CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME
KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ
MURAT KOYUNBAKAN
ALİ ÜNÜVAR
OKAN DEMİR
SUNUM PLANI
 Çalışmanın amacı.
 Çalışmanın önemi.
 Deney numunelerinin üretimi ve özellikleri.
 Deneysel çalışma.
 ANFIS ile modelleme.
 Sonuçlar ve tartışma.
ÇALIŞMANIN AMACI
Polimer Matrisli Kompozit malzemeler günümüzde oldukça yaygın
kullanım alnına sahip mühendislik malzemeleridir. Takviye elemanı
olarak Cam Elyaf kullanılan kompozit malzemeler de özellikle
otomotiv, enerji ve havacılık sektörlerinde yoğun olarak tercih
edilmektedir. Oldukça pahalı olan bu malzemelerin işlenebilirlik
özelliklerinin belirlenmesi büyük önem arz etmektedir.
ÇALIŞMANIN ÖNEMİ
• Kompozit malzeme uygulamaları mühendislik alanlarında yaygın olarak
kullanılmaya başlanmıştır. Bunun sebebi olarak kompozit malzemelerin iyi
derecede mukavemete, sertliğe ve yorulma sınırına sahip olmaları
gösterilmektedir. Ayrıca hafif oluşları ve işleme, kalıplama teknikleri
kullanılarak son şekline yakın olarak üretilmeleri kompozit malzemelerin
en önemli özelliklerinden bazılarıdır. Boeing ve Airbus uçaklarının yeni
modellerinde kompozit levhaların yaygın kullanımı örnek olarak görülebilir
ÇALIŞMANIN ÖNEMİ
• Kompozit malzemeler son şekline yakın üretilseler de montajları için
gerekli toleranslara getirilmelerinde talaşlı imalatta
sıklıkla
kullanılmaktadır. Bu işleme operasyonlarından en önemlisi farklı parçaların
montajı için delme işlemi olarak görülmektedir.
• Kompozitlerin işlenebilirliği günümüzde halen zorluklar içermektedir.
Kompozit malzemelerin anizotropik yapılarından dolayı işleme esnasında
bir takım problemler ortaya çıkmaktadır. Fiber takviyeli kompozit
malzemeler yumuşak matriks ve sert fiberlerden meydana gelmektedir.
Kompozit malzemelerin işlenmesinde kesme prosesinin anlaşılması büyük
öneme sahiptir.
• Talaşlı imalat üzerine yapılan çalışmalarda sistemin modellenmesi ile ilgili
pek çok araştırma yapıldığı görülmektedir.
• Bu çalışmada cam elyaf takviyeli polimer kompozit malzemelerin
delinmesinde meydana gelen itme kuvvetinin tahmin edilmesi için ANFIS
ile bir model geliştirilmiştir.
DENEY NUMUNELERİNİN
ÜRETİLMESİ
• Deney numuneleri vakumla
emdirme yöntemi kullanılarak
üretilmiştir. Kompozit levhalar
12 tabaka örgü cam fiber
kumaş kullanılarak üretilmiş ve
kalınlıkları 2,5±0.25 mm’dir.
• Çekme dayanımı 420 MPa,
elastikiyet modülü ise 8
Gpa’dır.
DENEYSEL ÇALIŞMA
• Deneyler Selçuk Üniversitesi İSOMER CNC laboratuarında bulunan
Mazak Variaxsis 500 CNC işleme merkezinde gerçekleştirilmiştir.
Taegutech Türkiye firması tarafından üretilen iki kesme kenarlı HSS
matkap uçları tercih edilmiştir. Delme esnasında meydana gelen itme
kuvvetlerinin ölçülmesi için KISTLER marka 9257B model dinamometre
kullanılmıştır.
DENEYSEL ÇALIŞMA
• Deneyler farklı kesme hızı, ilerleme, matkap çapı ve matkap
uç açısı değerleri ile kuru ortamda gerçekleştirilmiştir.
• İkinci derece matematiksel model oluşturulabilmesi için
deneysel tasarım yapılmıştır. Her bir matkap çapı için aynı
deneysel
plan
uygulanmıştır.
Toplam
75
deney
gerçekleştirilmiş ve elde edilen itme kuvveti sonuçları sistemin
modellenmesinde kullanılmıştır.
Deneysel Plan
İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE
MODELLENMESİ
ANFIS’in Yapısı
• Uyarlamalı ağ tabanlı bulanık mantık çıkarım sistemi, yapay
sinir ağlarının öğrenme yeteneği ve bulanık mantığın insan
gibi karar verme ve uzman bilgisi sağlama kolaylığı gibi
üstünlüklerinin birleştirilmesi fikrine dayanmaktadır.
• Bir uyarlamalı ağ tabanlı bulanık mantık çıkarım sistemi
(ANFIS), en uygun üyelik fonksiyonlarının belirlenmesinde
giriş ve çıkış verisi arasındaki içsel ilişkileri veren bir ileri
besleme tipidir. ANFIS’in yapısında bulanık mantık modeli ve
yapay sinir ağı modelini birlikte kullanılmakta ve beş farklı
katmandan oluşmakta ve her bir katman pek çok düğümlerden
meydana gelmektedir.
ANFIS’in Yapısı
• Aşağıda ANFIS yapısı gösterilmektedir. Burada V ve d farklı giriş
faktörlerini, V1, V2, D1, D2 her biri için iki üyelik fonksiyonunu ve f
bir çıkış fonksiyonunu göstermektedir. 1. Katman bulanıklaştırma,
2. Katman ürün, 3. Katman normalizasyon, 4. Katman durulaştırma
ve 5. Katman sonuç şeklinde olmak üzere ANFIS yapısı beş farklı
katmadan meydana gelmektedir.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
• Bu çalışmada uygulanan ANFIS modelinin temel yapısı
aşağıdaki gibidir.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
• Deneme yanılma metodu yoluyla farklı üyelik fonksiyonları
test edilmiş ve RMSE (ortalama hata kareleri karekökü)
değerinin en düşük olduğu sonuç Gaussian üyelik
fonksiyonu ile elde edilmiştir. Farklı çevrim sayıları ve
farklı üyelik fonksiyonları için elde edilen RMSE değerleri
aşağıdaki tabloda verilmiştir.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
• ANFIS modelinin oluşturulmasında 4 giriş değişkeni ve tek bir çıkış
değişkeni kullanılmıştır. Giriş değişkenleri daha önceki bölümlerde
de belirtilen faktörler olup çıkış değişkeni ise itme kuvveti değeridir.
ANFIS araç kutusu kullanılarak modelleme yapılmıştır. Deneysel
plana uygun olarak gerçekleştirilen 75 deney, modelin eğitiminde
kullanılmıştır. Modelin eğitiminde kullanılan deneysel veri
parametreleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
• ANFIS editörü kullanılarak
giriş ve çıkış değişkenlerine
ait
81
adet
kural
oluşturulmuştur.
Deneme
yanılma yoluyla farklı üyelik
fonksiyonları denenmiş ve en
düşük 0,00366663 RMSE
değerine gaussmf üyelik
fonksiyonu ile 10 çevrimde
ulaşılmıştır. Eğitimde en
iyileme tekniği olarak melez
yaklaşım tercih edilmiştir.
• Farklı giriş parametrelerine göre itme kuvvetinin 3 boyutlu
yüzey grafikleri aşağıdaki gibidir.
SONUÇLAR
•
•
•
•
•
•
Bu çalışmada Cam Elyaf Takviyeli Polimer (CETP) kompozit malzemelerin
delinmelerinde meydana gelen itme kuvvetinin tahmininde kullanılması için bir
ANFIS modeli yapılmıştır.
İtme kuvveti üzerinde matkap geometrisinin oldukça önemli olduğu görülmüş,
matkap çapı ve uç açısının artmasının itme kuvvetini arttırdığı, matkap
geometrisine ilave olarak ilerlemenin de itme kuvveti üzerinde etkili olduğu
anlaşılmıştır.
En iyi sonuç için üyelik fonksiyonu olarak gaussmf seçilmiştir. Üyelik fonksiyonu
tipi ise doğrusal olarak ayarlanmıştır. 10 çevrim ile yapılan eğitim sonucunda
0,00366663 gibi çok çok küçük eğitim hatasına ulaşılmıştır.
ANFIS’in geleneksel modelleme teknikleri ile karşılaştırıldığında oldukça iyi bir
modelleme aracı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.
Prakash ve ark. tarafından da (2014) benzer bir çalışma yapılmıştır. MDF
malzemelerin delinmeleri esnasında oluşan deformasyon üzerine yapılan
modellemede en uygun üyelik fonksiyonunun Gbell MF ve RMSE değeri olarak
1.295e-6 olduğu tespit edilmiştir.
Bu çalışmada yapılan, CETP kompozitlerin delinmeleri esnasında meydana gelen
itme kuvvetleri için geliştirilen ANFIS modelinin literatüre uygun olduğu
görülmüştür.
Bu çalışmanın gerçekleşmesindeki katkılarından dolayı Türkiye Bilimsel ve
Teknolojik Araştırma Kurumuna (TÜBİTAK), Selçuk Üniversitesi İmalat Sistemleri
Otomasyonu ve Bilgisayar Destekli Tasarım Üretim Araştırma ve Uygulama
Merkezi (İSOMER)’e ve Selçuk Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümüne
teşekkür ederiz.
Download

cetp kompozitlerin delinmelerindeki itme kuvvetinin anfıs ile