Page 1

SAKARYA ÜNiVERSiTESi FEN BiLiMLERi ENSTiTÜ DERGiSi CiLT 4 SAYI1-2 Mart-Eylül2000 ISSN:

1301-4048

iÇiNDEKiLER Adapazarı'nda 17 Ağustos Depremi Sonrası Çevre Etki Değerlendirmesi

M. Gümrükçüoğlu, R Ileri, B. Sümer, MA Seyfettinoğlu............ .................... ................. ....1 Bitki Örtülü Ortamlarda RF Propagasyonunun incelenmesi

AY Teşneli.

. ..... . . . . . . ..

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . .. . . . . . . . . .. . .

. . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . .

?

Bulanık Sınıflama Z. Demir, A. Demirkol.... ........ .............. .

.

. .

..

...... .. .

. . . . .

. ..... ........ .. ......... . .

.

.

. .

. . . .

.... . . . ........ ... .. .13 .

.

.

.

Reducing Lead Time Us ing Fuzzy Logic at Job Shop E. Gü ndoğar, Y.B. Canbolat..

. . .

..

. . .

... .... ....... .... .. ........................... .

.

.

.

.

. . . . . .

......

. . . .

...................21

Zeminierin Kıvam Limitlerinin Belirlenmesi ....................................................... .................. ...... 2E.

Z. Gündüz..............................

Soğutma Yükü Hesaplarında Kullanılan iç ve Dış Yüzey Isı Dengesi Hesap Yöntemlerinin Karşılaştırılması F Halıcı, Y. islamoğlu.... .. ... . . .. ..... .

.

.

.

. . .

...

. . .

.

. . .

..

. . .

. ....... ............. .... .. ... .

.

.

.

............29

.

Otomotiv Sanayinde Kullanılan Direnç Nokta Kaynak Elektrodu Ömrünün Deneysel Analizi ve Kalite Güvencesi Yönünden Etüdü S Anık, A Oğur, M. Vural, S. Arslanlar, H. Tur an....................

.. ...... . ..... .

. .

.

. . . . . . .

..35

. . .

Yüzey Pürüzlülük Parametreleri

Y. Usluoğlu, R Kazan.......................................................................................... ...

.

........43

Polimer Malzemelerin Mekanik Analiz Yöntemleri

M.K. Ar ıcıoğlu, B. Mert, Y. Soydan.....

.

. . .. ... ............. . ..... .

. . . . . . . . .

.

.

.

.

.

. . . .

. .

. ... 51

. .

Pota Fırınında Termodinamiğin ikinci Yasasının Üretim Parametrelerine Bağlı Analizi

ü. Çamdalı, M. Tunç .. ....................................................................................

.........59

.

Kaynaklı Konstrüksiyonlarda Tasarım

i. Uygur, F Mendi, M. K. Külekçi .... . . ... .......... .................. ..... .. ..... . .

.

. .

.

.

.

.

.

. .

. . . .

.

.. ...

. .

.

.

. . . . . . . . .

. . .

. 65 . .

Hesaplamanın Tarihi ve Bilgisayarların Gelişimi

H. Ekiz, F Vatansever, A Zengin, Z. Demir ...... . ....... . .... ................ ... .... .. .. .... ... . . .

.

.

. .

. .

.

.

. .

. .

.

. . . .

. 73 .

Tensile Properties of Extruded SiC,.,JAI-2124 Bulk Fonctionally Graded Materials

H. Uzun, N. Altınkök, R. Yılmaz ........ ...... .... ........ .. ... ............ .............. ....... ..... .

.

. .

.

. .

.

.

.

. . . . .

. . . .

.

.

...83

Fe-Cu ve Fe-Cu-C Malzemelerin Sertliğine lsıl işlemin Etkileri

H. Uzun, C.O. Ölmez...... .. . ... ..... .. . ... .... ... ......... .. ... ... . ...... ........ . . .

.

.

.

.

.

.

..

.

.

. .

. .

.

.

. . .

. . . . . . . . . .

. . . .

. . .

.... 91 .

Telefon Hattını Kullanarak Bina Otomasyonu

A Özdemir, A. Gülbağ...... ..... . . .. . . ... ....... .. . .......... . ... .. ..... . .

. .

. . .

.

. . .

.

. . .

.

.

.

.

.

.

. .

.

. . . . .

...

. . . .

..

. . . . . .

....

. . . . . . . .

99

Eksenel Yük Altındaki Sornun Civata Bağlantılarının Bilgisayar Destekli Analizi

V Uçar, M.E. Kara..........

. . .

... .... ..... .. ..... .. . .

.

.

.

. . .

.. .

. . .

....... ........ .... .. ........... .. . ... . . .

.

.

. .

.

.

. .

. . .

.....

. . .

. .101 .

T ime Tradeoff Transportation Problems in Case Change of Costs in Certain intervals

H. Kocaman, E.S. Türker, M . Sivri........................ . . ...... .............. ......

.

. ........... 109

Kumaşların Dokunmasız Kaldırılmasında Aralık-Basınç ilişkisinin incelenmesi

B. özçelik, F Erzincanlı, F. Fındık, 1. Ozsert....................................................

.

..... 115


::::;:- :.: : . :.:· .

.�� ...

SAKARYA üNiVlil�;SITESI

FEN BiLiMLERi ENStiTÜ D.ERGi· Si ,. �: . ·

.

.

'

;·�·�

'

.,.'.

t

'• ,•

;

. :. ':

. .· � . ..

"

. _. ?

1

CiLT 4

SAYI

-1-2-� '

. .. �.-:.:·;.'. · . . " ··� ..

��

·�

,

. : : ....: ..

..

�.

,

Sahibi: Prof Dr ismail Çallt Editör: Prof Dr Osman Çerezci

Yay1n Kurulu:

Prof Dr istnail Çal/1 Prof Dr Osman Çerezci Prof Dr Mesut Gür Doç. Dr Fetıim FtndJk Doç. Dr. M. Sabih Aksoy Doç. Dr Recep Kazan Doç. Dr Emin Gündoğar Genel Yay1n Yönetmeni: Fatma Aydtn

Yaz1şma Adresi:

SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Esentepe Kampüsü 54040 Sakarya Tel: (+90-264) 346 03 14 Fax: (+90-264) 346 03 14 e-posta: fenbi:@saü.edu.tr http://www. fbe .sakarya.edu. tr ..

SAU Fen Bilimferi Enstitüsü Dergisi Yılda 1 veya 2 kez yayınlan ır. SAÜ Matbaası, Eyiül 2000, Sakarya


iÇiNDEKiLER Adapazara'nda 17 Ağustos Depremi Sonrasi Çevre Etkj Değerlendirmesi . . . . M.Gümrü kçüoğlu, R.ilerı, B.Sümer, M A.Seyfettinoğlu .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Bitki Örtülü Ortamlarda RF Propagasyonunun incelenmesi A. Y.Teş nell . . . . . .. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

.

.

.

.

.

.

·

·

·

·

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

.

.

.

.

.

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

.

.

.

.

.

·

·

·

·

.

.

.

·

·

.

.

.

.

.

·

·

·

·

.

.

.

.

.

.

·

·

·

·

.

.

.

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

·

·

·

·

·

·

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

1-6

7-11

.

Bulanık S1n1flama Z. Demir, A Demirkol

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

13-19

·

·

Reducing Lead Time Using Fuzzy Logic at Job Shop

E.Gündoğar, Y.B.Canbolat

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. 21-24

Zeminierin Kıvam Limitlerinin Belirlenmesi

Z Gundüz

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

25-27

Soğutma Yükü Hesaplaranda Kullanalan iç ve Dtş Yüzey lsa Dengesi Hesap Yöntemlerinin Karşrlaştıral m as1

F 1-ialıcı. Y lslarııoğlu

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

29-33

.

.

Otomotiv Sanayinde Kullanalan Ojrenç Nokta Kaynak Elektrodu Ömrünün Deneysel Analizi ve Kalite Güvencesi Yönünden Etüdü

S Anık, A.Oğur, M.Vural, S.Aslanlar, H.Turan .

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

. .. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . . . 35-42 .

.

.

.

.

.

Yüzey Pürüzlülük Parametreleri Y.Usluoğtu, R.Kazan

..................................................................................................................... ......... 43-50

Polimer Malzemelerin Mekanik Analiz Yöntemleri M.K.Arıcıoğlu, B.Mert, Y.Soydan .............................................................................................................. 51-58 Pota F1rın1nda Termodinamiğin ikinci Yasas1n1n Üretim Parametrelerine Bağlı Analizi

U. Ç amdalı,

M. T Lj n ç

. .. . ............ . . .... . .. .... . .. . ... . .............. . . . ..... . ... . ..... ........ . .. .. .. . .. ......... . . ... . . . .. . . .. . . ... ...... ..... .. 59-64

Kaynakli Konstrüksiyonlarda Tasarım !.Uygur, F.Mendi, M.K.Külekci

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

65-72

Hesaplamanan Tarihi ve Bilgisayarların Gelişimi H.Ekiz. F Vatansever, A.Zengin, Z.Demır ............................................................................ ..................... 73-81 Tensile Properties of Extruded SiC{P/AI-2124 Bulk Fonctionally Graded Materials H.Uzun, N.Aitırıkök, R.Yılmaz

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

83-89

Fe-Cu ve Fe-Cu-C Malzemelerin Sertliğine lstl işlemin Etkileri .. H . Uzun, C O . O 1 m ez . . . .. . ... . . . . .... . .... ... . . .. .. . . . ... . ..... . . ... . .... . ..... . .. .. . .... .. ...... . ............ ........ ... . . . . . ............ . . . . . ... . 91 -97 .

.

Telefon Hattani Kullanarak Bina Otomasyonu A.Özdemir, A.Gülbağ

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

99-101

Eksenel Yük Altindaki Sornun Civata Bağlantılannın Bilgisayar Destekli Analizi

V Uçar, M.E Kara

.

.

.

.

.

...

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.... . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

101-108

.

Time Tradeoff Transportation Problems in Case Change of Costs in Certain intervals H.Kocaman, E.S Türker, M.Sivri

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .. .

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .. .. .. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

109-113

kumaşiann Dokunmasız Kaldınlmasanda Arahk-Bas1nç ilişkisinin incelenmesi . . B . Ö zçelık, F.Erzıncanlı, F . Fındık, I.Ozsert .............................................................. ......................... ... 115-120 .

-

.

.


'


SAÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

4.Cilt 1. ve 2.Saya (2000) 1-6

ADAPAZARI'NDA 17 AGUSTOS DEP RE Mİ SONRASI ÇEVRE ETKİ DEGERLENDİRMESİ Mahnaz Gümrükçüoğlu, Recep_ İleri, Burhan Sümer, Mirali Alosman Seyfettinoğlu Sakarya Üniversitesi, Afühendis/ik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, Esentepe Kampüsü, 54040, .Adapazarı

ÖZET 17 Ağustos I 999 tarihinde yaşanan deprem çok ciddi boyu tla rda insani, ekonomik ve ekolojik so nmlara neden olmuştur. Bu so runlann ö ncelikle insani ve ekonomik boyutlan ele alınmış ve çözümler üretilmeye çalışllınıştır. Bunun yamnda deprem, bir kısmı kısa vadede bir kısmı da uzun vadede ortaya çıkacak önemli çe"YTe probl e ml e ri yaratmıştır. Bwıa bağlı olarak bu çalışmada deprem sonucu meydana gelen çe,Tesel etkiler d eğerlend iri lnıiş ve alınınası gereken önlemler

üzerinde durulmuştur.

ABS TRACT

konutlar ve bir çok endüstriyel tesis, hava, toprak, yer altı Ye yüzey sulannın kirlenme sine ve meydana gelen hasarlar, önemli miktarda katı atık oluşumuna neden olmuştur. D. ADAPAZARI

ve

DEPREM

Adapazan şehir merkezi doğu-batı yönünde yaklaşık 45 km., kuzey-güney yönünde ise yaklaşık 30 km. uzunl uğunda ve kalınlığı 200 m. !i aşan bir alm·yon tabakası üzerindedir ve K uzey Anadolu Fav zonuna yaklaşık 8-1O km. uzaklıktadır. 17 Ağustos 1999 depre minde 350 bin kişinin yaşadığı ve yaklaşık 80 bin konutun bulunduğu Adapazan, Eren1er, Serdivan ye Arifiye mevkilerinde, konutlann 2 4 678'i yıkık ve ağır, 18 406'sı orta ve 27 239'u hafif olmak üzere toplam 73 323 'ü, işyerlerinin ise 5146'sı yıkık ve ağır, 3764 'ü orta ve 2699'u hafif olmak ·üzere to plam 1 1609'u basar görmüştür. Elverişsiz zemin ve meydana gelen sıvılaşma altyapı ve binalarda büyük tahnoat meydana getirmiştir. En büyük tahnoat ve can kaybı zemin koşullannın e lve rişs iz olduğu Adapazan şehir merkezinde; Adnan �

August 1999 earthquake has been revaled more serious hıımanly, economic and ecologic problems. Firstly, humanly and ecomomic problems h ave been evaluated and produced solutions. Nevertheless earthquake has been created environınental problems which will be e:�:posed in short or long periods. Therefore in this study, environmental impacts which occured after the earthquake have been evaluated and investigated necessary expediences. 17

L

kurulmuş olan

GİRİŞ

Dünyanın en aktif deprem kuşaklanndan birinin üzerinde ülkemizin o/o95'i yaklaşık bu lıman depremlerden etkilenmektedir. Bu etkinin en fazla hissedildiği kuşak olan Kuzey Anadolu Fay hattı üzerinde 17 Ağustos 1999 tarihinde meydana gelen merkezli depremde bu fay hattının Gölcük-Arifiye uzanhsı kınl� aletsel büyüklüğü 7.4 o� son yüzyılın en şiddetli depremlerinden biri mevdana gelmiştir. [1] Deprem 120 kın'lik bir yüzey kınğı meydana getirmiş ·ve ülke nüfusunun o/o40'ının yaşadığ1 çok geniş bir alanda etkili olmuş ve bu durum gerek insan sağlığı gerekse çevre kirliliği açısından oluşan riskleri önemli ölçüde arttırmıştır. Aynca deprem sonrası kullanılacak acil uygulama planlannın bulunmaması bu problemie rin daha da büvı1mesine neden olmuştur. Aktif fay zonu üzerinde ,.e zemin şartlan uygun olmayan alanlarda •

-'

Menderes Caddesi, Vagon Fabrikası, Şeker Fabrikası ile Ankara Caddesi arasında kalan bölgede meydana gelmiştir. Bu alanlardaki binalar la aynı teknik özelliklere sahip olduğu halde, Maltepe, Hızırtepe ve Serdivan gibi

nispeten iyi zemine sahip yerlerde bulunan binalarda ise tahribat azdır. Ancak Adapazarı 'nda ya ygın zemin sıvılaşması ve zernin çökmesi sonucunda yüzlerce binanın temeli zemin içine gömülmüş yeya binalar kütle halinde devrilmiştir. (Şekil 1) Tablo 1. de, 17 Ağustos sonrası Adapazan 'nda depremin yarattığı genel bilanço görülmektedir. Tablo 1. 17 Ağustos 1999 Depremi Adapazan Bilançosu

-

Olü Sa}ıs ı Yıkılan Bina

Oturolamaz Bina Hasarsız Bina

Miktar ( Kişi,Adet) 3891 13797 12754 3211

Oran

(%) -

47 43

lO


Adapazarı'nda 17 Ağustos Depremi Sonrast Çevre Etki Değerlendirmesi

Tablo 3.

Yağmur suyu kanalında oltışan tahribatlar [4)

Kanall

Yağmur Suyu

80km.

200,3 ()() 400' 600,800

270 km.

'

Kanalı

4. Su ve kanalizasyon şeb�kesinde oluşan tahribat oranlan [4]

Şehir Hasan

Şehir

Su

Şebekesi

1. Zemin yetersizliği nedeniyle hasar gören bir bina

Zemin sıvılaşmaSl, taşuna gücü zayıflığı vb. faktörlerin, depremin yapılardaki hasarlannı arttırması nedeniyle hem fay zonundan hem de aliivyondan uzakta yeni yerleşim alanlannın seçilmesi gerekmektedir. Bu nedenle Adapazarı şehir merkezine fazla uzakta olmayan, taşıma gücü almyona göre yüksek olan alanlar incelenmiş ve şehir merkezinin kuzey ve kuzeybatı kesiminde üç a)TI Bölgenin jeolojik açıdan şehir yerleşimine açılabileceği gözlenmiştir. Bu alanlardan Kararnan köyü ve civan yeni yerleşim alanı olarak seçilmiştir. [1] Böylece planlı yerleşim için ilk adımın atıiabilmesi mümkün olacaktır. Büyük bir yıkımın yaşandığı mevcut yerleşim bölgesinde de imar planlarının zemin özellikleri dikkate alınarak yapı1ması ç.ok önemlidir. m ALTYAPI SORUNLARI

Deprem sonrası Adapazan'nın kanalizasyon y ağınur suyu ve içme suyu şebekelerinde % 80-85 onınında ciddi tahribatlar elektrik ve baberleşme sisteminde büyük ölçüde arızalar meydana gelmiştir. [2] (Tablo2.) ,

Tablo 2. Kanalizasyon şebekesinde oluşan tahribatlar

Cinsi

Boru Çaplan

2 00 400 600 2000

(Ade�km) 6 adet 120 km.

300,400�500,600,

640 km.

(mm) Terfi Merkezi Ana

Toplayıcı Şebeke

Miktar

-

,

,

800

,

Özellikle şehir merkezindeki 74 kın'lik kanalizasyon hattında önemli boyutta tahribat görülmüştür. Ayrıca Adapavın evsel atıksu tesisine atık sulan taşıyacak olan kanalın, pompa istasyonundan geçici deşarjın yapıldığı yere kadar 4 noktada hasar tespit ediImiştir. [3] Mevcut 350 km. lik yağmur SUJU kanalırun ise tamamı tahrip olmuştur (Tablo 3).

o/o86 •

Kanalizasyon

Şebeke si Hasan

Şekil

(Adet)(m)

1000, 1200,1400

Ya�urSuyu

Tablo

MJktar

Bom Çaplan (Mm)

Cinsi

..

o/o71

Yeniden yapılanma çerçevesinde İller Bankas ınca hazırlanan ve halihazırda inşaatı dev·am eden Adapazan Kanalizasyon Projesi, on adet Belediyey·e hizmet götürecek şekilde projelendirilmiş olup, 120 kın ana toplayıcı ve 640 km şebeke olarak belirtilen metrajın büyük kısmı imal edilip depremden zarar gören ve birinci kademe inşaat progrann içinde bulunan hatlan kap samaktadır. İnşaat için 41 firmay-a toplam 30 trilyon TL. (1999 fiyatı ile) bedelle ihale yapılmıştır. Nisan 2000 itibariyle imalata başlannnş tır ve 1. 5 )ıl içinde bitirilecektir. Kanalizasyon inşaatında % 40 'lık fiziki gerçekleşıne sağ laıımı ştrr. [2] Adapazan içme ve kanalizasyon şebekesinde hasar azaltınası yapmak için zemjn iyileştirmesine özen gösteritip boru yatak1anmasına önem verilınekle beraber boru batlannda hasara ·vol açacak kuvvetler bakımından deprem kuvve tl e ri hesaba ka1ılmamaktadır. 17 Ağustos depreminden önce yap1mına kanalizasyon şeb e kesi başlanmış olan Adapazan uygulamal ar depremden sonra hiçbir · in değişikliğe uğratılmadan devam etmektedir. Bu konuda kanalın dayanımı için iyi yataklama yapmakla y etinilmektedir. Ancak Ecetaş Şirketi'nin ürettiği beto nanne borulann TSE değerlerinden 2-3 kat fazla dayanım göstermesi kanalın dayanımı konusunda pozitif etken olarak karşımıza çıkmaktadır. [5] (Şekil 2). Fakat deprem ve zemin sıvılaşıuası risld olan bölgelerde kayma gerilmelerine dayanıklı korozyon açısından önlerni alınınış çelik ve ya plastik boru knUanınn daha uygun olabilir. -'

-

.

.

,.

... .. � . -

,

' {'loo ·::...:-. .. �

·- � �

- ·-· :tr·�

Şekil 2. 1' eni dönem betonam1e kanalizasyon borulan

2 '·


M.GümrükçUoğlu, R.ileri, B.Sümer, M.A.Seyfettinoğlu

Belediye tarafından inşa edilmiş olan atıksu antma tesislerinde ise önemli bir hasar olmadığından ve meydana gelen küçük hasariann işletim sistemini doğrudan etkilernemesi sebebiyle detaylı bir hasar tespit raporu hazırlanmamıştır. A}nca tesislerin işletilmesine depremden soma da devam edilmiştir. 25.8.1999 tarihli raporda mevcut kanaliıasyon sisteminde meydana gelen tJ.kanma ve patlamalar ve vidanjörlerle çekilen evsel atık sulann, atıksu antma tesisi havuzlannda geçici olarak depolandığı bildirilmektedir. Deprem nedeniyle oluşan zemin sıvılaşması pik ve asbest isale hattı borul annın patlamasına neden olmuştur. (Şekil 3) Adapazan merkezde, deprem öncesi mevcut olan 700 kın'lik içme suyu şebekesinin yaklaşık o/o70 oranında kullanılmaz olduğu tespit edilmiştir. 473 kın'lik içme suyu inşaatı 3 firmaya ihale edilmiştir. İnşaatta şu ana kadar % 80 fiziki gerçekleşme sağlanmıştır. Şebek ede yumuşak ve elastik olmayan asbest boru ku11anılrnış olması deprem sırasındaki tahribatın bo}utunu arttırmış olmakla beraber, (Şekil 4) çelik borularda da hasar meydana gelmiştir (Şekil 5). Bu dunıın deprem soıınısında uzun dönem şehre su verilmemesine ·ve dolayısıyla çevre kirliliğini arttıncı önemli bir faktör durumuna gelmesine neden olmuştur.

Şekil 4. ••

..

p

.;.. ......... -.,.· ... ;..-•

·.

.

..

, ..

.

..

. .. .. : - -o

...

.

•. .

..

Asbestli çimento borularda görülen hasar [6)

.

. .

.

-

.. . � '1 ;:ıt o -

.,. ·...., ..�

·�

"l·:· ·- , ,

... ,-;_--,

·

..

1!:·�:

.

...

_

fl'

o

1....

• ••

�·

.

.

·,

.

� .., Y:�J �-

;.."

:· ·: 1 1 .r •·r ..,� i ,. ;!' ...... .., ...-

.:>.,t-t , (

...... ....

o

\ 1

o

.

. :

: •

f

..,,;,..

..... ,

-

. . .

.

. .- .

.�

..

Şekil3. Patlayan pik ve asb� isale hattı borulan

Daha soma yapılan incelemelerle deprem bölgeleri için içme suyu tesislerinde en uygun malzemenin polietilen boru, çelik boru veya duktil font boru olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle de depremden sonra alınan tedbirler doğrultusunda içme SU}11 boru kalitesinde yapılan değişikliklerle depreme dayanıklı polietilen (PE) boru cinsi uygulaması tercih edilmiştir.

,

Şekil 5. Çelik borularda görülen basar W.

ÜS1YAPI SORUNLARI IV. 1. Molozl ann Bertarafı

Deprem sonucunda hertaraf edilmesi gereken tonlarca enkaz ayn bir . atık türüdür. Enkazın kaldııına i şleri Bayındırlık ve !skan Bakanlığı'nca yapılan ihale sonucu 10 taşeron fınnaya verilıniştir. Toplam 2.5 milyon ton ,

3

.;

.., ...._ .. ...,� .#> ....

o

-

.

. , ,

.

"


Adapazarı'nda 17 Ağustos Depremi Sonrasi Çevre Etki Değerlendirmesi

enkaz kaldınlmıştır. Molozlann döküm yerinin tespiti için Çevre İl Müdürlüğü tarafından yapılan 26.08.1999 tarihli çalışma sonucunda belirlenen yer, şehir merkezine lO kın. mesafede, Karasu İlçesi , yolu üzerindeki Şeker Fabrikası'na ait eski taş ocağı sahasıdır. Daha sonra, bu alanın yeterli olmadığı görülmüş ve Çevre İl Müdürlüğünce 7.10.1999 tarihinde yapılan çalışma sonucunda iki mevki daha belirlenmiştir. Bunlardan biri şehir merkezine yaklaşık 4 km. mesafede bulunan Gazeller Mahallesindeki 250 dönümlük eski kum ocağı, ikincisi ise, Arifiye sınırları içinde kalan Sarıgöl mevkiindeki eski kum ocağı sahasıdır. 5069 işyeri ve 23967 adet konutlun yıkılması ile oluşan enkaz atıklannın o/o5'i Taşkısığı mevkiine, o/o lO'u Sangöl mevkiine, o/o85'i ise Gazeller mevkiine dökülmüştür. Oluşan enkaz atıklannın, çeşitli fiziksel ve kimyasal geçirilerek yeniden hanunaddeye işlemlerden dönüştürülme imkanı vardır. Atık betondan moloz olarak kınlacak malzemeler, yolların zemin ıslahı ve yol üst yapısında kullanılan ve taş ocaklanndan elde edilen stabilize malzerneye alternatif olarak değerlendirilebilir. Enkaz atıklannın geri kazarunu amacıyla� Çevre Bakanlığı tarafin� bir İsviçre fiıınasından (Svedala Finnası) temin edilen geri kazamın kırma grubu seyyar ünitelerinden bir adedi ilimize tahsis edilerek Gazeller mevkiindeki enkaz döküm sahasına yerleştirilmiştir. Bu sayede molozlann deniz_. akarsu veya tanın alanianna boşaltılması önlenerek bu alanlarda yanıtılacak çe\Te so runl annın da önüne geçilrniş ve aynca ekonomik olarak kazanç sağlanmış olacaktır. Tablo 5 'te molozlann geri kazanınu ile sağlanan kazanç görülmektedir.

Tablo 5. Ekonomik açıdan sağlanan fayda Açıklama

Mikt ar

Mikt ar

Toplam Atık Beton Toplam Atık Demir

(Ton ) 1953729 91901,4

($)

Atık Betontın . � D e�en . Atık Demirin Değeri Toplam Atık Malzeme Değeri Unite Maliyeti Kazanç ••

5513630 7235147 12748777 357108 12391669

Herhangi bir düzenli hiznıetin yapılamadığı depremin ilk günlerinde bakanlık tarafından gönderilen 20 000 adet çöp poşeti şehrin ana arterlerine ve sonradan gönderilen 240 000 adet poşeti Adapazan Belediyesi işbirliği ile çadır kentlere ve ihtiyaç duyulan mahallelerdeki çadır sakinlerine dağıtılarak, gönüllü çevreciler, ll Çevre Müdürlüğü ve Çevre Koruma Vakfi

4

Deprem sonrası geniş bir alanda yoğun bir biçimde tıbbi atlk ve cesetlerin taşınması sırasında enfekte olmuş battaniye gibi malzemeler ortaya çıkmış ve bu tür malzemelerin usulüne uygun olarak hertarafı da ayn bir sorun oluşturmuştur. Bakanlık tarafından ilk etapta gönderilen 3 6 400 adet tıbbi atık poşeti tıbbi atık depolama sahasında ayn bir bölümde bertaraf edilmektedir. A;nca Adapazan Devlet Hastan esinde kullanılmak üzere Liechenstein Hükümeti ile Hoval\\·ork AG fiıması tarafından bağışlanan 500 milyar TL. değerinde 'Tıbbi Atık Yakma Cihazı' Çevre Bakanlığı tarafından ilimize gönderilmiştir. IV.3 Prefabrik Yapılar

Deprem samasında ilk etapta 53 çadrr kent oluşturulmuş., 34 000 vatandaşınnz buralarda yaşaınaya başlamıştır. Daha sonra bu çadır kentler zemini sağla� alt yapısı yapılmış ve tamamen kışlık çadırlardan oluşan çadır kentlere taşınarak bu sayı azaltılmış, Bayındırlık Ye İskan Bakanlığı ve yerli ve yabancı şirket tarafından yapılan toplaın 10.272 adet prefabrik konutun zamanında yetiştirilmesi ile bumdaki vatandaşlanınız bu konutlara taşınarak çadır kentler tasfiye edibniştir. Burada yaşayan ailelerin elektrik� su, altyapı, ulaşım, gıda, temizlik, yeme� ısınma gibi giderleri devlet tarafından karşılanmış olup bu yardınllara 1 Temmuz 2000 tarihi itibariyle son verilmiştir. Prefabrik evlerin bulunduğu alanlarda iklim şartlannın elverişsizJiği, düz arazilerde dan dolayı su basma sonmlan, yeterli su temin edilememe sorun� atlksu uzaklaştırma sorunu, maddi kaynaklann azlığı ve çevre kirliliği gibi nedenlerden dolayı sağlık sorunlannda artış gözlenmiştir. Bunun için sağlık ocaklan gezici

ekipler kurmuşlar ve buna ilave olarak

da birçok çadır

kentte yerleşik olarak binne t sunmuşlardrr.

IV.4. Sana)i Deprem nedeniyle Sanayi kuruluşlan da zarar görmüştür Bunlardan 34'ü ağır, 73'ü orta, 19'u ise hafif hasarlı durumdadır. Ancak birçok tesis yeniden üretime geçmiştir. Üç önemli devlet kuruluşu TÜVASAŞ, TZDK .

IV. 2. Katı Atıklar

.

personeli işbirliğince umumi bir temizlik yapılması sağlanmıştır. Atıklar, Adapazan Belediyesi'nin önceden kullanmakta olduğu Sakarya Nehri kenannda bulunan düzensiz depolama alanına depolanmakta ve her gün ilaçlanmaktadır. [7]

ve Şeker Fabrikasında genel ve deprem sonrası sorunlar de·vam etmekte olup üretim durmuştur. [2] Depremin ardından elektrik kesintileri ve üretimin dunnası sonucu hemen tüm sanayi laıruluşlannın biyolojik ve kimyasal antma sistemlerinin devre dışı kalın ası çevre kirliliğinin artmas1na neden olmuştur.


M.Gümrükçüoğlu, R.ileri, B.Sümer, M.A.Seyfettinoğlu

IV. S. Park ve Yeşil Alan Kullanımı

Deprem

öncesi peyzaj çalışınaJan yapılan. şehir merkezindeki yeşil alan ve parklar ile merkez dışındaki bazı yeşil alanlar deprem sonrası çadır kentlere dönüşmilştü.r Bu çadıriann bir kısmın1n kaldırılmasyı la bu alanların uğradığı taluibat ortaya çıkmıştır. (Şekil6). Aynca meikez dışındaki çadrr kentle� şimdi ise prefabrik yapıtann kuruldu ğu alanlar genel1ikle önceden tanm veya hayvancılık için kullanılan alanlardır. Bu dan sonra bu alanlarda tekrar yapılann kal tarun yapılabilmesi ınümkün görünmemektedir. Bu ciddi toprak kirliliği sonımı için henüz bir önlem alma va da sorunu berta.rnf etme ile ilgili bir çalışma bul1ınmamaktadır. ..

V.

SONUÇ ve ÖNERİI.ER

Depremin ve depremden dolayı oluşan sıvılaşma olayının, alt yapı ve üst yapılara etkisinden oluşan ıarann en a:nı çahşn1a1ar yapıJmalıdır. indirilmesi için gerekli Sıvılaşınanm meydana geldiği yerlerde yer altı suyu genellikle yüksek oldugu ve içerisinde bol miktarda Slilfat bulunduğundan atık su borulan imalatında SPÇ (Sülfata Dayanıklı Çimento) kullanılmalıdır. [10] Şu anda kullamda m olan bomlar arasından deprem bölgesi inşaatlan için seçim yapılacağı zaman inşaatının kolaylığı, su iletimindeki güvenliği, zaman, sıcaklık degişimi \tb. faktörlerden nasıl etkilendiği işletme maliyeti ve kolaylığı gibi etkiler dışında deprem dayanımı

Şekil 6. Yeşil alan ve paridann çadır yerleşimi için kullanuru [8J

IV. 6. Hava kirliliği Deprem anında meydana gelen yapı çökmelerinden dolayı oldukça fazla miktarda toz ve partikül bavaya kanşmıştır. Daha sonra hasarlı binaların yıkılması ve enkaılarm kaldmlması sırasında da önemli miktanla toz ortaya çıkmıştır. Aynca alt yapı çalışınalan nedeniyle bozulan yollar da bu toz miktannın aıturasına neden olmaktadır. Bu kirletici etken elbette insan, hayvan ve bitki sağlıgı açısmdan olumsuz etki yaratroakta<lır. IV. 7. Güniltü Kirtilili binaların yılolması sırasında iş makinelerinin enkazın taşınınası ve kamyonlann döküm yerlerinde enkazı boşaltması sııasmda oluşan gfirültünün yanında alt yapı çalışınalan yapan makinelerin gürültüleri de kirlilik yaratan olumsuz etkilerdir. [9]

Hasarlı

mutlaka göz önünde bulundmuJmahdır. Deprem sınısırıda bondarın hareketini en aza indirmek için borulann altına serilecek malzemenin gıanülometıesi de çok önemlidir. ivedi olarak bitirilmesi ve prefabrik yapılatın kaldıularak park, bahçe ve tarım alanlannda gerekli diizenlemeleıin yapılması, kirliliğinin belirlenerek boyutlaıının hertaraf yöntemleıinin u..;ı��� gerekmektedir Katı atıklar konusunda daha önce planlannuş olan dtizenli depolama tesisinin bir an önce hayata geçirilmesi öncelikle Sakarya Nehri'nin kirliliğinin önlenmesi açısından çok önemlidir. Hava ·ve gürültü kirliliği seviyesi ö zellikle diğer işlemler bittiğinde biraz daha azalacak ve gerekli önlemlerin alınması kolaylaşacaktır.

Kalıcı konutlaım yapının

..

Deprem yer alan ülkemizde en önenıli görev hükümetlere, belediyelere, meslek kuruluşlanDa \'e teknik #

5


Adapazan'nda 17 Ağustos Depremi Sonrası Çevre Etki Değerlendirmesi

eleınanlara düşmektedir. Nerelerde yapılaşma olacağı, yapılann standartlannın belirlenmesi ve yapım esnasında denetlenmesi devletin ve belediyelerin görevidir. Bizlerin de, bu hizrrıetlerin ciddi bir biçimde yerine getirilinesini talep etmemiz gerekmektedir. Yerleşimimizi ve yapılanmızı depreıne uygun hale getirirsek, depremden önce ve sonra nasıl hareket etmemiz gerektiğini bilirsek, deprem tehlikesini ve yaptığı hasarlan nıininuıma indirgeyebiliriz. 1940�lı yıllardan beri varlığı bilinmekte olan Kuzey - Anadolu Fay hattı ile ilgili olarak TMMOB ve bilim adamlan bu fay hattı üzerindeki yerleşim ve sanayileşme planlan konusunda sürekli olarak uyanlarda bulunmuş, ancak bu uyanlar karar veıme mekanizmalan göz ardı edilmi ştir. Yaşanan 17 Ağustos depremi ve J-ıkımı, yeni bir çevrecilik ve ının yanında bilgiye şehireilik kültürü ol dayalı toplum olunmasının başlangıcı için dönüm noktası olmalı ve bu acı tecrübeden gerekli dersler tüm kesimler tarnfından çıkanlmahdır. VL KAYNAKLAR

[1] Altında4 A., Eimas, M, Kasap, H., 'Sakarya Üniversitesi 17 Ağustos 1999 Gölcük-Arifiye Depremi Değerlendirme Raporu', Sakarya Üniversitesi, 1999. [2] Sakarya Vali1iği, 'Sakarya İli Deprem Raporu' , 2000. [3] önem, M, 'Marmara Depreminin Çevreye Etkilerine Genel Bakış', Bitirme ödevi, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 2000. [4] Özgürses, T., 'Adapazan'nda Depremin Yarattığı Sorunlar' Bitirme ödevi, Sakarya Üniversitesi� Mühendislik Fakültesi, 2000. (5] Koçhan, Ö., 'Yer altı Kanallan ve Kuv·vetler', Bitinne ödevi, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 2000. [6] Güneş, M., 'Deprem Bölgesine Uygun Altyapı Tesisleri', Bitimıe ödevi, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültes� 2000. [7] Aydın, M., 17 Ağustos 1999 Sakarya h Çevre Müdürlüğü'nün Deprem Sonrası Yapmış Olduğu Hizmetler\ Çevre İl Müdürlüğü, 1999. [8] Adapazarı Büyükşehir Belediye Başkanlı� 'Fotoğraflarla Adapazarı Depremi', 2000. [9] Kurnaz, E., Özbek, S., Gürevi� Ö., �Depreınin Çe"Tesel Etkileri ve Düzce Depremi örneği', Bitinne ödevi, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültes� 2000. [10] Köseoğlu, Y.Z., 'Deprem ve Sıvılaşmanın Alt Yapı Tesislerine Etkisi', Bitirme ödevi, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültes� 2000.

6

,.


SAÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

4.Cilt 1. ve 2.5aya (2000) 7-11

BİTKİ ÖRTÜLÜ ORTAMLARD A RF İNCELENME Sİ PROPAGASYO . Ahmet Y. TEŞNELI •

Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü}

Esentepe Kampüsü 54050, Adapazarı, Türkiye

Özet- Bu çalışma bir oıınan için radyo frekansı (RF)

Bu varsayım VHF ve üzerindeki frekans aralığındaki

propagasyon modelini tanımlamaktadır. Oı1ııa n koherent

elektromanyetik dalgalar iç� doğru değildir. Bu nedenle;

dalgalardan çok koherent olmayan dalgaların egemen olduğu ayrık metot kullanılarak modellenmiştir. Ağaç gövdeleri, dalları ve iğneleri rasgele yönelmiş, kayıplı dielektrik silindirler olarak karakterize edilmiştir. Yapraklar edilmiştir.

ise

dielektrik

Saçıcıların

diskler

olarak

yönelim

ve

400

MHz üzerindeki frekanslarda arnıanı homojen bir

ortam olarak kabul eden bir

teorinin tahminleri ve

deneysel sonuçlar arasında uyum elde edilmesi tesadüf olarak görülebilir.

karakterize dağılımları

Elektromanyetik

dalgaların

bitkisel

bir

çevrede

belirlenmiştir. Modele biyofıziksel giriş parametreleri

propagasyonu için gerçekçi bir model; saçıcı elemanların

deneysel bir siteden toplanmıştır. Bitkilerin biyofıziksel

olası yönelişleri, büyüklükleri ve konumlan için az veya

parametrelerini temel alan teorik zayıflama düşey ve

çok rasgele bir dağılımı öngönnelidir.

yatay potarizasyon için ölçülen değerlerle karşılaştırılmış Mikrodalga bölgesinde bitkilerin modellenınesi çabaları

ve çok iyi uyum elde edilmiştir.

iki temel yaklaşımdan birini izler. İlk yaklaşımda; örtü, Abstract- The paper deseribes a radio frequency (RF)

annanın biyofiziksel parametreleriyle doğrudan ilişkili

propagation model for a forest. The forest is modelled

değişken bir bileşene ve ortalama bir dielektrik sabitine

using discrete method where incoherent waves dominate

sahip, sürekli, rasgele bir ortam olarak verilir. İkinci

over coherent waves. Tree trunks, branches, and needles

yaklaşım kullanılarak modelierne yapıldığı zaman� örtü,

are characterised b y randamly oriented, lossy dielectric

her biri bir saçılma genliği tarafından karakterize edilen

cylinders. Leaves are characterised by dielectric discs.

ayrık elemanların toplamı olarak verilir.

The scatterer orientation and distribution are prescribed. The biophysical input parameters to the model are

Bu çalışmada ormanın çok bileşenli propagasyon modeli

Theoretical

için ikinci yaklaşım açıklanmaktadır. Oıınanlık bölge,

attenuation based u pon the b iophysical input parameters

dielektrik silindirler ve eliptik disklerin rasgele dağıldığı

of vegetation is compared with measured values for both

bir

horizontal and vertical agreement is obtained.

frekanslarında, bu silindirler; dallar, gövdeler ve iğneleri,

gathered

from

experimental

an

site.

polarisation

and

excellent

diskler

vb.

bitkilerle

kaplı

olarak

modellenebilir.

ise yaprakları temsil ederler.

Mikrodalga Yayılan radyo

frekanslarındaki dalgalar için homojen, kayıplı olan bu

I. GİRİŞ Ağaç

tabaka

disk ve silindirler, çeşitli boy ve çaplardadırlar. Bu tabakanın

bölgelerde

radyo

dalgası

propagasyonunun analizi konusunda bir çok araştınna yapılmaktadır. Radyo dalgalannın yolu boyunca orınan örtüsü dalgaların zayıflamasına sebep olur ve iletişim

altında uzanan yer

ise

homojen,

dielektrik bir yarı uzay olarak ele alınmaktadır

kayıplı,

[1-2].

II. RASGELE ORTAMDA EM ALANLAR

menzilinde bir azalma oluşur. Ormanlık bölgelerde radyo

Bir oıınan boyunca radyo dalgasının propagasyonu,

dalgalarının kayıplarının önceden bilinmesi, iletişimin

ortamın rasgele ayrık saçıcılar tarafından karakterize

planlanması açısından önemlidir.

edildiği kabul edilerek ele alınmıştır. Bu çalışmada; onnandaki elektrik alanlar, koherent ve koherent olmayan

Ormanlık bölgenin bitkisel yapısının boyutlarına göre, VHF (özellikle A.

>

100

rasgele

bileşenler

olarak

tanımlanırlar.

Düşük

MHz' in altında) ve

frekanslarda (HF ve aşağısı) koherent olmayan bileşen

daha düşük frekanslarda gelen dalganın dalga boyunun

nispeten küçüktür ve sadece koherent alanın düşünülmesi

daha büyük olması nedeniyle, orman örtüsü homojen bir

gerekir. Frekans arttıkça alan içindeki mevcut değişimler

tabaka gibi kabul edilebilir.

önem kazanır ve alanın koherent olmayan bileşeni hesaba

3m olan

7


Bitki Örtülü Ortamlarda RF Propagasyonunun incelenmesi

katılmalıdır. Radyo dalgasının propagasyonu orman içinde daha derinlere nüfuz ettiği zaman, koherent olmayan bileşenin bağıl olarak paylaşımı daha ileri derecede önem kazanır. 11.1. Koherent Alanlar

Orman çeşitli bitkisel parçaları temsil eden homojen, kanonik saçıcıların rasgele yerleştiği ve yöneldiği sınrrsız bir ortam olarak düşünülmüştür. Bu durumda, koherent dalga denklemi için basit bir düzlem dalga çözümü bulunabilir. Bu, kaynaklar ve sınırların karmaşık özelliklerinin göz ardı edilerek zayıflama oranlarının ve propagasyon parametrelerinin doğrudan kesin olarak hesaplanmasına izin verir. Saçıcıların hacimlerini V ' p bağıl dielektrik sabitlerini Er, yarıçapiarını R ve sabit bir değer olan saçıcı yoğunluğunu p ile tanıınlayalım. Ortamın çevresi boşluk olarak düşünülür. Bu yolla her saçıcının üzerine gelen alanın onun kendi koherent alanı içinde olduğu kabul edilerek Maxwell denklemlerinden bir koherent alan denklemi elde edilebilir (Foldy yaklaşımı). Çok küçük (tipik orman için o/oO.l civarında) kesiı·sel hacim, 8 =pV p , gösteren saçıcıların seyrek dağılımlı olduğu kabulü ile birlikte bu yaklaşım kullanılarak kolayca çözüm elde edilebilir. Alan yaklaşımının sonucu aşağıdaki gibi elde edilir.

Etkin propagasyon katsayısı KPP =ko+

ko

f pp

(2)

şeklinde olup, genelde hem gerçel hem de sanal bileşeni vardır. Gerçel kısım radyan/metre birimi ile verilir; özgül zayıflama adı verilen sanal kısım ise neper/metre birimi ile ifade edilir. Düşey (v) ve yatay (h) potarizasyon için özgül zayıflamayı metre başına desibel olarak (dB/m) ifade etmek İstersek, A p = 8.686Im(K

p

bağıntısını

) pp

kullanabiliriz.

(3) Yukarıdaki

bağıntılarda

ko =w �oc o boşluk propagasyon katsayısı, L etkin yol

uzunluğu, f ileri yöndeki saçılma genliğinin ortalamasıdır

ve p :1= q için f q =O 'dır. p

Orman çevresindeki propagasyon sabiti KPP

,

mevcut

bileşenleri aşağıdaki gibi olan ileri yöndeki saçılma genliği terimleriyle

8

Buradaki

l) f( f(t) f(b) f(n) ve pp pp ' pp ' pp

sırasıyla; gövdeler, dallar, iğneler ve yapraklar için ileri yöndeki saçılma genlikleridir. Saçılma genlikleriyle ilgili daha ayrıntılı bilgi referans [3] 'den elde edilebilir. 11.2. Koherent Olmayan Alanlar

Bir radyo dalgasının orman boyunca propagasyonu sırasında koherent alanla ilişkili olan güç, koh eren t olmayan saçılan alana dönüştürülür. Koherent dalga bozulduğu zaman, koherent alanla ilgili alan değişimleri önemli olur. İki frekanslı korelasyon fonksiyonu,

(5) koherent alan ve onun değişimlerini karakterize etmek için kullanılabilir. (5) Denkleminde E gelen ve saçılan alanların toplamı olan toplam alanı gösterir. Bu yüzden f gelen dalganın frekansına bağlıdır. Eğer alan, koherent E ile ilgili değişimler ve ortalama (E) 'nın toplamı roJ

şeklinde aynştırılırsa, iki frekansh korelasyon fonksiyonu r =re+ ri

(l)

2np-

şeklinde açıklanır.

olarak yazıiır. bileşeni,

(6) Korelasyon

fonksiyonunun

koherent

(7) şeklinde, değişim veya koherent olmayan bileşen

(8) ile verilir. Korelasyon fonksiyonunun iki parçaya aynlması, ormanla kaplı bir bölgede propagasyonun koherent ve koherent olmayan kanalın paralel bir birleşiminin oluşturduğunun göıülınesini sağlar. Anten koherent bir dalga yayar. Bir miktar ilerledikten sonra ' rasgele faz değişimlerine sahip koherent olmayan dalga şeklinde saçılmış olması ve gövdelerdeki ohmik kayıplar arasında yutulmuş olması sebebiyle koherent dalga bozulur. Koherent olmayan dalga da kayıplardan olumsuz olarak etkilenir, ama bu koherent dalgada olduğundan daha düşük bir orandadır. Ortnan propagasyonu için iki frekanslı korelasyon fonksiyonunun hangi bileşeninin (koherent veya koherent olmayan) baskın olduğunun belirlenmesi önemlidir. Bu w= w1 = w2 özel durumu düşünülerek son derece basit olarak yapılabilir. Böylece


ft.Y.Teşneli

iki frekanslı korelasyon fonksiyonu dalga indirgenir.

şiddetine

Ortalama değerinin sıfır olarak tanımlanması sebebiyle, koherent olmayan alan bileşeninin davranışı onun korelasyon fonksiyonu temel alınarak tartışılmalıdır. Bu fonksiyonun karmaşık doğası sebebiyle, bir çözüm için teşebbüste bulunmadan önce genellikle basitleştinne amaçlı kabuller yapılır. Orman propagasyonu durumu için, bitkilerin kesirsel hacmi küçüktür ve bu amaç için kullanılabilir. Küçük bir kesirsel hacim için geçerli olan korelasyon fonksiyonunun basitleştirilmiş bir şekli, eşit yükseklikte düşey olarak polarize edilmiş yayıcı ve alıcının koherent bileşeni için koherent denklemin elde edilmesinde kullanılan metodun bir benzeri kullanılarak türetilir. Koherent dalganın gücü

(9)

şeklinde elde edilir. Buradaki

Ac

ve

ac

sırasıyla,

eksitasyon katsayısı ve koherent azalma sabitidir. Onlar,

Ac=

Wflo

2

verilirler.

cr t

Toplam

tesir

kesiti

w= w1 = w2 'dir. Koherent olmayan dalganın gücü,

( Pi X, W )

=

fi

(X, W ) =

Ai

,.---:;- e -a·x

3 x 'V

en

propagasyon

önemli

III. BİTKİLERİN KARA KTERiZE EDiLMESi

Bitkilerin karakterize edilmesi konusunun birkaç aşamada ele alınması yararh olur. İlk olarak benzer dielektrik özelliklere sahip olan yeşil ağaç ve yapraklar (çok miktarda su içeren)'m temel materyalleri bulunur. Düşünülen ikinci aşama temel olarak geometriktir. Bu ayrıntılarıyla beraber son derece karmaşıktır v e elektromanyetiğin dahil olmasıyla daha da karmaşık hale gelmektedir. Yönelimler, büyüklükler ve yoğunluklar gibi parametrelere bağlı olarak, gövdelerin, dalların ve yaprakların tanımlanmasını içermektedir. Üçüncü aşama, onnanı örtü olarak görmek için, tamamen dışarı çıkmadan, ağaçlara ait parçalardan hatta ağaçların kendilerinden geri durmayı gerektirir. Bu örtü çoğunlukla, toprak üzerindeki gövdelerle desteklenen dallar ve yaprakları içerınektedir. 111.1. Elektriksel Özellikler

Yeşil ağaç ve yaprakların elektriksel özellikleri, onların bağıl

elektriksel

geçirgenlikleri

4n

şeklinde

üzerinden sorumlu mekanizınasıdır.

geçirgenlikleri

( fl r )'ne

bağlı

(Er )

olarak

ve

manyetik

oluşturulabilir.

(lO)

Biyolojik materyalterin çoğunda Jlr bire çok yakındır.

(l l )

Er =E'-j' r Er"

ve

Bağıl elektriksel geçirgenlik Er komplekstir ve (15)

ifadesi ile verilir. Burada;

E�

ve

c;

sırasıyla, elektriksel

geçirgenliğin gerçek ve sanal kısımlarıdır. Sanal kısım aşağıda görüldüğü gibi iletkenlik (cr ) ile orantılıdır. (12)

1

(16)

olarak açıklanır. Buradaki Ai ve ai sırasıyla, eksitasyon katsayısı ve koherent olmayan zayıflama sabitidir. Onlar,

Eo

Burada

Genellikle gerçek kısım (13)

kısım

E

;

elektriksel

boşluğun E

geçirgenliğidir.

dielektrik sabiti ve sanal

de kayıp faktörü olarak adlandırılır.

Ağaç ve yaprakların dielektrik sabitleriyle ilgili kapsamlı bilgi edinmek ve ormanı oluşturan değişik türlere ait (14) şeklinde verilirler. Burada W0

=cr s

1 cr t albedo' dur.

cr s

Nesnenin saçılma tesir kesitidir. Albedo toplam güç üzerindeki saçılma gücünün yüzdesini gösterir. Albedo'nun daima birden az olması sebebiyle, (12) denklemi dalaylı olarak koherent olmayan azalmanın her azalmadan az daha olacağını zaman koherent anlatmaktadır. Koherent olmayan dalga, S-bandı ve

E�

ve e; değerleri için referans [3]'e başvurulabilir. 111.2. Fiziksel Özellikler

elektromanyetik Bitki bileşenlerinin özellikleri, elektriksel özelliklerin yanında büyüklük, şekil ve yönelme gibi geometrik faktörlere de bağlıdu. Ağaç gövdeleri en geniş orman saçıcıları olmaları nedeniyle çok ayrıntılı olarak tanımlanırlar.

9


Bitki Örtülü Ortamlarda RF Propagasyonunun incelenmesi

Genel olarak, bir orman veya fidanlığın gövde çapı olasılık yoğunluk fonksiyonu Gauss dağılıma uyar ve

p(D)

=

(.J2n cr }' e

(17)

ile tanımlanır. Gauss olasılık yoğunluk fonksiyonu biri standart sapma ( cr ), diğeri ortalama ağaç gövdesi çapı

(D ) olmak üzere sadece iki parametre tarafından belirlenir. Daha yaşlı ağaçların daha büyük gövde çapına sahip olmalan sebebiyle, düzgün yaşlı (aynı zamanda ekilmiş ağaçların bulunduğu) bir arınanın ortalama gövde çapı o arnıanın yaşına bağlıdır. Ve belirli türlerin diğerlerine göre daha hızlı büyümesi sebebiylede türlerin kompozisyonuna bağlıdır. Ortalanıayla ilgili olan gövde çapıı�ın standart sapması da arınanın yaş ve kompozisyonuna bağlıdır, ancak kompozisyon daha önemli bir parametre olarak görünmektedir. USDA Onnan Servisi'nin gövde çapı verilerine göre, çeşitlilik katsayısının (cr 1 D oranı) yaklaşık olarak 0.7 (genç, düzensiz ormanlar) ile 0.1 (yaşlı, düzenli ormanlar) arasında değer aldığını göstermektedir. Düzgün yaşlı olmayan (homojen olmayan) bir arınanın olasılık yoğunluk fonksiyonu üstel dağılıma uyar. Matematiksel olarak

p(D)

=

1

-==

D

D

--

e

D

(18)

ile açıklanan üstel olasılık yoğunluk fonksiyonu sadece tek bir parametre tarafından belirlenir v e o parametrede -

ortalama ağaç gövdesi çapı (D )'dır. Düzgün yaşlı bir ormana tezat olarak, düzgün yaşlı olmayan olgun bir arnıanın ortalama gövde çapı yaşına bağlı olmayıp, sadece türünün kompozisyonuna bağlıdır. Ortalama gövde çaplarının tümü 2.5 inch (6.35 cm)'e yakındır. Ortalama ağaç gövdesi çapı (D ), denklem (18) kullanılarak, üstel olasılık yoğunluk fonksiyonunun eğiminden matematiksel olarak ölçülebilir. Özellikle; daha büyük ağaçların zayıftatması ve rekabeti sebebiyle, küçük ağaçlar iyi temsil edilemediği zaman, arazide ölçülen ortalama ağaç gövdesi çapı oldukça büyük olabilir. 111.3. Örtü Yapısı

Düzgün yaşlı bir arınanın örtüsünün yüksekliği içindeki bitki ağırlığının dağılımı, bir Gauss olasılık yoğunluk oldukça tarafından iyi şekilde fonksiyonu tanıınlanabilrnektedir. Ancak, tüm düzgün yaşlı ormanlar iyi uyum göstermezler.

10

Örtü kalınlığı verileri nadir olmakla beraber, bazı çalışmalar örtü kalınlığının orınan yüksekliğine· oranı için şu değerleri sunarlar; bir Sitka Iadini ve Lodpepole çamı onnanı için yaklaşık 0.6, Douglas köknan için yaklaşık 0.5, Norway ladini için yaklaşık 0.4 ve Scots çam için yaklaşık 0.3. Bunların hepsi kozafaklı ağaçlar türüne girerler. Yaprak döken ağaçlar sınıfından olan Y ellow Poplar ve Comman Beach için bağıl örtü kalınlığı 0.5 bulunmuştur. Bir metreküp örtü içindeki dalların sayısı (Pb); gövde çapı (D), gövde sayısı yoğunluğu (N) ve örtü kalınlığı (He )'na bağlı olup

Pb= 91

ND

He

xıo-4

(19)

ile ifade edilir. IV. TEORİK VE DENEYSEL SONUÇLAR

Deneysel sonuçlarla 4 çeşit gövde, 1 çeşit iğne, 4 çeşit dal ve 4 çeşit yaprak dikkate alınarak elde edilen teorik sonuçlar Tablo 1 'de; teorik sonuçların orın anı oluşturan bileşenlere göre dağılımı da Tablo 2' de verilmiştir. Tablo 1. ·

Polarizasyon Düşey Yatay

Özgül zayıflama karşılaştırması.

Olçüm Sonucu (dB/m) -0.27279 -0.26098

Hesaplama Sonucu (dB/m) -0.263 -0.237

Tablo 2. Zayıflamanın ana bileşenlere göre dağılımı (dB/m). V- zayıflama H-zayıflama Saçıcı Tipi

Iğneler Yapraklar Dallar Gövdeler Toplam

-0.062 -0.100 -0.022 -0.053 -0.237

-0.086 -0.100 -0.015 -0.062 -0.263

Tablo 1 incelendiğinde, düşey potarizasyon için özgül zayıflamanın yatay polarizasyona göre daha fazla olduğu görülmektedir. Düşey dalgalar yatay dalgalara göre daha fazla soğurulmakta ve saçılmaktadır. Zayıflamanın bir kısmı gövde ve önemli yapraklardan kaynaklanmaktadır. Ayrıca geliştirilen model kullanılarak elde edilen sonuçların deneysel verilerle iyi bir uyum gösterdiği açıktır. Algılayıcı örtü tabakasındayken, yapraklar, iğneler ve dallar zayıflamada en etkin rolü oynarlar. Eğer algılayıcı örtü ile yer arasında ve her ikisinden uzakta olursa bu sefer gövdeler zayıflamada etkin rol oynarlar. Yaprak, dal ve iğnelerin etkisi örtüden yere doğru gidildikçe azalmaktadır. İğne ve yaprakların yoğunluğu 5 kat artırıldığında, hem yatay hem de düşey polarizasyon durumları için iğne ve yapraklardan kaynaklanan zayıflamanın da 5 kat arttığı görülmüştür.


A.Y.Teşneli

Elektromagnetik

dalgaların

bitki

V. SONUÇ

içinde

örtüsü

propagasyonunda bitkilerin içerdiği su miktarı, frekans ve çok

Bu

miktarına bağlı olarak değişiminin sunulduğu Şekil

zayıflaması için deneysel verilerle çok yakın sonuçlar

1 'de

çalışmada

sunulan

sıcaklık önemli bir rol oynamaktadır. Zayıflamanın nem

bileşenli

model

orman

vermektedir. Sayısal sonuçlar koherent olmayan, saçılmış

bu etki görülmektedir.

alan şiddetinin kaynağa uzaklığın ve frekansın artınasıyla

nt l­

v.� !

t::

ra

;J.

j

Yani orınan içinde, koherent olmayan alanlar S-bandı ve

pot.

�n J

-....

koherent alana göre bağıl olarak arttığını göstermektedir.

V pol.

yukarısı için en önemli propagasyon mekanizınasıdır. Zayıflama

........,

-6 .....

e=

İ

ve

! f ı

Yaprakla kaplı ağaçların sebep olduğu zayıflama çıplak

bağlı

olarak

farklılık

göstermektedir.

ağaçlarınkinden daha fazladır ve bitki örtüsü ıslandığı zaman artmaktadır. S-bandı civarında yatay ve düşey

..

polarizasyonlu dalgaların kayıp oranları arasında biraz

t }

fark vardır. Genellikle her iki anteninde yüksekliği orman yüksekliğini aştığı zaman propagasyon kayıpları daha

o

yoğunluğuna

büyüklüğüne

�N v . Jrr /\

ağaçların

ı

t ı

.

olarak

1

� .... l\ .. 2 '' < ,_l

doğal

L

..... x. .,.

0.2

_ .. . . . _

0.3

_ _.__ _ � __ __.___ ı.,.._

.. __ __ -

belirgin şekilde azalmaktadır.

J___

__

0.4 0.5 NEM ORANI

0.5

0.7

VI. KAYNAKLAR

Şekil 1. Nem oranının fonksiyonu olarak zayıflama.

Son olarak şekil

2 ve 3 'de sırasıyla gövde ve yapraklara

[1]

SEKER, S., "Multicompenents Discrete Propagation

ait albedo üzerinde geliş açısının etkisi sunulmuştur. Bu

Model of Forest", lEE Proc.-Microw. Antennas

değerler

Propag., Vol.l 42, No.3,

düşey

polarizasyonlu

(Wv

WH)

>

polarizasyonlu dalgalardan

dalgaların,

daha

fazla

yatay

saçıldığını

[2]

pp.201-206, June 1995.

TEŞNELİ, Ahmet Y., "Radyo Frekans Linkler İçin Ağaçların Modellenınesi ve Propagasyon Analizi",

doğrulamaktadır.

Yüksek

r

\.

Tezi,

[3]

v.o t !

SEKER,

S.,

Yayılmaları

1

r-

"Radyo İçin

1

2000.

Üniversitesi

Dalgalarının

Kurarn

Üniversitesi Dergisi, Cilt

1

Sakarya

B ilimleri Enstitüsü, Sakarya,

•·

V �;\., " r, "":•._.

' .. ,... t

Lisans

ve

Model",

Fen

Ormanda Boğaziçi

1O, s.97- 112, 1982.

...

Şekil 2. Geliş açısınm fonksiyonu olarak bir ağaç gövdesine ait albedo. 0.08r

r=l o .06 �·�

V poL H poL

8

t E O.JJ4�-· :;l 1t .

.. �

i

,.

f\ f\ ?Jı t.

··•

v

..,

t

�-"'·.-J -...,. _�..._�,.eo:,eo.na

v <t ·· .....

O Şekil

ı . < '

_.:!...,_

)

s :cıı t

30 ŞO GfiLIS ACISI (DERECE)

l.w·••nv

ıtt ı

f

t . c esu ı. us .

90

3. Gelşi açısının fonksiyonu olarak biryaprak çeşidine ait albedo.

11


12


SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 4.cilt 1. ve 2.Sayı

(2000) 13-19

BULANlK SINIFLAMA

*

Zafer Demir

**

Aşkın Demirkol

*Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elekt ik-Elekt

��nik ���en�i�_liğ� Bl.

. ** Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Bilgısayar Muhendıslıgı Bolumu.

E-mail : zdemir@esentepe.sau.edu.tr askindemirkol@hotmail.com ••

O zet

Bu çalışınada son yılların önemli ve etkin karar alma yöntemlerinden olan bulanık mantık tekniklerinden yararlanılarak, bir bulanık sınıflama prosesi, Sakarya Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümünün ders programlarının sınıflanmasında kullanılmıştır. Bunun için bilgisayar mühendisliği bölümünün üçüncü sınıfına yani beş ve altıncı yarı yıllarına ait dersleri bulanık yaklaşımlarla sınıflayacak örnek bir tasarım geliştirilmiştir. Geliştirilen bilgisayar yöntemin, hem bulanık ınühendisliğinin bölüm olarak kendi içinde yapılanabiln1esine, hem de lisans ve lisans üstü eğitimdeki öğrencilerin doğru uzn1anlık alan )arına yön lendirilmelerine katkı sağlaması hedeflenın iştir. Bu amaçla kendi içinde de tutarlı say ılabilecek sınıfların, Akes � 0.6 ve Akes > O. 8 kesim değerleriyle oluştuğu tespit edilm iştir. Birinci kesim değeri ile daha gene], ikincisi ile de daha gerçekçi sınıflamanın yapıldığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler :Bulanık mantık, Bulanık

ilişkiler ,Bulanık sınıflama , Üyelik dereceleri , Bulanık kesim değeri

1.

GİRİŞ

Bulanık mantık(fuzzy logic), ilk olarak 1965'li yıllarda Azerbaycanlı Matematikçi A.L. ZADEH tarafından ortaya atılan çok değerlikli bir mantık üzerine kurulmuştur ise uygulamaları (Kandel, I 986). İlk Mamdani ve arkadaşlarınca proses kontrol çalışmalarına uyarlanmıştır (Sugeno, 1985). Bulanık mantık daha ziyade ikili mantığın eksik yönlerini gidermek iddiasıyla ortaya çıkan ve hızla gelişmekte olan bir bilim

Esentepe - SAKARYA

dalıdır. Klasik mantık ya hep ya hiç yaklaşımıyla çoğu kez insan düşüncesiyle örtüşememektedir(Kosko, 1993). Günümüz teknolojisinin çoğunluğu şimdilik klasik yaklaşım üzerine kurulduğundan, insana yakın, onun gibi düşünen sistemleri gerçekleştirmek, hiçbir zaman bulanık mantık da ki kadar elverişli olamamıştır. Ten1elde bir maten1atik bilimi olan Bulanık Teori, özünde insan düşünüş şeklini esas almaktadır. Dilsel değişkenler ve üyelik dereceleri üzerine kurulu bulanık kümeler konvansiyonel kümelerin yardımıyla zaafları giderilebilmektedir(Bemard, 988). Özellikle PID sistemler üzerine kuıulan kontrol çalışmaları, klasik mantığı esas aldığından istenilen optimizasyonları gereğince yapamaınaktadır(Nam,vd,19945). Bu aşamada bulanık yaklaşım önemli rol oynamaktadır. Sistem az, çok, biraz gibi ancak insana özgü bulanık kümelerle etkin bir karar verme süreci kazanınaktadır(Hisdal, 1994). etkin Son yılların karar alma yöntemlerinden olan bulanık mantığın geçirdiği yaklaşık 20 yıllık dönem�e : kullanım alanlarının geliştiği ve çeşitlendığı görülmüştür. Birçok sorunun aşılmasına bulanık katkı sağlayan mantık bu sınıflama(classification) ve kapsamda, teşhis(recognation) problemlerinin çözümlerine de optimum yaklaşırnlar kazandırabilmiştir(Zimınermann, 1991). Çalışmamız bulanık mantık ve bulanık sınıflama ilkeleri üzerine kurulmuştur. Bu bulanık sınıflama amaçla geliştirilen prosesi, ders programlarının ..iç�rikl�rin � esas kabul etmiştir. Sakarya Unıversıtesı

13


Bulanik Stntflama

Bilgisayar Mühendisliği bölümünün beş ve

veya;

altıncı yarı yıllarını kapsayan üçüncü sınıfa ait

ders

programı,

sınıflandırılmıştır.

ilkelerle

bulanık

Her

yıl

gibi,

olduğu

kriterlerine

üçüncü sınıfta da öğrenci, daha çok hangi Aynı

yaklaşımla

her

yıl

değeri bulanık bir büyüklük O<a<l

programa

ki

yapıhr(Klir,vd, 1992).

olup

benzer

yöntemin

göre

Burada " a "

dalda eğitim aldığını bu yöntemle tespit edebilecektir.

,

uyarlanmasıyla, toplam sekiz yarı yıl eğitim alan

öğrenci,

hayatında

gerek

gerekse

de

aralığında

çalışma

atılacağı

üstü

lisans

ilgili fıkir sahibi olabilecektir. Yöntemin aşağıdaki

ele

bölümlerde

alınmaktadır.

belirlenir(Terano, vd, 1 992).

Bahsedilen

işlemlerin

sınıflamaya

uygulanması

BULANIK SINIFLAMA sınıflama

çerçeveye

genel

olarak,

bir

göre

esaslara ihtiyaç

uygulamalarda Bulanık

için

dahil olacak elemanlar arasındaki ilişkileri bulanık

2.

Sınıflan

belirlemede kullanılacak Akcs değeri, uzman deneyimlerine göre

çalışmalarda yönteneceği uzınanlık dalı ile detay ları

değişmektedir.

düzenleyen

vardır.

bulanık

bir

çerçeve

Bu

ilişkiler

tablosu

olarak kendisini göstennektedir. Matrisyel

toplulukta yer alan birey veya elemanlar

hücrelerin satır ve sütunlarındaki elemanlar

arasındaki ilişkiyi bulanık esaslara göre bir

ilişkiler

bulanık

esaslarına

göre

'A, kesinı değerine (Akcs ) göre inceleyen ve

kesiştirilerek, ilişkilerin derecesi belirlenir.

bu değere göre aralarında ilişki saptanan

Her bir hücredeki değer bulanık yapıda

elemanları guruplayan

olup,

bilinmektedir. değerine(Akes)

bir

Söz göre

teknik olarak

konusu

oluşan

kesim

gruplar

uzman

deneyimlerinin

esas

ahnınasına

sınıf

göre

belirlenir(Miranda,vd, 1992).Bizim

o larak anılınaktadır(Kenneth, 1999). Her bir

çalışmamızda

sınıfın

ilişkiler tablosu, bilgisayar mühendisliğinin

elemanları

incelendiği

vakit,

kullanacağımız

bulanık

birbirleriyle bir şekilde ilişk ili oldukları görülmektedir(Ross, 1995). Bu, sınıf olma özelliğinden

kaynaklanınaktadır.

Oluşan

5

ve

6.

Yarıyıllarındaki

dersleri

sınıfın elemanları arasında hiçbir şekilde

kapsanıaktadır. Derslerin tam listesi aşağıda

ilişki kurulamıyorsa, grup oluştuıınalarına

verilmiştir(Sakarya Ünv.

,

rağmen, elemanlar belli bir sınıfı temsil

1999).

edemezler. Bu durumda sınıf oluşmamıştır sonucuna

çıkılır.

Bulanık

sınıflama

uygulamaları genellikle ; Tablo 1. Bilgisayar Mühendisliği 5 ve 6.Yarı Yıllarında Okutulan Dersler KOD DERSLER Yarıyıl

ı

Mikroişlemci ve Mikrobilgisayar

V

2

V eri Yönetimi

V

3

Bilgisayar Organizasyonu

V

4

Dijital Kontrol Sistemleri

V

5

Dijital Işaret Işleme

V

6

Modelierne ve Optimizasyon

V

7

Elektronik Devreler II

V

8

Sistem Programlama

9

VI

Veri Tabanı Yönetim Sistemi

lO

VI

C+ ve C++ Programlama

ll

VI

Dijital Fiber Optik Haberleşme

VI

Bilgisayarda Grafik ve X Programlama

VI

12

okutu lmakta

14

Görüldüğü gibi her iki

yarı

meslek derslerinin sayıs1

12 tanedir. Aslında

yılda okutulan

dersleriyle

olan

sayı

diğer

daha

temel

fazladır.

ve

kültür

Ancak direkt

olarak bilgisayar mühendisliği ile ilgili meslek


Z.Demir, A.Demirkol

toplanabileceği, bulanık kriteriere göre araştırılacaktır. Bu bilgilerin ışığında söz konusu 12 ders arasındaki ilişkinin bulanık esaslara göre düzenlenm iş hali, aşağıdaki 12x 12 boyutundaki matrisyel tablo ile gösterilmiştir.

dersleri tablodaki görünümdedir. Sıralı olarak kodlanan derslerin kaç sınıf altında

Tablo 2. Programdaki 1 2 Ders Arasındaki Bulanık İlişkiler ı

2

3

4

5

6

7

8

9

lO

ll

12

ı

ı

o

0.65

0.7

0.6

0.85

1

o

o

o

o

0.3 0.8

3

O.1

ı

0.67 ı

o

o

o

o

o

o

o

o

o

0.2 0.7

o

0.65 0.9 0.93 0.83 0.67

o

o

9

o

0.67 0.65 0.62 0.9 0.4 0.15

0.62 0.88 0.82

o

o

0.65 0.9

8

0.9 0.65 0.7 0.6 0.85 0.5

0.95 0. 1 5

0.2 0.87

0.6

o

0.5 0.75 0.4

o

2

0.9 O. 1

lO

0.2 0.6 0.3

4 5

6 7

ll 12

o

0.9 0.88 0.63

0.82 0.64

ı

0.9 0.63 0.64 0.6

0.6

ı

0.1

o

o

o

o. ı

ı

o

o

o

0.2

ı

o

o

o

o

o

0.7 0.76

0.76 0.93

0.93

1

o

0.71 0.82 0.8 1

o

0.65

0.9

0.93

0.83

0.67

o

o

o

ı

o

0.8

o

o

o

o

o

0.7 1

0.82

0.81

o

ı

o o o

0.75 0.95 0.87

ı

Tablodan da görülebileceği gibi, ikili olarak karşılaştırdan dersler arasındaki ilişkinin derecesi bulanık yapıdadır. Aralarında ilişki kuvvetli olan dersler için üyelik dereceleri büyük, ilişkinin zayıf olduğu durumlar için ise küçük üyelik dereceleri ön görülmüştür.

3. BU LANIK SINIFLAMA YÖNTEMİYLE DERSLERiN SINIFLANDIRILMASI

Çalışmamızda 5 ve 6.yarıyıllara ait ders programlarını sınıflayabilmek için kullanacağımız kesim değerinin aıt sınırı olarak 0.5 alınmıştır. Buna göre alt sınıf 0.5 olmak üzere 0.6, 0.7, 0.8 ve 0.9 kesim değerleri dahil toplam 5 değere göre sınıflandırılmalar araştırılacaktır. Yani ; Akes > 0.5 Akes > 0.6 Akes > 0 . 7 Akes > 0.8 Akes > 0.9

o o o o

o

Akes > 0.5 Sınıflaması

3. ı .

Bu kritere göre yani ; ı

> 0.5

o

<0.5

}

yapılan düzenlemelerde uygun ve mantıklı herhangi bir sınıfın olnıadığı görülmüştür. Diğer bir deyişle ; Tablo 3. Derslerin

)vkcs �O. 5

İçin Sınıflandırılması

Sınıflar

o- 0.5

Anlamlı sınıf oluşmadı

Durumu söz konusudur. 3.2.

Akes 2:: 0.6

Sınıflaması

2:: 0.6 Akes

=

{ < 0.6

ı

o

}

Kriterlerine göre aşağıdaki bulanık ilişkiler tablosu elde edilmiştir.

kriterlerine göre uygun sınıflar tespit edilmeye çalışılacaktır.

15

1 t


Bulanrk Stnrflama

Tablo 4. Dersler Arasındaki Bulanık ilişkilerin

;ıkes >O. 6 Değerine

Tespiti

ı

2

3

4

5

6

7

8

ı

o

ı

ll

ı

ı

ıo

12

ı

9

ı

ı

o

o

ı

o

2

o

ı

o

o

o

o

o

o

ı

ı

3

ı

o

ı

ı

o

ı

ı

ı

ı

ı

o

o

ı

o

4

ı

o

ı

ı

ı

o

ı

ı

o

o

ı

o

5

ı

o

ı

ı

o

ı

ı

ı

o

o

6

ı

o

ı

ı

o

ı

o

ı

ı

ı

o

ı

7

ı

o

ı

o

o

ı

o

ı

1

ı

o

o

o

ı

o

i

o

ı

o

o

o

o

o

ı

1

ı

o

ı

!

9

o

ı

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

ı

1

lO

o

ı

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

ı

1

ll

ı

o

ı

ı

ı

ı

ı

o

o

o

ı

o

12

o

ı

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

ı

8

Tablo

!

incelendiğinde vakit

oluştuğ u

görülmektedir.

iki farklı sınıfın Sınıflar

B Sınıfı:

aşağıdaki 2-Veri Yönetimi

tabloda verilmiştir.

8-Sistem Programlama Tablo 5. Derslerin Akes

Akes > Akcs > 0.6

>O. 6 İçin Sınıflandırılması Sınıflar

9-Veri Tabanı Yönetim Sistemi 10-

1,3,4,5, 6,7, lı

A

2,8,9, 1 O, 12

B

Bu sınıflama ile oluşan A sınıfına dahil olan

C+, C++ Programlama

12- Bilgisayarda Grafık ve X Programlama

derslerinin

oluştuğu tespit edilıniştir. Her iki

dersler ;

sınıf uzman gözüyle incelendiğinde ınantıkh bir

A Sınıfı :

A Sınıfı, içinde kontrol derslerini de içermekle

gruplamanın oluştuğu görülecektir.

beraber daha ziyade donanım ağırlıktadır. İkinci 1-

Mikroişlemciler ve Mikro Bilgisayar

3-

Bilgisayar Organizasyonu

4-

Dijital Kontrol Sistemleri

5-

Dijital işaret İşleme

6-

Modelierne ve Optimizasyon

7-

Elektronik Devreler II

yani B sınıfının ise, daha ziyade yazılım ağırlığı olan derslerden oluştuğu görülmektedir. Buna göre Akes 2 0.6 kesim değerin in, dersleri genel çerçevesiyle yazılun ve donanım olarak iki sınıfa ayırdığı söy Jenebilir. 3.3.

Akes > 0.7

Sınıflaması

ll- Dijital Fiber Optik Haberleşme > 0.7 şeklinde sıralanmaktadır. İkinci sınıf için ise ;

< 0.7

ı o

}

Kriterlerine göre aşağıdaki bulanık ilişkiler tablosu elde edilmiştir.

16

ı

i

1

ı


Bulanık Sınıflama

Tablo 6. Dersler Arasındaki Bulanık ilişkilerinAkes >O. 7 Değerine Tespiti ı

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ll

12

ı

ı

o

ı

ı

ı

ı

ı

o

o

o

1

o

2

o

1

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

ı

3

1

o

1

ı

ı

ı

ı

o

o

o

ı

o

4

ı

o

o

ı

o

ı

o

o

o

o

ı

o

5

ı

o

ı

ı

ı

ı

ı

o

o

o

ı

o

6

ı

o

o

ı

o

ı

o

o

o

o

ı

o

7

ı

o

ı

ı

1

ı

ı

o

o

o

ı

8

o

ı

o

o

o

o

o

ı

1

1

o

ı

9

o

ı

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

1

lO

o

ı

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

ı

ll

ı

o

o

ı

o

ı

o

o

o

o

ı

o

12

o

ı

o

o

o

o

o

ı

ı

ı

o

ı

Tablo

.

o

i

1

incelendiğinde vakit beş farklı sınıfın

oluştuğu

görülmektedir.

Sınıflar

aşağıdaki

dağılmadıkları

tabloda veri I miştir.

görüldüğü

Akes

için,

>

O. 7

sınıflaması dikkate alınmamıştır.

Tablo 7. Derslerin Akes >O. 7 İçin Sınıflandırılması

Sınıflar

Akes >

ı,3,5,7

A

1,4,5,6,ıı

B

1,3,7

c

4,5,6,ıı

D

2,8,9,ıO,l2

E

Akcs > 0.7

3.4 . Akes > 0.8

Sınıflam ası

1

> 0.8

AkH=

{

< 0.8

o

}

Kriterleri göz önüne alındığında aşağıdaki tablo oluşmuştur.

Her iki tablo in celendiği zaman söz kon usu sınıfların genellikle bir disiplin içinde

Tablo 8. Dersler Arasındaki Bulanık ilişkilerin 2kes > 0.8 Değerine Tespiti 9 8 4 6 1 5 2 3 7

.

-

lO

ll

12

ı

ı

o

ı

o

o

o

ı

o

o

o

o

o

2

o

ı

o

o

o

o

o

o

ı

ı

o

ı

3

1

o

ı

o

o

o

ı

o

o

o

o

o

4

o

o

o

1

ı

ı

o

o

o

o

1

o

5

o

o

o

ı

ı

ı

o

o

o

o

1

o

6

o

o

o

ı

ı

ı

o

o

o

o

ı

o

7

ı

o

ı

o

o

o

ı

o

o

o

o

o

8

o

o

o

o

o

o

o

ı

o

o

o

o

9

o

1

o

o

o

o

o

o

ı

ı

o

1

10

o

ı

o

o

o

o

o

o

1

ı

o

ı

ll

o

o

o

ı

ı

ı

o

o

o

o

ı

o

12

o

ı

o

o

o

o

o

o

ı

ı

o

ı

-

Tablo incelendiğinde dersleri içeren dört farklı sınıfın yandaki gibi oluştuğu görülmtiştür. '

17

ı


Z.Demir, A.Demirkol

Tablo 9. Derslerin

Akes >O. 8 İçin

Sınıflandırılması

Sınıflar

Akes >

Akes > 0.8

A.kes 2 0.8 kriterine göre oluşan sınıflar incelendiği zaman her sın1fın kendi içersinde ,

ı ,3,7

A

2,9,ı 0,12 4,5,6, ll

B

c

A Sınıfı incelendiğinde, içerilen derslerin daha

8

D

ziyade bilgisayar donanımı ile ilgili

tutarlı olduğu görülmektedir.

oldukları

dikkati çekmektedir.

Tabloya göre oluşan sınıflar ;

B

Sınıfı

ağırlıklı

incelendiğinde, olarak bilgisayar

içerilen

derslerin

yazılımı

ile

oldukları tespit edilmiştir.

A Sınıfı:

ilgili

.

'

C

ı - Mikroişlemci ve Mikro Bilgisayar

Sınıfı

incelendiğinde,

genellikle bilgisayar

3- Bilgisayar Organizasyonu

ve

içerilen

derslerin

kontrol ağırlıklı olduğu

görülmüştür.

7- Elektronik Devreler II

D

B Sınıfı :

Sınıfı

görüntüsü zamanda

2- Veri Yönetimi

dolaysıyla

9- Veri Tabanı Yönetim Sistemi

ı 0- C+ , C++ Programlama ı 2- Bilgisayarda Grafik ve X Programlama

incelendiğinde, taşımasına donanım yazılım

ilk

karşın

yazılım

içeriğiyle

öğelerini ve

anda de

aynı

kapsaması

donanım özelliklerini

birlikte içeren bir sınıf konusudur. Tüm bunların ışığında Akes >

0.8 yaklaşımıyla

daha gerçekçi bir sınıflamaya gidildiği

C Sınıfı :

görülmektedir.

4- Dijital Kontrol Sistemleri 5- Dijital işaret İşleme 6- Modelleme ve Optimizasyon

3.5. Ak es > 0.9

Sınıflam ası

ı

> 0.9

l l- Dijital Fiber Optik Haberleşme

D Sınıfı: 8- Sistem Programlama

Kriterlerinin göz önüne alınmasıyla oluşan bulanık ilişkiler tablosunun(Tablo- 1 O) görünümü aşağıdaki gibi olmuştur.

şeklindedir.

Tablo

10. Dersler Arasındaki Bulanık ilişkilerinAkes � 0.9 Değerine Tespiti

ı

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ll

12

ı

1

o

2

o ı o o o ı o o o o o

ı

1 o

o o o

o o o ı

o o o o o

ı o ı o o o

o ı o o o o o

o ı o o o o o ı

o 1 o o o o o ı ı

o o o ı 1 o o o o o ı

o o o o o o o o o o o

o

ı

3 4 5 6 7 8 9 lO ll 12

o o o o o 1 ı ı o o

Tablo incelendiği vakit sınıflar

18

1

o o o 1 o o o o o

1

ı o o o o o ı o

ı

o o o o o 1 o

ı

o o o o o o

ı

o o o o o

ı

ı ı o o

ı

ı o o

ı

o o

ı

Akes > 0.9 kriterine göre dokuz ayrı sınıfın oluştuğu görülmüştür. Söz konusu verilmiştir. tabloda aşağıdaki

ı

i


Bulanik S1n1flama

Tablo 11. Derslerin A.kes >O. 9 İçin ınıflandırılması

Sınıflar

Akes >

Akes > 0.9

1,3 2,9 1,3,7 4,5,11 6 3,7 8 ,9,10 2,8,9,10 12

y azılım, donanım ve kontrol gibi karekterlerinin yanı sıra, mezun öğrencilerin çalışma hayatındaki ilgi alanlarının belirlenebilmesine katkı sağlayabileceği görülmüştür.

A B

c D

KAYNAKLAR

E

F

B ernard, J.A. ,(1988),

Use of Rule-Based Systems for Process Control ",IEEE Control Systems Magazine, October, , 3-13.

G H I

Tablo incelendiği vakit ayrı gibi görünen 9 farklı sınıfın genelde birbirlerine benzedikleri saptanmıştır. Bununla beraber oluşan sınıfların kendi içlerinde tutarlı çoğunluğu olmadıklarından dolayı, Akes > 0.9 kriteri ile oluşan sınıflar söz konusu değildir.

Yapılan çalışınalar sonucunda ders programlarının, ders içeriklerine göre bulanık metotlarla sınıflandu·ılmasının mümkün olduğu görülmüştür. Örnek olarak Sakarya Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliğinin 5 ve 6. Yarı yıllarına ait derslerin sınıflandırılması el e alınmıştrr. Bulanık sınıflandırmada kriter olarak alınan kesim için dört farklı değer alınmıştır. Akcs > 0.5, Akes > 0.6 , A.kes > O. 7 , Akes > 0.8 ve "-kes > 0.9 şeklinde alınan değerlerden yalnız Akes > O.6 ve Akes > O. 8 için tutarlı sınıflaınanın yapılabildiği görülmüştür. İlk Akes > 0.6 için oluşan iki sınıf, genel anlamıyla yazılım ve donanım şeklinde iken, Akes > 0.8 değeriyle de ilk sınıflamanın(A.kes > 0.6) detaylarının da ele alınmasıyla dört farklı sınıf bilgisayar yazılım, oluşmuştur. Oluşan .......

donanım}

bilgisayar

yazılun-

,(1994),

lnterpretative Versus Prescriptive Fuzzy Set Theory ", IEEE Transactions on Fuzzy Systems, v.2, no.l, February , 22-26. A.

Kandel,

"

,(1986),

Fuzzy Mathematical Techniques with Application., 1-2.

Kenneth

4. SONUÇ

bilgisayar

Hisdal, E.

"

H.L.

Ho.,(1999),

Fuzzy categorisation and Classification in Pattern Recognation Computer Vision, and http:/;\vW\v .Altavista.corn!Fuzzy Classification.

Klir, G.J. , Folger, T.A. ,(1992), Fuzzy Sets,

Uncertainity, and Inforrrıation, 82-87. Kosko, B. ,(1993),

Fuzzy Logic ", Scientific American, v.269, no. 1, , 62-67. Miranda, V.

·,

"

Saraiva, J.T. ,(1992), Fuzzy

of Power System Optimal Modeliing Load Flow, IEEE Transactions on Power Systems, vol.7, no.2, May. 843 Nam, S.K. , Yoo, W.S. ,(1994), Fuzzy PID

Control with Accelerated Reasoning for D.C. Servo Motors,Engineering Applications Artifıcial Intelligence, vo1.7, no.5, 559-569.

sınıfları, daha gerçekçi bir yapıda ortaya çıkmıştır. Söz konusu sınıfın dört bilgisayar mühendisliği bölüınlerinde hali hazırda verilmekte olan disiplinler olduğu bilinmektedir. Sınıfların içerdiği dersler, başka üniversitelerde biraz daha farklı içeriklere sahip olabilir. Çalışmada ele alınan ders içerikleri, Sakarya Üniversitesi 'Bilgisayar Mühendis1iğine özgüdür.

Ross,

mantık ilkelerinden bulanık Sonuçta yararlanılarak geliştirilen bulanık yöntemin, mevcut derslerin içeriklerine göre sınıflara ayrılmasında kullanaılabileceği tespit edilmiştir. ilgili bölümlerin Ek olarak, bu metodun ,

Fuzzy Systems Theory and Its Applications, 60-62.

donanım,

bilgisayar

ve

kontrol

T.J.

,(1995),

Fuzzy Logic Engineering Applications, 3 71-3 79.

Sakarya

Üniversitesi,

with

,(1999),

Mühendislik Fakültesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Sugeno, M. ,(1985), An Introductory Survey of

Fuzzy Control. February, 59-83. Terano, T. , Asai, K. , Sugeno, M. ,(1992),

Zimmermann, H.J. ,(1991 ), Fuzzy Set Theory

and Its Applications, 217-220.

19


c

20


SAO Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi 4.Cilt 1. ve 2.Say1 (2000) 21-24

REDUCING LEAD TIME USING FUZZY LOGIC AT JOB SHOP

Emin Giindogar *

Yavuz Burak Canbolat**

*Department oj'Jndustrial Engineering Sakarya University Sakarya -Turkey Email:gun@sakarya.edu.tr **Departn1ent o.f Industrial Engineering Qafqaz University Baku-Azerbaijan ÂŁ-mail: burakcanbolat@hotmail. cam

Key Words: Job shop scheduling, fuzzy logic, simulation of scheduling, lead time

ABSTRACT One problem encountering at the job shop scheduling is minimum production size of machine is different from each another. This case increases lead time. A new approach was improved to reduce lead time. In thi s new approach, the parts, which materials are in stock and orders coming very frequently are assigned to machine to reduce lead time. Due the fact that there are a lot of machine and orders, it is possible to become so1ne probletns. In this paper, fuzzy logic is used to cope with this problem. New approach was simulated at the job sop that has owner 15 machinery and 50 orders. Simulation results showed that new approach reduced lead time between 27.89% and 32.36o/o.

I. INTRODUCTION The job shop is the most widely used flexible production organization in our competitive environment (Gundogar, 1991 ). The job shop production control system should schedule the incoming orders in a way that does not violate the capacity constraint of individual workstations or processes (Narasimhan et al., 1995). The scheduling problem can be defined as follows: N jobs are to be processed by M machines or work stations within given time period in such way that given objectives are optimized. Each job consists of specific set of operations, which have to be processed according to a given technical precedence order (Holthaus and Ziegler, 1997).

The general objectives of scheduling are to reduce tardiness, minimize work in process (WIP), set-up time,

and average lead time, and maximize the utilization of machinery and worker capacity (Nahmias, 1993 and Chase et al., 1998). In view of the fact that some objectives are conflicting, it is impossible to optimize all objectives. It is tried to find a good solution atnong these objectives (Nahmias~ 1993). Among the problems of operations research, scheduling is one of those having a lot of applications (Lee et al. , 1997). However practical optilnal solution to scheduling problen1 hasn 't been found yet (Fortemps, J997). Because machine breakdown, maintaining, shortage of materials, quality problems and other problems tnake the manufacturing environment very complex. In addition, there is a conflict among scheduling objectives. Approaches to scheduling problems are classified as optimal methods, heuristics and artificial intelligence applying (Gundogar, 1991, Ayd1n, 1997). Although optimal methods find out an optimal solution to this problem, these methods can not be applied in practice (McKoy and Egbelu, 1999). 'fhough heuristics and artificial intelligence approaches find out good solutions, these don't tnake sure optimal solution (Aydtn, 1997). In practice, heuristics and artificial intelligence approaches are often preferred (Fortemps, 1997~ Lee et al., 1997, Holthaus and Ziegler, 1997). There are a lot of studies about scheduling (Fortemps, 1997, Amar and Xiao, 1997); nonetheless there are a lot of problems that are unsolved. One of those problems is that high level of lead time that stems from different minimum production size of machine at the job shop. Aim of this study is to process the parts, which come very often at slack machines for reducing lead time. This is the one of the basic aims of job shop scheduling.

21


Reducing Lead Time Using Fuzzy Logic at Job Shop

The most important problem in new approach is that which parts should be processed at slack machines. This problem can be solved by decision tnechanisms that make new method easy to achieve its aim. This decision mechanism was named as Assignment With Fuzzy Logic (A WFL). The factors that affect the designation of A WFL are minimum production size, level of WIP belonging previous operation, order frequency, load size of next machine, and level of WIP belonging related operation. AWFL calculates the priority value revie\ving up factors stated above. The part, whose priority value is maximum, is assigned to slack machine for to be processed. In this paper, simulation was made at the job shop that has 15 machine and 50 orders to compare AWFL approach with traditional priority rules. Simulation results showed that new approach reduced the average lead time between 27.89% and 32.36o/o according to scheduling with traditional priority rules. This study c~nsists of five sections. Section 2 presents information about fuzzy logic; section 3 presents inforrnation about AWFL. In section 4, simulation was presented for both A WFL and priority rules scheduling. In section 5, sin1ulation results and conclusion were presented.

11. FUZZY LOGIC Lotfi A. Zadeh ( 1965) improved fuzzy logic. In a decade since from Zadeh 's paper, a lot of theoretical studies relating to fuzzy logic were made in USA, Europe. and Japan. From middle 1970's to now, the biggest success that is related to applying fuzzy logic in practice is belong to Japan (Ross, 1995). Fuzzy logic is a technique, which concern with statistical and uncertain vague source. Fuzzy logic was found on fuzzy set theory (Zhang and Huang, 1994). Fuzzy set theory provides a natural platfonn to model fuzzy relationships such as " a little bit" and "too much" (Dundar, 1996). The basic elements of fuzzy logic can be presented fo 11 ows: - Fuzzy Set: A fuzzy set M of the universe X is characterized by a membership function 1-lM which takes its value in interval [0, I]. This new set can be called a fuzzy set because the membership of an element x to this set is vague and imprecise. - Membership Functions: Membership function is used to define value of variable in fuzzy set. The value ~M is called the membership function.

- Fuzzy Operators: Fuzzy operators cany out logical relations among fuzzy expression. Here, IF THEN rules are used like expert system. - Fuzzy Inference: Fuzzy inference maps an input space to an output space (Yu et. al., 1999). The prilnary mechanism for doing this is a list of if-then statements ' called rules, which are expressed in the form

22

If (antecedent) then (consequent). In general, there are five steps in a fuzzy inference syste1n: ( 1) Fuzzification of the input variables; (2) application of the fuzzy operators (AND or OR), if any, in the antecedent; (3) implication from the antecedent to the consequent; (4) aggregation of the consequences across the rules; and (5) defuzzification.

Ill. PROPOSED STUDY A. Definition of Examining Problem At the job shop scheduling, tninimum production size

of machines are different from each other. Whereas 200 units order can be opened to some machine, 5000 units order can be opened another. This case increases lead time. This situation can be explained V\'ith an example as follows: Suppose 300 units order from part A arrived. Part A is processed at machines K, X, Y, and z respectively. Mini1num production sizes of part A that are opened K, X, Y, and Z are 7000, 3000, 300, and 200 respectively. The level of W lP is zero. In this situation, operational part sizes of part A which should be processed K, X, Y, and Z are 7000, 3000, 300, and 300 respectively. As seen from example, the level of WIP waiting machines KJ and ./Y are 4000, and 2700 units respectively. As understood from this example, lead time is very big. In practice, due the fact that order arriving is stochastic and utilization of rnachines are changeable, average machines utilization is about 60o/o at the job shop. Sotne machines may be slack; the outers have a lot of jobs.

B. AWFL New n1ethod itnproved in this study find out a different solution to problem stated above. With new method, the parts coming very frequently and that has enough WIP are processed at slack machines so that lead time reduces. As stated earlier, the fact that there are a lot of machines and orders make finding optimal solution to scheduling problem difficult. In view of the fact that new method increases the problem existing at the job shop, it can't be implied effectively. In this paper, fuzzy logic was used so that new method can be used effectively at real job shop condition. The fact that which parts should be processed slack tnachines is very important problem. This one can be solved a decision mechanism that make new method easy to achieve its aim. This mechanism was called A WFL. The factors that affect determining AWFL can be stated as follows:


E.GUndogar, Y.M.Canbolat

• Minimum production size of machine: This shows units of minimum production size of machine. If number of part to be processed is less than minimum production size, it can't be assigned to slack tnachine. • Level of WIP belonging previous operation: At the slack machine, WIP belonging previous operation, which equal or bigger than minimu1n production size can be processed. • Order frequency: It is necessary that parts coming very frequently should be processed at slack rnachines. The value of order frequency was calculated as average weekly production size for simplicity. • Load rate of next machine: One should pay attention load rate of next machine that process part. For simplicity, the load rate of next machine was calculated as the total operation time of the parts waiting for to be processed at the next machine. • Level of WIP belonging related operation: AWFL, viewing the WIP level of related operation, give priority to the part that has minimum WIP. In AWFL; fuzzy logic calculates the priority value viewing the factors stated above. The part, whose priority value is maximum, is assigned to slack machine to be processed. Simulation of A WFL was made at Matlab 5.0.

.~

I I

I I

I

.

.

!,~··:

Figure2: Membership functions for output variable (priority value)

•:"'u•-~---·~·--·~•

. .-·_..-,,. .-_.--.. . .- -..

;

little

very}ttle

$

..

-·--J very.ych i

-~---·~-·_,..---•-·••---~-·-

middle

much

-

"~ .:;.... ,. ~

)

.~

i

i. . !

i

\ I

.i: :.•' ">'~ ·r. . . ;.:. '../

.. ... ,'-/ ~

::

·.•. .:\

•,·

'·'

:

\I

.' .

.

~

:

\i

~:

·: -~

-

.

;"'~...

.

.

'

...

..< . , :·)1 :

# .• "';

•! ';,:::"11, ;

. ..

.... J,:

Figure 3: Membership function s for load rate of next machine -

_

......"--:'_ - · - - ·--i-·. ...

..

.-...... , .... ----··~·-· .... ·- :'_ ..........__. ow·- -···y··--..

mt~h

midd!e

rrttte

'[\ '

~

\

..... "' : ...... ....,, : ~

, !

C. Construction of Fuzzy Inference System

I

I

. I

!

In AWFL, Mamdani Type fuzzy inference system vvas used. "M 1nitnum" was used as ''AND" operator, ''tnaximum'' was used as "OR" operator, "m inimum'' was used at '~imp li cation stage", "maximun1" was used '' at the "aggregation stage", and ''weighting central" was used at "defuzzifacation". System consists of 5 inputs, 1 output and 29 rules.

·!

,,~----~--~--~--------~----~-~ .,.,_,.!_.,,,... ,_ ..

....

: . , , , , , , , , , , , . . . ,• ._,.,,

oooo

of O<loooouo•oo

Membership functions for 5 inputs and 1 output were shown in figures. Minimum production size, WIP belonging previous operation, WIP belonging related operation (Figure 1), and priority value (Figure 2) consist of "very )ittle", "little", "middle", "much", very much" variables. Load rate of next machine (Figure 3) and order frequency (Figure 4) consist of "little" "1niddle, ' ' "much" variables. In this study, all of the membership functions consist of triangle function.

'''

, , , , , , , , ; ,_ _ . oo

-·-·

...:

,,,,Ho•ooonouoo.-o,.oo••••·•••ouoo.,...oo•o ,.,.,,,,...,.;,,.. , _ _ _ , , . . , , ,

..•-::n..

~:·.

~

\oo•\;

Figure 4: Membership functions for order frequency ,. • • • • •

u

r······ .

..........

·······~············

..···:····...

littie

········~····

..........._. . . :.................;-·····-··········:···· . . ·········· ,................. ··········-··! ;-~

mtddle

tnlkh

;\

"'1

!\

I

!

D. Construction of AWFL's Membership Functions

•·

l 0, ·~ o,; ,_,.I·~

:s

/'~ .!

~

/~

I

./"""

: ~

.!!

I' j

I

--'-----l.----:---~-...,--~__...::.,.----r--~----4~ .........

r- ;-- - ··-· ~

'·'

••

.~-..

·.

-

____f..,..._

_...i_ _____...:, ______ ._t.__.~·-·""'-~---··...!..,·

'

.:.~ ~,

1'.~

:.......... _.,.., _ _ ;

,:; ...,

:t": I .._..

