dc.contributor.advisor | Sümer, Bilsay | |
dc.contributor.author | Sak, Yunus Gökhan | |
dc.date.accessioned | 2023-12-12T11:18:17Z | |
dc.date.issued | 2023 | |
dc.date.submitted | 2023-09-19 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/34237 | |
dc.description.abstract | All dynamic structures encounter vibration during their operation. A structure
experiences the vibration load in an amplified manner at structure’s natural frequencies.
If the amplitude of vibration load is high enough, this may damage the structure. Tuned
mass dampers (TMD’s) are one of the passive vibration control methods to prevent
mechanical failure.
A TMD, which has good applicability in space applications, is designed in this study.
Reliability is chosen as the key concept of the design since the TMD is going to operate
at space, where maintenance is not an option. A literature survey is carried out to find the
best concept for the application. It is found that a passively controlled classical TMD with
eddy current damping (ECD) mechanism is the best candidate for the application.
In ECD, a permanent magnet which moves in proximity of a conductive material creates
eddy currents within the conductor. These eddy currents create electromagnetic force on
the magnet and this force tries to counter act to the motion of the magnet. Therefore,
damping is achieved which is analogues to the viscous damping. ECD is created by
placing a permanent magnet inside of a conductive tube in this thesis.
After the system architecture of the damping mechanism is determined, analytical model
of the TMD is prepared. This model consists of mass, damping coefficient and stiffness
of the TMD. It is found in the literature that as the frequency of the excitation increases,
damping coefficient of the ECD decreases. This phenomenon is called as the skin effect.
A dynamic damping coefficient model which includes the skin effect is found. Although
the effect of the skin effect on the ECD is known, it seems that there is no detailed study
related to couple the skin effect with the damping coefficient in a scenario where a magnet
is moving inside of a conductive tube.
In order to observe the effect of the TMD, a test structure is required in which the dynamic
characteristics around its natural frequency are to be controlled. This structure is chosen
to be a simple cantilever beam which has a rectangular cross section. Fundamental natural
frequency of this cantilever beam is chosen to be controlled. Analytical model of this
cantilever beam is prepared. Then, coupling of the TMD and cantilever beam is modeled
to simulate the assembly of the TMD to the cantilever beam. Afterwards, response of this
system is modeled. In order to observe the effects of the TMD, response of the cantilever
beam alone is also modeled. These responses are modeled under a harmonic sweep
forcing excitation.
The design of the TMD is optimized to have maximum ECD possible. After the design
of the TMD, two dedicated experimental setups are designed to measure steady-state
damping coefficient and the system response. It is shown that the experimental results are
found to be consistent with respect to theoretical results. Therefore, it can be concluded
that a TMD based on ECD was successfully designed, analyzed and tested. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Tuned Mass Damper | tr_TR |
dc.subject | Electromagnetic Damping | tr_TR |
dc.subject | Eddy Current Damping | tr_TR |
dc.subject | Passive Vibration Control | tr_TR |
dc.title | A Tuned Mass Damper Design Based on Eddy Current Damping | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Tüm dinamik yapılar faaliyetleri sırasında titreşime maruz kalırlar. Yapı doğal
frekanslarında uygulanan titreşim yüküne artırılmış olarak maruz kalır. Bu artırılmış
titreşim yükünün seviyesi yeteri kadar yüksekse, bu durum yapıya zarar verebilir. Ayarlı
kütle sönümleyiciler (AKS) mekanik arızayı önlemek için kullanılan pasif titreşim
kontrol yöntemlerinden biridir.
Bu çalışmada uzay uygulamaları için uygulanabilirliği olan bir AKS tasarlandı. Uzay
ortamında bakım çalışmaları mümkün olmayacağı için AKS tasarımında anahtar konsept
olarak güvenilirlik seçildi. Bu kapsamda en iyi konseptin bulunması için literatür
araştırması yapıldı. Pasif olarak kontrol edilen ve burgaç akımı ile sönümlemeye (BAS)
dayanan AKS’nin en iyi aday olduğu görüldü.
BAS konseptinde iletken bir malzemenin yakınında hareket eden bir kalıcı mıknatıs
iletken içinde burgaç akımlarının oluşmasını sağlar. Bu burgaç akımları mıknatıs
üzerinde elektromanyetik kuvvet yaratır ve bu kuvvet mıknatısın hareketini durduracak
şekilde etki gösterir. Bu şekilde viskoz sönümlemeye benzer sönümleme elde edilir. Bu
tezde BAS kalıcı bir mıknatısın iletken bir tüp içine yerleştirilmesi ile elde edilmiştir.
Sönümleme mekanizmasının sistem mimarisinin belirlenmesinin ardından AKS’nin
analitik modeli hazırlandı. Bu model AKS’nin kütle, sönümleme katsayısı ve sertliğini
içermektedir. Literatürde uyarımın frekansı arttıkça BAS’nin sönümleme katsayısının
azaldığı bulundu. Buna sebep olan fenomen deri etkisidir. Deri etkisini içeren dinamik
bir sönümleme katsayısı modeli bulundu. Deri etkisinin BAS üzerindeki etkisi
bilinmesine rağmen, mıknatısın iletken tüp içinde hareket ettiği bir senaryoda sönümleme
katsayısı ile deri etkisini ilişkilendiren detaylı bir çalışma bulunamamıştır.
AKS’nin etkisini gözlemleyebilmek için doğal frekansı civarındaki dinamik karakteristik
özelliklerinin AKS tarafından kontrol edileceği bir test yapısı gerekmektedir. Bu yapı
olarak dikdörtgen bir kesite sahip olan basit bir konsol kiriş seçildi. Bu konsol kirişin ilk
doğal frekansının kontrol edilmesi belirlendi. Konsol kirişin analitik modeli hazırlandı.
Sonrasında, AKS ve konsol kirişin ilişkilendirilmesi AKS’nin konsol kirişe montajını
simüle etmek için modellendi. Ardından, sistemin tepkisi modellendi. AKS’nin etkisini
görebilmek için yalnızca konsol kirişin tepkisi de modellendi. Bu tepkiler harmonik
tarama altında modellendi.
AKS tasarımı maksimum BAS’yi elde edecek şekilde en iyileştirildi. AKS tasarımının
sonrasında, AKS’nin durağan durum sönümleme katsayısını ve sistem tepkisini ölçmek
için iki özel deney düzeneği tasarlandı. Deneysel sonuçların teorik sonuçlar ile uyumlu
olduğu gösterildi. Dolayısıyla, BAS’ye dayalı bir AKS’nin başarıyla tasarlandığı, analiz
edildiği ve test edildiği sonucuna varılabilir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Makine Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2023-12-12T11:18:17Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |