Cook malzeme modelleri ile
gerçekleştirilmiştir ve bu modeller malzemelerin mikroyapısal girdilerini içermemektedir. Bu
projede ise Johnson-Cook malzeme modeli ile ve karşılaştırmalı olarak çok ölçekli kristal plastisite
tabanlı malzeme modeli ile 2D deform programında farklı kesme hızlarında ve farklı ilerleme
hızlarında simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu projede ilk olarak, Inconel 718 malzemesinin
talaşlı imalat deneylerini yapılarak sonuçları gözlenmiştir. Daha sonra Johnson-Cook malzeme
modellemesiyle gerçekleştirilen simülasyon sonuçları gözlenmiştir. Son olarak da Inconel 718
süper alaşımının kristal plastisite modelinin yapılması ve mikroyapı girdileri ile elde edilen kristal
plastisite modeli ile çıkarılan çok ölçekli ve çok eksenli malzeme davranışının Deform 2D
simülasyonlarına tanıtılarak simülasyonu gerçekleştirip, elde edilen sonuçlar gözlenmiştir.
Yapılan simülasyonlar ve deney sonucunda, iki farklı malzeme modelin deneysel sonuçlarla
karşılaştırılması yapılmıştır. Mikroyapı girdileri ile elde edilen kristal plastisite modeli ile çıkarılan
çok ölçekli ve çok eksenli malzeme davranışının, tek ölçekli malzeme davranışı ile
karşılaştırıldığında deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Böylelikle
çok ölçekli malzeme modellemesiyle gerçekleştirilen simülasyonların daha gerçekçi ve güvenilir
sonuçlar gösterdiği kanıtlanmıştır.; Inconel 718 is a superalloy that is used in defense, aerospace and automotive industries, and the
area of useage can be expanded in the future. In this project, residual stresses, hardness changes
and wear on the cutting tool were observed on the surface of the Inconel 718 superalloy after
machining. Crystal plasticity based multi-scale material behavior instead of the classical JohnsonCook material model has been introduced to the Deform 2D program, which is used for machining
simulations, to get more comprehensive and accurate results. The reason for choosing this topic is
to develop a method that can achieve results closer to real experimental results and minimize
unexpected manufacturing errors and trials. In the classical machining simulations, Johnson-Cook
material models has generally been used, which generally include single-scale strain hardening,
strain rate hardening, and temperature softening effects, and these models do not include the
microstructural inputs of the materials. In this project, simulations at different cutting speeds and
different feed rates were carried out in the Deform 2D program using both Johnson-Cook material
model and crystal plasticity-based material model. In this project, firstly, machining of Inconel 718
material was performed, and the results were obtained. Then, the machining simulation were
conducted with Johnson-Cook material model. Finally, the crystal plasticity model of the Inconel
718 superalloy was made and machining simulations were carried out based on this material model.
As a result of the simulations and experiments, two different material models were compared with
the experimental results. It was observed that the crystal plasticity based multi-scale and multi-axial
material model gave closer results to the experimental results when compared with the JohnsonCook material model. Thus, it has been proven that simulations performed with multi-scale material
modeling show more realistic and reliable results.
2020-01-01T00:00:00Z