IV. SIMULATION In this study, simulation program was written in Matlab 5. 0 to compare with traditional priority rules and AWFL method. The general characteristics of job shop are follows: Scheduling was made as dynamic, forward and finite capacity. There are 15 different machines and 50 different parts whose operations numbers are between 3 and 6. Order arriving is stochastic. Simulation time is

Figure I: Membership functions for inputs with five variables

23


Reducing Lead Time Using Fuzzy Logic at Job Shop

Table 1 Simulation results

Priorit FCFS y rules Lead Times (days)

10.08

FCFSAWFL

7.04

CR

CR-

EDD

AWFL 6.65

9 .83

EDD-

MINSOP

AWFL 10.08

7.11

9.93

MINSOP- SPT

SPT-

AWFL

AWFL

7.16

9.29

6.44

------~-------路----

-0

12 ~ 10 ~ 8

6 "C

('(1 Cl)

....J

4 2 0 (j~

'

t

~v

Approachs

l

Fig. 4

WIP comparing with priority rules and AWFL

REFERENCES 2400 hours. Simulation conditions of priority rules

and AWFL are the same. In this paper, siinulation was tnade for both traditional priority rules such as FCFS CR EDD ' ' ' MINSOP, and SPT and A WFL approach such as FCFSAWFL, CR- A WFL, EDD- AWFL, MINSOP- AWFL, and SPT- A WFL.

V. CONCLUSIONS Simulation results were presented at Table 1. As understood from Table 1, AWFL approach reduced the average lead time between 27.89o/o and 32.36% according to scheduling with traditional priority rules. Simulation results proved that AWFL approach showed better results than traditional priority rules did. Lead time comparing with A WFL and traditional priority rules was presented at Fig. 4. New approach can be used a lot of aria such as calculating priority value, solving some problem occurring Just In Time (JIT) and Flexible Manufacturing System (FMS), measuring performance.

24

AMAR, A.D. and XIAO, B., 1997, "Scheduling on a

bottleneck station: a comprehensive cost model and heuristic algorithms", International Journal of Production Research, Vol. 3 5, No. 4, ss.1 0 I 1-1030. AYDIN, Mehmet E1nin, 1997, Zeki Etmenlerde Ogrenme Kabiliyetinin Geli~tirilmesi ve Bir Dinamik Ato1ye Tipi Cizelgeleme Uygulamas1, Doktora Tezi, SAU Fen Bilimleri Enstitusu, Adapazar1. CHASE, Richard B., AQUILANO, Nicholas J., JACOBS, F. Robert, 1998, Production and Operations Management: Manufacturing and Services, McGraw-Hill Companies. CUSTODIO, Luis M.M., SENTIEIRO, Joao J. S. and BISPO, Carlos F. G., 1994, "Production Planning and Scheduling Using a Fuzzy Decision System", IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 10, No. 2, 160-168. DUNDAR, M. Fahri, 1996, Bulan1k Kumeler ve Endustri Muhendisligi Uygulamalan, Yuksek Lisans Tezi, iTU Fen Bilimleri Enstitusu, istanbul. FORTEMPS, Philippe, 1997, Job Shop Scheduling with Imprecise Durations: A Fuzzy Approach, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 5, 557-569. GUNDOGAR, Emin, 1991 a, Atolye Tipi Uretiin icin Moduler Cizelgeleme ve Kontrol Paketi, Doktora Tezi. ITU Fen Bilimleri Enstitusu_. istanbul.


SAO Fen Bilimleri EnstitusU Dergisi 4.Cilt 1. ve 2.Say1 (2000) 25-27

ZEMiNLERiN KIVAM LiMiTLERiNiN BELiRLENMESi ..

..

..

ZEKIGUNDUZ ln§aat Miihendisligi Boliin1ii, 8'akarya Oniversitesi, Esentepe Kanzpiisil, . 4 dapazarz

OZET: ince daneli zeminlcrin smtflandmlmasmda~ zeminin sahip oldugu ktvam limitlerinin degeri onemli bir faktordiir. Sl1Ufland1r tna i~lerni: bu limitlerin plastisite kartmdaki konmnlanna gore yapllmaktadrr. Klvam limitleri incc dancli zenlin grubunda yer alan kil ve siltlere ait olan bir ozelliktir. Ancak bu lunitlerin 61Qiilmesi ile ilgili standartlara baklldJ.gtnda ol~iim i~lerninin 40 nolu elegin altJna ge9cn malzeme ile yap1ldlgt goriihnektedirll]. Bu clegin altma ge9ebilen zenlin grubu i9ersinde ince dancli zetnin yamnda iri daneli saVIlan kum daneleri de ver alma.ktadlr. Bu 9ah~1na ile 40 nolu elcgin altma gec;en ince kum danelerinin~ klvam limitlerinin olyiimiinde etkilerinin olup oln1adlgi ara~tlrumaktachr. ~

Uluslar aras1 90k yayg1n olarak kullan1lan U.S.C.S sinrfland1 •ma sisteminde ve i.ilkemizde Tiirk Standartlanna giren slillflcmdrrma sisteminde (T. S 1500) zeminlerin suufland1nhna kriterlerinde; zeminlerin dane dagllnnlan ilc klvam limitlerinden likit limit ve plastik linrit degerleri kullanllinaktadrr[2]ve[3]. ince daneli zeminlerin dane dagllunlan i~in tslak analiz metodu kullamlabilir. Ancak bu deney sistemi i9ersinde deneyin sagllld 1 ytin1tii1mesi olduk~a zor ve zahmetlidir. Bu nedenle incc daneli zeminlerin snnflandmlmas1 i<;in k1vam limitlerine dayah plastisite kartmdan istifade edilmektedir . Sekil -2 de gosterilen plastisite kartinda kullamlan parrunetrelcr PI ve LL: zetninlerin likit litnit vc plastik limit degerlerindcn clde edilmektedirlerf2] . 70

I.

GiRiS

!lVN

PI

1

Plastik

Y.Kau

· Y.Likit \\'

SL

PL

LL

Sekil-1 irice Daneli Zeminlerin Ktvam Limitleri

.......

U-hattl

so

/

, -PI= 0.9 (LL- 8)

~

·-... .

"

CI'J

·.....·-

I

40

"

~

30

Cl) ..... (/)

~

_,/

20 CL-ML ~/

~

~

10

.x-

_\.

0

/.

0

J

~·--·

10

/

V

20

V"

30

/

/

."

/

V

i"

CH or

//

"'0 ,...

.....

I

//

60

Klvam limitleri; ince daneli zeminleri tarumlayan en onetnli paratnetrelerden biridir. ince daneli zeminlere ai t bir9ok ozellik bu parametrelere baglanarak ifade edihnektedir. Bilindigi iizere ince daneli zemin grubunda ycr alan kil ve siltler btinyelerine su almakta ve aldlklan bu su nliktan ile ilgili olarak degi~ik lavamlarda bulunmakta ve bulunduklan ktvamlarda farkh da'\'Tam~lar gostermektedirler. Biinyelerinde bulunan su tniktanna gore Sekil-1 de gorilldiigu gibi 90k kat1 lavamdan aklc1 lovama kadar degi~ik fazlarda olabilmektedirler. Bu durum iri daneli zeminlerde soz konusu degil.dir[2].

Kati

v'

···-_/

'f:L or OL_....

/

/

L

V

PI= 0.73 (LL- 20)

MH

ML or OL 50

/

A-hatt1

/ 40

V

V--

or

OH 60

70

80

90

100

Likit Limit, LL

Sekil-2 ince Daneli Zeminler i~in Plastisite Kart1 Soz konusu bu klvam limitlerinin tayini icin kullamlan standartlara baktldtginda (T.S 1900 ve ASTMD-423) deneyde kullamlacak zemin orneginin 40 nolu elekten (400 mikron) elenerek elde edilmesini ongorn1ektedir[1~2,4] . U.S.C.S Ye TS 1500'e gore yapllan slillflandrrma sistemlerinde ince daneli zeminlerin en biiyiik boyutu 80 mikron olarak belirlenmektedir. Halbuki yliriirliikteki standartlara gore ktvam limitleri deneylerinde kullarulan (400 nlikrondan daha kii9iik boyuttaki zen1in ornekleri) zc1nin nwnuneleri ince daneli zemin olan kil vc silt yan1nda ince kum danelerini de ihtiva etmektedir. Bu nedenlc ince daneli zeminlere ait bir ozelligin Olyi.itni.i Sirastnda ortamda kaba daneli zemin grubu olarak nitelcndirilcn ince ku1n danelerinin bulunmasJnin bir 9cli~ki

25


Z.GUndUz

dii~iincesi ortaya ~tkmaktadrr. Bu ~eli~kinin ara~tmlmast incelemeye deger bulunarak konu ile ilgili bir seri deney prograrm geli~lmi~tir.

yaratabilecegi

KonU)'u a~lkhga kavu~ i~in farkl1 kokenli ti~ ayn ince daneli zemin omekleri baZJrlanarak bun1ann i~ersine degi~ik oranlarda dane boyutu 80 mikron ile 400 mikron arasmda olan ince kum daneleri iki ayn grup balinde kan§tmlarak kan~unlarm likit limit ve plastik

Deney Yontemi ile

Koni Yontemi birlikte kullarulml~trr. Numunelere yeteri kadar su verildikten sonra 24 saat beklendikten sonra 20° C sabit stcakhkta dcneyler ger~ekle~tirilmi~tir. Deneyler sonucunda elde edilen likit limit degerleri iizerinde ince kum danelerinin boyut ve miktarlanmn etkisinin gorillmesi i~in orijini farkh her zemin cinsi iQin~ •

limitleri ol~iihnii~. Elde edilen sonuc;lar kendi i9inde degerlendirilmeye allnmt~.

II.DENEYPROGRAMI

ger~ekle~titilmi~tir. •

bagmnlan c;izilmi~tir. Elde edilen sonuQlar Sekil- 3., 4 ~ 5 de verilmi$tir.

Ill. ZEMIN

AKYAZI SiLTiNDE iNCE DA.NECiNSif IVIiKTARI-LiKiT LiMiT iLi~KiSi 50

I

45

II

40

35

""'

30 •

LERININ HAZIRLANMASI

Kum danelerinin boyut ve miktar1n1n likit limit ve plastik limit degerlerinin ol9iimiindeki etkisini ortaya koyn1ak i~in dane boyutu 80 tnikron ile 400 mikron arasmda kalan yeterli miktarda iki ayn ince kum nllmunesi hazulamru~rr. Bu kum numunesi gruplarm dane boyutu; 40-100 ve 100-200 nolu elek arasmda olacak ~ekilde se~ilmi~lcrdir. Bu kum numuneleri etiivde 105° C de kurutulmu~tur. •

Ince daneli zeminin cinsi nin de ne ~ekilde etkilendigini de ara~trrn1ak icin farkh kokenli 3 ayn zemin cinsi kullamlnu~trr. Bu program ~er~evesinde Sakarya ~ run Serdivan, Akyazt ve Taraklt bolgelerinden ahnan orijini ve plastisiteleri farkh zemin numuneleri almtm~trr. Orijini farkl1 olan bu zemin numuneleri 200 nolu elekten ylkanarak elek altina ge~en klsnun a9Ik havada kurutulmu§tur. Bu ~ekilde olduk~a zahmetli bir tarzda deneylere yetecek kadar boyutu 80 mikrondan kii~iik zemin numuneleri hazrrlannu~trr. Bu ~ekilde orijini farklt 3 ayn ince daneli zemin nwnunesi elde edilmi~tir. Yukar1da belirtildigi ~ekilde hazrrlanan ince daneli zemin omekleri i9ersine farkh boyuttaki ince kum daneleri agrrhk~a degi§ik oranlarda (o/o0-%250) kart~trrilarak deneyler i9in oldukc;a fazla say1da farkl1 numuneler hazrrlannu~.

25

I I

I I

I

I

....

~

T I

-

I

• No: 40 - 100 Aras1 Kun1

10

No: lOO- 200 Aras1 Kum

5

l

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

K UI\I KATKI ORANI 0/o

Sekil-3 Akyaz1 Siltinde Likit Limit- incc Kum Katla oraru ili~kisi

SERDiV~L\N KiLiNDE iNCE DANE CiNSi/ l'vliKTARI-LiKiT LiMiT iLi~KiSi lOO 90

80 . 70 .

No: 40- 100 Aras1 Kum No: 100- 200 Aras1 Kum

i\'

60

....... ...

50

'Ill

40 30

~ ::t:: -

~

20 10

I

I

0

IV. DENEYLERiN YAPILMASI

26

• '*

20 15

0

Hazrrlanan farkh kan~nnlar iizerinde TS 1900/ 1987 uyarmca likit limit ve plastik limit deneyleri ger~ek.le~tirilmi~tir. Likit limit ol~limlerinde Casagrande

LL - ]nee Kum Katlasz Cinsi I ]nee Kum Katkzsz Yuzdesi

Yukartda anlatJ.ldlgt iizere ince daneli zeminlerin likit limit ve plastik limit degerlerinin ol~iimiinde dane boyutu 400 mikron ile 80 mikron arastndaki kum danelerinin hem boyut ve hem de miktanrun etkisinin

olabilecegi belirtilmi§tir. Zeminlerin likit ve plastik limitlerin ol~iimii ile ilgili standartlara gore hazrrlanan numuneler i~inde mevcut olabilecek kum boyutundaki danelerin boyut ve miktar etkisinin ara~tmlmas1 iQin bir seri deney prograrrn hazrrlannn~ ve ara~tirma bu ~ekilde

Dti~en

20

40

60

80

---

I

100 120 140 160 180 200 220 240 260

KUM KA TKI ORANI 0/o

~ekil-4

Serdivan Kilinde Likit Limit- ince Kum Kat.lo oraru ili~kisi


Zeminlerin K1vam Limitlerinin Belirlenmesi

_j'

45

40

35

~

'\

30

l

[1] TS 1900 ' in~at Miil1endisliginde Zemin Deneyleri' Tiirk Standartlan Enstitlisti, 1987, Ankara

_t

[2]

Braja M., "Principles of Foundation Engineering' PWS Publishing Company, Boston, 1995

No : 40- 100 Aras1 Kum :No: lOO- 200 ArasJ Kum

~ ~ .......

Das.

I •

~

25

l

I

I

T ARAKLI KiLiNDE i NCE DANE Cil'Si/ MiKT ARI-LiKiT LiMiT iLi~Kisi 50

I

VII. KAYNAKLAR

[3) TS 1500 ~~at Milllendisliginde Zetninlerin Stmflandmlmasl' Tiirk Standartlan Enstitiisil 1987.,

-.

20

Ankara

15

10

5

I

0 0

20

40

60

80

[4] Head,K.H. , "Manual of Soil Laboratory I' Pentech Press." 1981

J I

100

120

140

160

KUM KATKI ORANI o/o

Sekil-5 Tarakh Kilinde Likit Limit- Jnce Kum Katk1 oraru ili~kisi V. SONUCLARIN ANALIZI

Yukartda ac;lkland.Igt iizerc hazulanan farkl1 kart~nnlar tizerinde yaptlan likit limit deneylerinin sonu9lar1 incelendiginde giri~ boliimiinde ortaya konan tezin hakhllguu ortaya koymaktadrr. Soylcki ~ orijinleri farkh olan ince daneli zeminlerc degi~ik oranlarda danc boyutu 400 mikron ile 80 mikron arsmda olan ince kum danelerinin kaulmast halinde kan$1ITia ait zeminin likit limit degerini azalunaktadu. Bu azalma aynt orijinli zenlinin likit linrit dcgcrini artan kurn oraru katktstyla azaltmakta ve hatta ince danelerin ger9ekte sahip oldugu plastisite degcrinin sll1lf1ru degi~tirebilecck bir goriintil ortaya koymaktadrr. Serdivan orijinli katk1s1z kil omeginde kilin plastisitesi yiiksek plastisite olmas1na kar~l11k ortama konan ince kutnla yaptlan kar1~un sonucu elde edilen kart~ttn zcminin ol9illen plastisitesi dii~iik plastisite smtfma ge9ebilmektedir. VI. T ARTISMA

Klvam limitlerinin ol~iimfulde 400 mikrondan (40 nolu Elek alt.I) kii~tik zemin omeklerinjn kullarulmas1 snuflandmnada bizi yukanda a9Ildanan nedenlerden dolay1 yantlttcl sonu9lara gotiirebilecektir. Kun1 danelerinin kil ve siltlerde oldugu gibi btinyelerine su altnadiklanndan; btinyede bulunan kum daneleri ortamm ak1c1 klvama ge~meleri i~in gerekli su ihtiyactm diger bir ifade ile likit limit ve plastik limit degerini onemli 6l¥iide azaltmaktadrr. Deneyler etkinin; katilan kum danelerinin boyutu ve miktan ile ili~kili oldugurtu a91k bir ~ekilde ort.aya koymaktadrr. Bu nedenle likit limit vc plastik limit olviimlerinin 200 nolu elek altJ.na ge9en ince daneli zeminler iizerinde yapllmas1 yukanda a91klanan olumsuz etkileri ortadan kaldrracaktrr.

27


28


SAU Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi 4. Cilt 1. ve 2.Say1 ( 2000) 29-33

SOGUTMA YiJKU HESAPLARINDA KULLANILAN iC VE DIS YiJZEY ISI

DENGESi HESAP Y0NTEMLERiNiN KARSILASTIRILMASI F. HALICI & Y. iSLAMOGLU Sakarya Oniversitesi, Aluhendislik Fakaltesi, Al/akina lvfuhendisligi Bolumu Esentepe Karnpusu, Adapazarz

OZET

Binalarda sogutma yiikiinii hesaplamak i~in, binarun di~ ylizeyindeki her elemandan, t~llllffi ve ta~lillm yoluyla olan ISI degi~imlerinin, yap1 elemanlanndan iletimle olan 1s1 ge9i~inin, i9 yiizeylerin tiin1iinde 1~munla olan 1s1 ge~i~i degi~irnlerinin ve i~ yiizeyler ile bolge havas1 arasmda ta~llllm yoluyla olan 1s1 ge9i~inin hesaplanmas1 gerekir. Bu 9ah~mada yapt elemamrun gerek i9 yiizey gerekse d1~ yiizey i9in genel1stl denge bagint:llan, i9 ve di~ yiizey 1s1 dengelerine etki eden faktorler a91klanarak 91kanlnn~. Is1 dengesi bagmttlannda bu1unan terimler i9in geli$tirilen 9e~itli yakla~unlar hakkmda bilgi verilmi~ ve duyulur sogutma yli.kii oranlan i<;in onerilen yakla~unlar degerlendirilmi~tir.

oldugu ve yayth 1~1rnm yayd1g-I ve duvarlardan bir boyutlu 1st ge9i~inin oldugu kabul edilir[l,3]. ll.

iC YUZEY ISI DENGESi

II-I. i~ Yiizey Kontrol Hacmi •

I9 ylizey kontrol hacminde; yapt elemanmdan olan iletim, havaya olan ta~lilllll, klsa dalga boylu 1~1n1m yutma ve yayma ve 1si1 bolge i9erisindeki ylizeyler ve cisimler arasmda uzun dalga boylu 1~mun degi~imleri dikkate almrr (~ekil 1). Ktsa dalga bolu l~tntrn, dikkate altnan bolgeye pencerelerden giren gfule~ tsrnum ' 'e elektrik lambast gibi i9erdeki kaynaklardan yaYJ.lan 1~nurndrr. Uzun dalga boylu t~mrm degi~mleri ise, dikkate alrnan bolgenin dl~tndan olan bolgeler, cihazlar ve insanlar gibi, du~iik stcakllk I~tmm kaynaklanndan meydana gelir.

I.GiRiS -:'. .

Is1 dengesi yontemi!' binalarda eneiji all~veri~ini tarurnlamak i9in kullarulan temel bir yontem olup, sogutma yiikiirril hesaplamak amactyla, belirlenmi~ olan bir bolgeye, dogrudan tei tnodinamigin birinci kanununun uygulamnas1 esasrna dayarur. Bu yontemde, temel ISl ge9i~ ~ekilleri olan iletim, ta~lillffi ve 1$uumla ISI ge9i~leri aynt anda dikkate ahnrr[1,2]. Is1 dengesi yontemi, dt$ yiizey tst dengesi, duvarlarda ISI iletirn~ i<; yiizey tsi dengesi ve hava 1s1 dengesi olmak iizere birbirinden farkh dort farkli yontemin bir araya getirilrnesiyle fornriille~tirilmi~tir. Bu tsil dengeler, bolgenin toplam ISitma ve sogutnm yiikiiniin hesaplanmas1 maksadlyla, 1stl bolgenin btitiin yiizeyleri dikkate almarak 96ziilmelidir [1]. Bu 9ah~mada daha 90k i9 ve d.I~ yiizey ISI dengeleri fizerinde durulmu~tur.

Is1 dengesi yonteminde, 1si1 bolge i9inde bulunan havanm diizgiin stcakllk dagtlurunda· oldugu kabul

: : :

• • ••

.: .• . • ..•• .•••

.••~

.: ...... ~ek.il 1.

..,

.:

.

:

=----------.

. ••

qta~

.. .

l9 yiizey kontrol hacmi

ylizey tst dengesi bagnttist~ i9 yiizeydeki biitiin 1st akllanrun toplammm stfira e~itlenmesiyle elde edilir. Kontrol hacmi sadece yiizeyin kendisi oldugutld~

ic;

eneiji dengesinde depolanan eneijiye kar~1hk gelen terim yoktur. Bu durumda i9 yiizey 1St dengesi bagutt.Ist asa~daki gibi olur. q"k+q"KD +q" gilil+q" UDY +q" UDK +q" ~-o

(1)

edilir. Aynca oda duvarlanrun (pencereler,duvarlar, do~emeler vb.), yayth yiizey s1cakhklannd~ butiin yiizeylerin diizgiin UZ1lll ve klsa dalgaboylu 1~1ruma sahip

29


Sogutma YUkU Hesaplannda Kullantlan

ic; ve D1~ YUzey lsa Dengesi Hesap Yontemlerinin

Il-II. i~ Yiizey Ist Dengesinde Temel Etkenler I.

T~1111Il1:

Bir yapt elemam U.zerindeki hava akurundan dola)'l~ normal olarak dogal ve zorlamn1~ ta~mnnm her ikisi bir arada bulunur. Ta~lfllm ile ilgili olan ~ar, yilzeyin (duvar, tavan, taban) konumuna, yiizey puriizliilugiine, yaytct yerlere, giine~ 1~mmuna vb. bagh olarak degi~ir [2].

ktsnuru 1sll t~llllill olarak yayarlar, fluerosan Iambas1 ise eneijinin biiyiik bir klsrrnm havaya ta~liU1ll yoluyla verir. Elektrik lambalanndan olan klsa dalgaboyhi 1~uumm bolge i9indeki btitiin yiizeylere daglldl~ kabul edilir[2,3]. Klsa dalgaboylu I~1ll1Ill dagumurnn duyulur analizi i9in " Klsa Dalgaboylu I~mun Dagunn Oram", insanlar, elektrik lambast ve ekipmanlardan olan I~lilliil dagllmunm duyulur analizi i~in ise "I~lilliil!Ta~1ntm Oram"

Is1 ta~1n1m katsaytst, dogal ve yapay bir ~ekilde olan hava akl~mm karma~lk bir birle~iminden ol~ur. Dogal tst ta~l111IIll, normal olarak laminer ve tiirbillansli olarak tarumlanan farkh ala~ tiirlerinden olu~mu~ hava i9erisindeki tstl farkhhldardan dolayt meydana gelir. Zorlaruru~ ta~mrm katsaytlan daha 90k oda ve yay1c1 geometrilerine baghdrr. Is1 ta~llllm katsa)'ISI he olmak iizere, ta~lillnl yoluy la ge~en 1st aklst a~ag-Idaki bagmn ile ifade edilir. (2)

II. I~trurn: I~mun yoluyla 1s1 ge9i~inde, ta~mun ve iletim yoluyla olan tst ge9i~lerinin aksine, aract bir ortama gerek yoktur. iki yfizey arastnda olan net t~mnn ytizey sicakhklanna, yiizey ve 9evre arasmdaki geometrik ili~kilere, ve yiizeyin malzeme ozelliklerine baghdrr [1,2]. Giine~

ve elektrik lambast gibi yUksek s1cakllkll ka)naklar klsa dalgaboylu olarak, insanlar, duvarlar, ve diger bir9ok ekiprnanlardan olll}an du~iik s1cakWdt kaynaklar uzun dalgaboylu I~trum yayan kaynaklar olarak kabul edilir. Elekrik lambast gibi bazt kaynaklar 9evrelerine uzun ve lasa dalgaboylu I~trumm her ikisini de yayarlar [2]. Fenestrationdan olan klsa dalgaboylu l~Imm: Gtine~ t~mum 1sll l$Immdan farkh olarak dii~tiniilmelidir. <;tinkii klsa dalgaboylu giine~ 1$llllllll i9in malzeme ozellikleri, uzun dalgaboylu giine~ I~tnnru i9in malzeme ozelliklerinden tamamen farkhdrr. Pencereler lSll bolgeye eneijinin ge9i~ini saglarken, ayru pencereler 1sll bolgeden enerji kaybtna da sebep olurlar. Bina ic;inde herhangi bir bolgeye giren giine~ I$tmm1, bolge ic;indeki ytizeyler ve mobilyalar tarafmdan yutulurlar ve yutulan eneijinin bir lasm1 I~llllm yoluyla yayihr diger bir lasllli ise ta~lillffi yoluyla havaya ge9er. Gu.ne~ I~ll11Illl kan1n9lan kapall bOlge i9indeki biiti.in ytizeylere dagildigt kabul edilir[2,3]. Fenestrationdan olan la.sa dalgaboylu I$Irnmdan olan duyulur sogutma yiikii ic;~ "Fenestrasyondan Giine~ I~lillnu Daguun Oraru" yakla~rnu [2] uygularur. i9erdeki kaynaklardan olan ktsa dalgaboylu 1~1111I11: Elektrik lambas1 gibi i9erdeki baz1 kaynaklar, bOlgeye hem uzun hem de lasa dalgaboylu 1~1mm yayarlar. Toplam I~lill.ffi kazanc1, goriinen ve tsil 1~1111m olarak aynlmaktadrr. Akkor olan lambalar, enerjinin btiyiik bir

30

Kar~lla§ttnlmast

yakla~mu

[2] kullarulrr. •

Bolge i9indeki kaynaklardan olan uzun dalgaboylu 1~mnn: Elektrik lambast, insanlar ve. ekipman gibi i~rdeki kaynaklardan olan uzun dalgaboylu ~liDm toplam eneijinin belli bir yfizdesi olarak ifade edilir. Bu kaynaklardan olan tSI l~trumJnJn binarun bfttiin elemanlanna yay11d1g-t kabul edilir. Is1 dengesinde I~llllill miktan hesaplanacaksa, kapab bolge i9erisindeki biitiin ytizeyler i9in uzun dalgaboylu 1~1mm degi~imi hesaplanmahdrr[4]. Ekiprnanlar ve kapah bolge i9erisindeki biitiin yiizeyler i9in ~ekil katsa)'lSI hesaplanmahdrr. Yiizey stcakhgt ve ~ekil katsaytsi bulmak zor oldugutldan ekipmanlardan, ele1.1rik lambalanndan ve insanlardan olan I~mun degi~imini hesaplamak zordur. Bundan dola)'l " I~lllliil.! Ta~num Orarn" ve "Klsa Dalgaboy I~trum Yaythm Oraru" yakla~tmlan ile pratik 90ziim elde edilir.

Kapa1I bolgedeki )iizeylerden olan uzun dalgaboylu 1~mun degi~imi: Her yfizey i9in yayma ve yutma katsaytlan stcakhk, a91 ve dalga boyunun ~lk bir fonksiyonudur. Ancak binalarda 1stl yUk hesaplamalannda a~a,gidaki kabuller yapthr: •

Biitiin yiizeyler gri.. dagttlcl ve yayma katsa)'lSl

stcakh.kla sabit Yayilan ve yansrulan l~lDlmlar yayll1 olarak dagurr, Her yiizey sabit ~Icakllkta, Her yiizeyi terkeden 1st aklst diger ytizeylere e~it olarak dagi11r ve Kapah bOlgedeki ortam I$muna kafllmaz. ,

• • • •

Yukanda verilen kabuller dogrultusunda, 1stl veya uzun dalgaboylu 1~1rum a~~da verilen yakla~nnlar yardtmiyla hesaplanabilir[2, 5]. • • •

• • •

Tarn ~ekil katsayth diizgiin giden I~lilliil (unifottn radiosity), Tarn ~ekil katsayt..l1 Hottel'in toplam gri cisim i9degi~hn faktorli (F), Yakl~J.k ~ekil katsayth Hottel'in toplam gri cisim i9 degi~im faktolii (F), Ortalama radyant s1cakhk ~T), Denge halinde ortalama radyant s1cakltk (MRThal) ve Ag halinde ortalama radyant stcakhk ~Tnet).


F.Hallct, Y.islamoglu

Ill DI~ YUZEY ISI DENGESi

q "t~ == hc.(To-Tso)

(5)

D1~

ylizey 1s1 dengesi hesaplannda, daha once yapllan kabullere ilaveten ~a~da sualanan kabullerin de yapllmast gerekir[ 1].

Uzun dalgaboy yazllabir.

Yaytctllk: Herhangi bir yiizey i9in spektral yaythm biraz karma~ olup hesaplamak olduk9a zordur. Her bolge i9in kabaca diizgiin bir yaythmm oldugu dii~uliir ve yayictltk uztm ve klsa dalga boylu olmak iizere iki ktsma aynhr.

Elde edilen bagmtJ.lar (3) nolu bagntuda tekrar yaztlrrsa, eh~ yiizey i9in 1s1 dengesi bagi.nt.ls1 a~gJ.daki gibi olur.

Diizgtin ytizey yakla~uru: Sogutma yiikii hesaplarnalannda, i9 ylizey karakteristiklerinin dtizgiin oldugu kabul edilir. Aksi taktirde, renk stcakllk, vb. farkhhklan i9in pratik 90ziirn tekrtigi olmayan 90k parametrenin dikkate almmas1 gerekir. Sonu9 olarak di~taki biitiin yiizeylerin diizgtin bir ta~uum katsaytsrna, stcakhga, UZlll1 dalgaboylu l~lilliil.a ve klsa dalgaboylu t~uuma sahip oldugu kabul edilir. Uzun dalgaboylu degi~im stcakhklan ve $ekil katsaYJ.lan: .Dt~ duvar ile 9evre arasmda ani olarak uzun dalgaboylu 1~1mm degi~imleri olur. Ancak 9evre s1cakh~ ve ~ekil katsayllan stirekli degi~esinden do1ayt genel olarak stcakhklar tahmin edilememektedir. Bundan dola)'l 1s1 dengesi bagtntlsmda uzun dalga boylu I$llllffi miktan tic; losma aynhr: hava stcakltg-I i9in, gokylizu s1cakh~ i~in ve toprak yiizey stcaklt~ i~in degi~im[6] .

I~tntm

terimi ic;in ise

a~gJ.daki

bagmu

"

q ko ==a .It +hc.(fo-Tso)

+ea~a(T: -T.! )+Fgok(T~k -T. )+Fg(T: -T~ )] 4

(7)

Sekil katsay1s1 bir ahnarak (7) nolu e~itlikte ara i~lemler yapthrsa ve hava i~in l~llllrnla 1s1 ge~i~i katsay1s1run dogrusalla~~ ~ekli,

(8)

olmak tizere, ff

q ko = == a . I t + (h c + h r )(To - Tso ) (9)

bagtntlsi elde edilir.

Yukardaki kabuller dikkate ahndtgi!ld~ dengcsi bagi!ltist a~ag1daki gibi olur[l ,3].

d1~

yiizey 1s1

......,. ....... ... ..'' .. . .. :' '

.• ..' .. .•

.

11

--;-~ - -q UDl • •• •

ff

q ko :... l

-·:~

"

D 1~

yiizey

dengesi i9in ve1ilen bu bagmtmm 96ziUebilrnesi i~in It, llc, T o? T gak, Tg, Fgak ve Fg degerlerinin belirlenmesi gerekir. Bu degerler 9e~itli rnodellemeler yarduruyla hesaplanabilir. A;nca sogutma yiikii hesaplamalannda gerek i~ gerek d.I~ yiizey 1st dengelerinin hesab1 i~in birle~ik t~m ta~lllim katsaytst yakla~trru ve dt~ yiizey 1st dengesinin hesaplanmasmda ise, bir9ok makina miihendisi tarafindan tercih edilen giine~-hava (sol-air) s1cakhklan[l] yakla~l1lli da kullarulmaktadrr. ISI

IV. SONU(:LAR ~~kil

2.

Dt~

"

yuzey 1s 1 dengesi

"

"

11

qko = qagiln + qta~ + q tm<;

(3)

Yukardaki bagtntlda her bir terim ayn ayn yazthrsa ktsa dalgaboylu terim i9in,

q ~ ..

a gun

= a

It

Ta~lllim terimi i9~

(4)

Denge halinde ortalama radyant s1cakhk (NIRTbal) ve ag halinde ortalama radyant stcakltk (MRTnet) yontemleri, katsayth diizgiin terkeden I~trum ve tarn ~ekil katsaYJh Hottel 'in toplam gri cisim i~ degi~im faktorii (F) gibi tarn sonuc; vermektedirler. Ortalarna radyant s1cakltk (MR.T) ve yakla~Ik ~ekil katsay1h Hottel ' in toplam gri cisim i9 degi~ faktorii (F) yontenllerinde

tarn

~ekil

ise dengesizlik vardrr. (MTRbal) ve (Iv1R.Tnet) yontemlerinde dengesi:zJik olmadlgntdan ger~k ~oziim i9in iyi bir yakla~lffidtr. Ger~ek ~oziirn yontemleri (unifottn radiosity veya F ), (MR.Tbal) ve (Iv1R.Tnet) yontemlerinin sogutma yiikfule etkisini gostermek amactyla, bu yonternler, duyulur sogutma yiikline uzun dalgaboylu degi~im yontemiyle kar~lla~tmlnu~t:rr.

31


Sogutma YUkU Hesaplartnda Kullanalan

ic; ve

Dt~ YUzey lsa Dengesi Hesap Yontemlerinin Kar~ala~ttrtlmasa

Her iki ~T yontemi i~in toplam veya maksimum sogutma yiikleri i9in bir farkll.hk olamadtg;I, onemli farkhhgm sadece ger9ek ~oziim ile ~T yontemleri arasrnda oldugu saptaruru~trr. 1v1RT yontemleri ile ger9ek ~oziim yontemeleri arsmd~ maksimum yillder i9in farkhhklar, o/o6.88 ile o/o6.97 ve toplam yillder i9in ise %7.58 ile %8.26 arasmda olmu~. ~T yontemleri ile ger9ek c;oziim yontemleri arasmdaki farkh11ldar, bolge geometrisi ve eh~ duvar sayllanndan ka drr. :MRT yontemleri ile hesaplanrru~ yillder ger9ek 90ziim yontemleri ile hesaplannu~ yillderden daima buyilk olmu~tur. Sekil katsayts1n1n tarn olarak hesaplanmadtg-t ~T yontemlerinin kullannm, 路 ~ekil katsaYilanrun kolayca hesaplanamadlgt ger~ek bolgelerin analizi i9in biiyuk avantajlara sahiptirler. Ger~ek bolgeler, ~ekil katsaytsmm dogru olarak hesaplandlg-I mobilya, ekipman, insanlar, elektrik Iambalanndan vb. olu~. :MRT yontemlerinde mobilya ve diger tsll depolaytcl yO.zeylerin etkileri alan ve yayma agrrhkllgt[2] esasma dayanrr. Bu yontemler %10 dan buytik hata ve1n1esine k~m sogutrna yiikii hesaplamalannda tercih edilebilirler. Elektrik lambalan gibi i9erdeki kaynaklardan ve/veya fenestrationdan yans1t1ltru~ ve yaYilnu~ ktsa dalgaboylu I$1nJm dagllinu, ''Ktsa Dalgaboyu I~trum Yaythm Oraru" yakl~1nuyla bulunur. Klsa dalgaboylu t~lillnun dagllmunda a~m degi~imler sogutma yillctine 90k az etki yaprru~. Ortalama sogutma yiikii farkl o/o3.92 ile %1.78 arasmda degi~mekte iken~ maksimum ytik farkl yakla$Ik olarak o/o0.5 ile %2.5 arasmda degi~mi~tir. Elektrik lambalanndan gelen ve giine~en yans1tilan eneiji miktan gene! olarak ~ok fazla degildir ve alan agrrbkh olarak diizgiin bir dagthmdan gelen a~ degi~meler bile sogutma yiikiine onemli derecede etkimez.

sonu9

giine~

dagud1~

t~mnnillln

kabulunun

tamanurun

iyi

bir

tabana(do~emeye)

yakla~un

oldugunu

gostet rnektedir. Sogutma yillderine I~m.unlta~l1llm orarurun etkisini gostettnek i~in '~insanlar, Elektrik Lambast ve Ekipmanlardan Olan I~ffilmffa~unm Oraru" yakla~uru kularuldi. Elektrik lambalan i~in ortalama sogutma ytikti farla yakla~tk olarak o/o5 civannda degi~mekte iken, maksimum ytik farkl yakla~Ik olarak %2.5 ile o/o3.0 arasmda degi~tigi, ekipmanlar i9in ortalarna sogutma yiikii farki %1.9 ile o/o4.4 arasmda degi~mekte iken~ maksimum ytik farklrun yakla~lk olarak %1.0 ile o/o2.5 arasmda degi~tigi, insanlar i~in ise ortalama sogutma yiikii farkl %1.75 ile o/o2.64 arasmda degi~ekte iken maksimum ytik farla yakla~lk olarak %1.0 ile o/o2.0 arasmda degi~tigi saptarum~. Elektrik lambast, ekipmanlar ve insanlar i9in ta~1Illll1ft~num orarurun miimktin oldugmtca uygun se~ilmesi hataYJ. azaltrr. Dt~ yiizey 1st dengelerinde 1s1 ta~lilliil katsaytstrun etkisi ~ok du~iiktiir. Ancak duvar tizerinde toplam I~1llllll ve ta~llllm kazancuu tahmin etmek icin, basit bir yakla~lffi olan birle~ik ta~llllm 1~trum katsaytsffil kullanmak, hesaplanan lSl dengesini bozar. Bu etkilerden dolay1 ve

uzun dalgaboylu t~llllfl1 degi~imleri du~tildugiinde, sozkonusu yakla~Im kullanJlrnamahdrr. Geli~en gokytizii stcakhg-I modellerinden her biri sogutma yiikiini.in hesaplanmasrnda farkll sonuclar vermi~. Ancak hafif tstl yiiklii binalar icin Bro\vn[l] modeli kullarulrr. Giine$-hava (sol-air) modelinde, sogutma yiikti hesaplannda dl~ duvarlarla cevresi arasmda uzun dalgaboylu 1~1mm degi~imi ihmal edildiginde~ oldukca hatalr sonu~ verir. Bu yiizden sogutma yfikiiniin hesabmda sol-air yakla~lffil tavsiye edilmez. Sonu~

Ekipmanlar, elektrik lambalan, ve insanlar gibi i~erdeki kaynaklardan olan路 duyulur uzun dalgaboylu t~mnn dagumu, "Uzun Dalgaboy I~1rum DatJ.hm Oram'' yakla~tnuyla bulunur. Uzun dalgaboylu t~trumlannda olan a~m degi$imler sogutma ytiklerinde kii~Uk degi~imlere sebep olmu~larchr. Ortalama sogutma yilkii farkl o/ol.87 ile o/o0.75 arasmda degi~mekte iken, maksimwn ytik farki yakla~lk olarak %0.3 ile %1.0 arasmda degi~mi~tir. Uzun dalgaboylu dagili1111 i9in duyulur sogutma yiikil, lasa dalgaboyu i~in olandan daha d~fik olmu~. Bu sonu~ i9 yiikler i9in yayth bir dagumun kotii bir kabul olmadt~n1 gostetnli~tir. Fenestrationdan olan duyulur yiik i~in "Fenestrationdan {~mnn Dagulffi Faktorii" yakl~tmt kullan1lrr. Sogutma yiikiiniin, a~m t~l111Ill degi~imlerinde 90k az degi~tigi gortilmu~tiir. Ortalama sogutrna yillcti farkt %2.19 ile %1.62 arasmda degi~mekte ike~ maksimum ytik farki yakla~lk olarak o/o0.2 ile %3.0 arasmda degi~mi~tir. Bu

32

olarak sogutma yillderinin hesaplamnasmda 1s1 dengesi yonteminin kullarummm en biiyiik avantaj1 belki de modiller olrnas1drr. Ancak ytik hesabmrn dogru olarak yaptlabilmesi i9in dogru bir hesaplama yonterni kullarulmabdrr. SE:MBOLLER

Fa Fg F gok

he I

,,

q ta~

Duvar yiizeyi ile hava arasmda ~ekil katsaYJ.SI Duvar ytizeyi ile toprak yO.zeyleri arasmda ~ekil katsa)'lst Duvar yiizeyi ile gokyiizti arasmda ~ekil katsaytsi ls1 ta~llllill katsaYJ.Sl Klsa dalgaboylu giine~ I~tmm yoluyla olan 1s1 2 ge~i~ miktan, W/rn Ta~lllim yoluyla olan 1s1 kazanCl veya

W/m2

kaybt,


F.Hahc1, Y.islamoglu

2

Duvardan olan iletim tst alast, W1m D1~

duvar yiizeyine dogru olan iletim

KAYNAKLAR 1s1

2

aklst,W/m <;evreden gelen uzun dalgaboylu I~llllm yoluyla olan 1st geQi~ miktan, W/m2 Cihaz, insanlar vb. bolge i~indeki kaynaklardan uzun dalgaboylu 1~1m yoluyla 2 olan tst ge~i~ miktan, W/m Kapal1 bolge yiizeylerinden uzun dalgaboylu 2 1~mun yoluyla olan 1s1 ge9i~ miktan, W/m Pencerelerden iQ ortama ge9en klsa dalgaboylu l~tmm yoluyla olan ISI ge9i~ 2 mik.tan, W/m i9erdeki kaynaklardan yutulan ve yaytlan klsa dalgaboylu 1~1rum yoluyla olan ISI ge~i~ 2 mik.tan, W1m Dt~ yiizeyde yutulan, yansttllan ve yaytlan

q"t:'DK

lt

q

UDY

11

q

sol

q"KD

giine~ I~llllnu

yoluyla olan

ISI ge~i~ miktan~

W/mKapalt bolge ortalarna hava stcakhgi,oc Toprak yiizey mutlak stcakhg-I, K Dt~ tarafta havarun kuru termometre stcakhgt~ veya mutlak stcakligt °C, K Gokyi.izii n1utlak stcaklt~ . K Dl~ ylizey SlCakltgi, veya mutlak Stcakhg-I oc~ K l9 ylizey s1caklt~, oc I~llliiil yutma oraru I~11111l1 yayma oram Stefan-Bolzman Sabiti

T gok

Tso

1. T. M. McClellan, C. 0. Pedersen, "Investigation of Outside Heat Balance Models for Use in a Heat Balance Cooling Load Calculation Procedure", ASHRAE Transactions: Synzposia, (1997).

2. R J. Liesen, , C. 0. Pedersen, "An Evaluation of Inside Surface Heat Balance Models for Cooling Load Calculations", ASHRAE Transactions: Syn1posia, (1997).

3. C. 0. Pedersen, D. E. Fisher, R. J. Liese~ ''Development of a Heat Balance Procedure for Calculating Cooling Load", ASHRAE Transactions: Synzposia, (1997). 4. R.J.

Liesen, "Sensitivity of Cooling Load Calculations to Inside Smface Heat Balance Models~' , ASHRAE Transaction , (1997).

5. G.N Walton, '"A New Algorithn for Radiant Interchange in Room Loads Calculations" •. ASHRAE Transaction, (1980). 6. S. M Reilly, C. P. Dunne, G. J. Ward.. F. C. Winkelmann, "Modelling the Solar Heat Gain Reflected from Neighboring Structures", ASHRAE Transaction, (1994). •

(5 ,67. 10-8), W/m2 -K4

.A.lt indisler

Toplam

t

,

33


,

34


SAU Fen Bilimleri EnstitUsu Dergisi 4.Cilt 1. ve 2.Say1 (2000) 35-42

OTOMOTiV SANAYiNDE KULLANILAN DiREN<; NO KTA KA YNAK ELEKTRODU OMRUNUN DENEYSEL ANALiZi VE KALiTE GirvENCESi YONDNDEN ETfrniJ •

1

¥

J

Prof. Dr. Selahaddm ANIK , Prof. Dr. Ahmet OGUR -, 4 3 Do9.Dr. Murat VURAL , Yrd.Dov.Dr.Salim ARSLANLAR , 5 Haldun TURAN

jTO Makina Fakiiltesi} Gumii~suyu I jSTANBUL 2 SA (j Miihendislik Fakultesi Makina Miih. Bolumu I SAKARYA 3 jTO Makina Fakultesi, Gu1nu~suyu I jSTANBUL 1

4

SAO Teknik Egitim Fakultesil SAKARYA 5 Otokar A.$. Kalite B iri1nil SAKARYA

••

1. OZET Ototnotiv sanay inde yaygm olarak kullanilan diren~ nokta kaynagtnda kullantlan elektrotlarm omrtintin deneysel analizi i9in elektrod ucundaki defo1n1asyonun kaynak diki~ kalitesini ne §ekilde etkilediginin tesbiti a1nac1yla yap1hn1 ~tlr. Bunun i~in, yayg1n kullanllan bir elektrod malzemesi ve fabrika ortammda altiminyum rnalzetnesi Uzerinde deneyler yap1lm1~ ; elektrot u~ fonnunun degi~imi gozlen1ni§ ve bu degi~imin nokta kaynagtni n karakteristjkJerine etkileri degerlendirilerek grafikler ha1inde sunulmu~tur.

Ost FJektro d

2. GiRi~

flit Elektrod

.

T~ par~al rn-L

tyi kalhe demek; kaliteli Uretim oldugu kadar kaynaklarm i~

gticilnlin, ekipmanrn ve bilgili ak1~m en iyi §ekilde kulJan1hnas1 demektir. Bu anlamda kaliteyi geli~tirmek, Uretimin verimliligini arttrrrr ve dolayisiyla da 1naJiyetlerde azalma gozlenir. Gtini.imuzde kalite standa1t Jan iyerikleri nedeniyle stirekli bir perfonnans gerekti1n1ektedir. Bu performans sadece teknolojik geli$melerden degil degi§imin geregini ve onemini kavrayan yontemlerin sistemlerini standartlar paralelinde kunn alartndan kaynaklanmaktadrr. Otomotiv sanayi, geli~en teknolojiyi yakmdan takip eden ve her tUrlu geli~meyi bi.inyesine adapte edebilme ko1ayllg1na sahip bir endustridir. Bir otomobilin Uretilebilmesinde binlerce par9a kullan1lmakta ve yUzlerce farkh tipte i~lem ger~ekle~mektedir. Bu i~le tn lerden belki de en onemlisi, aracm govdesinin ortaya c;lkar1ldigi kaynak i§lemleridir.

Sekil l. : Diren9 Nokta Kaynag1

Bir otomobil fabrikasmm kaynak atelyesinde govdenin imalt i9in kullanilan belli ba~h kaynak yonte1nled , diren9 nokta kaynag1, diren9 dild~ kaynag1, MAG kaynag1, saplama kaynag1 ve yumu~ak lehimlemedir. Bu kaynak yontemleri i9inde aracm ortaya c;Ikmas1nda agrrhkh rol, diren~ nokta kaynagma aittir. imalatta genell1kle direnc; nokta kaynag1 elektrodlar1 gozle muayene edilmekte ve tecri.ibeye dayah olarak belirlenen araliklarJa trra~lanmaktadrr. Elektrotlarm deformasyonunun kaynak kalitesine etkisinin sistematik bir ~ekilde incelenmesi prosese katk1da bulunma bu ~ah§mantn yaptlma amactdrr.

35


Otomotiv Sanayinde Kullan1lan Diren~ Nokta Kaynak Elektrodu bmrUnUn Deneysel Analizi ve Kalite GUvencesi YonUnden EtUdU

Elektrodlardaki de for n1asyonun kaynak kalitesine etkisinin analiz edilebilmesi an1ac1yla ger<;ekle~tirilen deneylerin imalat ~artlann1 yans1tabilmesi i<;in, kullan1lan malzemeler Otokar Otobi.is Karoseri Sanayi A . ~ . 'de i1nalatta kullan1lan malzemelerden se<;ilmi~ ve deneyler de in1alatm yogun oldugu bir kaynak tnakinastnda

Deneylerde kullanlian esas metalin mekanik ve kimyasal ozellikleri Tablo 1' de verilmi~tir. Esas metal in kalmhg1 l rnm'dir.

ger<;ekle~tirilmi~tir.

KAFiLE

T abl 0 1• Esas M ea t 1·In M ek ant.k ve Ki my asa10zc ll'kl 1 en.

MEKANIK OZELLTKLERi ~0

~~Si

Deneylerde se<;ilen bir elektrod ba~ hgt ile 10000 nokta kaynag1 yap1larak, nokta say1sma bagh olarak elektrotda boyutsal degi~ikliklerin kaynak diki~ kalitesine etkileri analiz edilmi~ti r. Deneylerde Le bronze industrial taraf1ndan Uretilen CRM 16X kod nolu CuCrZr tip Bak1r-Krom-Zirkonyum ala~1n1h elektrod kullant lln1~tlr. DIN44759 Class 2' ye dahil bu elektrot, ozellikle seri itnalatta kullan1bnak lizere geli~tirilmi~ ve otomotiv sanaytnde yaygm ~ekil kullanlln1aktad1r. Kimyasal birle$iinleri Cr o/o 0,4, Zr 0 /o0.03, Cu % 99,57 ~eklindedir. Elektrodun ~ekli ve gorUntUsU ~ekil 2 ve 3, de v erihni ~tir. 0 20 .I

-~ !i

I I

l I I

l

.I .I

I I

.

I I I I

.

I

' I I I

I I

.

I I I I I

I

• •

I I I I

I I

I I I

I

I

.I

I

I I

I

I

I

I

I

:

I

I

I

I

-<

I'

61 ,

%Cu

o/oMn

%Mg

%Cr

&Zn

0,25

-

-

-

-

-

%Ti

%,AI

99,5~

I

-

-·-

____

·- .........

.

__

......._

I

- ...---.....-- ..._....... ··-

..

v••

-· ......

~

- ·-

--

30.30 30,20

30.10

I

68

5

%Fe

_.

30,40

l

62,

5

---·...

30,00 29,90

40 29,8C

'~

18

1\

• I •

010

)

I

I

I

108

Deneylerde 250 daN elektrot kuvveti, 30 kVA 'lik kaynak ak1m1, 7 periyod' luk kaynak stiresi, 10' ar periyod' luk s tk1~tmna ve tutma stireleri uygulantnl~tlr. Deneyler 180 kVA' lik sabit kaynak makinastnda yap1lm1~t1r. Elektrot kuvvet analizorli yardnn1yla, makinan1n basm<; valfleri ku1Jan1larak ayarlanrn1~trr; ol~timde A vil marka Press totest model, BO 10000 tipi kuvvet analizorii kullanilmi~tir Sekil 4. Kaynak akuntnm degeri ise. ol<;tin1unde LUTRON marka DM-605 7 model ka)'ll ak tes i cihaz1 kull anlllni~tir.Akim ~ontl enmesinin engellentnesi. uygun sogutn1anm saglanmast ve imalat h1zlar1na yak1n olmas1 arn actyla deneyler 20 adet/dakika' hk h1zla ge r<;ekle~ti ri 1-Ini~tir .

I

I

I' •

I I

~ UKAVEMET

2.2. Kaynak parametreleri

I

,; I'

Jr-

I I I I

I

I

5

I

i

:

J f'

I

I

!

l

• I • I

29,70 29,60

I

!\.

'

I.

'if

'

~

'

ir

'

I

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

>

0 19,5

Koniklik 1:20 _,

$ekil 2. Dcneylcrde kullamlan elektrod b ~ hgt boyutlar

~e ki1

4 : 250 kaynak boyunca aktmm nok1a saytstyla degi~imi

10000 ad et nokta kaynag1nm dtizgtin bi<;in1de yaptlabilmesi i9in kaynaklar 25x25 nun'lik kare ~eklinde <;izilmi~ Sekil 13 'te gosterilen verilen sa9 plakalar tizerine uygulanm1~tlr.

Her 245 ila 250'nci noktalar 9ekme deneyi numunelerine uygulanm1~ olup $ekil 14,de numune ornegi gosterilmi~tir. Elektrot deformasyonunun tesbiti i~iP Sekil 4 'te verilen boyutlar temel ahnmi~tlr. Elde edilen nokta kaynakh numunelerde elektrot dalma derinlikleri ve kaynak <;ekirdeginin <;aplan da olytilerek grafik hal in de gosterihni~tir. ~ekil 3. Dcney lcrde list ve alt kuJlanii an elcktrod b~l 1kl an ve

adaplorl eri . a) Alt elektrot b) Ost c1ektrol

36

I

o/o UZAMA 8.7

KiMY ASAL BiLE~iMi 0,1 5

--~

C'EKME

104

01

I

<;ALI~MALAR

2.1. Kullanllan Malzemeler

~~-i--~

AKMA MUKAVEMET

TEST :\0

1.7218001

2. DENEYSEL

..


s.An1k, A.Ogur, M.VuraJ, S.Aslanlar, H.Turan

TARTI~MA

3. KALiTE GUVENCE SiSTEMi

4. SONU<;LAR YE

Kaliteyi dogrudan etkileyen liretim, tesis ve servis proseslerini belirlemeli, planlamalt ve bu proseslerin kontrollii ~artlar alt1nda ylirtitUlmesini saglamahdtr. Kontrollti ~artlar a~ag1dakilerini saglamahdrr; Sekil 5 proses kontrol sistemi dlyagram1nda veriln1iยงtir;

Deney ler boyunca list ve alt elektrot ba~hklarm1n boy ve 9apmdaki degi~im, kaynak yap1lan sacJartn ytizeyindeki 9okme miktar1, dtigme 9ap1 ve 9ekme-makaslama dayan1mlar1 ol9Ulerek graflksel o]arak bu degerlerin artan nokta saytstyla degi$imleri ve Otokar Land Rover aracm1n tizerindeki nokta kaynaklan ~ekil 12 'de sunulmu$tur.

1. Proses'in izlenmesi ve Operator Talimatlar1 2. Proses Kontroltiniin Si.irdiiriiln1esi 3. Degi~iklige Ugram 1$ Proses Kontrol ~artJar1 4. t~ Ayarlannm Dogrulanmast 5. Proses Degi$iklikleri 6. Gori.intti Par9alan

(

PROSES KONTROL

Dst ve alt elektrot ba$hklarmm boylan, yakla~tk olarak 4000 nokta kaynaga kadar hiZh, bu degerden sonra ise yava~ bir ~ekilde azahna gostermi$tir. Elektrot ba~itklarmm mantarla~ma n1iktarlar1da bliytik bir yakla~1khkla ayn1 sonucu verrni~tir. Bunun nedeni, elektrot ytizeyinde ortaya 91kan Is1n1n malzen1eyi daha kolay plastik ~ekil deg;i~tirebilir hale getirmesidir.

) VOHETUil

Nokta kaynaklan boyunca, i~lem geregi eJektrodun paryaya h1zh yakla~mas1 ve basm9 u1ygulamast hemen ardmdan akun1n ge91nesi neden iy le, hem elektrot hen1de par~a ytizeyinin 1smmasmrn ve defonnasyonunun kolay la~mas1n1n yan1 srra, elektrot ylizeyinin kenarlarmda deformasyon n1iktann1n ve ortas1nda sogutma suyunw1 etkisinin daha fazla olmas1ndan dolay1 , elektrot ucunda ikinci bir ylizey olu~n1aktad1r.

PROSES

~ekil

5 : Otokar Proses Kontrol Sisten1i

Prosesin ko ntrollti $artlar alunda yi.irtittilmesi ve silrekh geli~me yaratilabilmesi ic;in periyodik olarak denetimler yapll1r. (Tablo 2 ) Proses denetim leri ile sistem in etkinligi artnnhr.

4. DENEY SONU(:LARI $eki1 6'de Ust ve alt elektrot nokta sayis tyla degi$imi, Sekil 7 da ise elektrot nokta say1s1 ile degi~imi 1

ba~ltklar1ndaki

Sekil 8, de list ve alt elektrot say tstyla degi~imi ; Sekil 9'de, degi$imi;

ba~hklarmm

nu1nunelerdeki

ba~hg1

boylarmtn

mantarlaยงmanin

u9 9aplarmm nokta

toplam

<;okme

miktan

Sekil 1O'da ortalama dtigme 9apmm nokta sayisiyla degi~imi ; ~ekil

ll 'da ise, numunelerin ortalatna yeklne-makaslan1a dayantmlann1n nokta say1s1yla degi~imi verilmi~tir .

c;ekme makaslama dayanllTI lar1n1n nokta kaynag1 say1s1yla degi~imleri incelendiginde, numunelerin dayan1mlarmm 10000 kaynak sonunda ilk degerden daha dti$lik olmad1g1 gorlilmii~tiir. Bu sonu<;, di.igme 9apmdak1 art1~la birlikte degerlendirildiginde elektrot yiizeyi btiytirken dilgme ~ap1nm da btiylidiigti ancak 9ekn1e makaslatna dayan1mmda ayn1 oranda bir art1~ oltnad1g1 goruln1ektedir. Ula$tlan sonu9, elde edilen kaynaklarm ytiksek tnukavemetli ve gtivenilir oldugu anlatn1na gelememektedir tatmin edici olmayacag1n1 gostermektedir. <;ekme n1akaslama deneyi sonucunda kopma olayt, nokta kaynag1 civartndaki sa~ta yui1hna ~eklinde meydana gelmi~tir. Bunun nedeni, sac ylizeyindeki elektrot 96kme bolgesinde, sactaki inceln1e sonucu 9ekme dayan1mmrn dii~mesi ve bu bolgeye oranla nokta kaynag1 dayanlffimrn daba yliksek olmasJdtr.

Bunun nedeni, elde edilen diger degerlerin ve numune kaynaklartn gorUnttilerinin, bu degerlerin kritik olabilecegini, dolayiStyla 10000 noktadan sonraki herhangi bir kaynagm ozellikle ytizey kalitesi bakunindan step program1 9ah~tir1hp akrm1 kontrolli1 olarak kaden1e kademe ylikseltilmesi sonucuna ula~Ilml$tir. Yukandaki a9lklamalar I~1g1nda, olarak 4000-4500 noktadan sonra elektrotlar1n trra~lanmas1 gerektigi veya makinantn ozelliginde step program I kullantlarak ak1m 1 kademe kademe yUkseltilmesiyle elektrodun kullantmina devan1 edilebilir.

โ€ข

37


Otomotiv Sanayinde Kullan1lan Diren~ Nokta Kaynak Elektrodu OmrUni.in Deneysel Analizi ve Kalite Gi.ivencesi YonUnden EtUdU

>§!

-

: ffi -+-----+---+---1-------r,... CD

"0

... 0

~

~ ffi-t-----+----+-----1----+---~----+-----4----~~~+ , ~~

w

;~

I

1 H2

i l ~+---~----~--~--~,~--~--~~--~---4~--~,--~ 0

~16 Ost ve alt elektrot ba$1Iklannm ooylann1n nokta say1s1yla degi$ini

t-. j

~<

i

I ;

~

=.:..:~

;

--

\ ' 5+----+----~---+----~----~--~~--+---~----+---~ • l'l ~ ,;.j• • • '' ; D 'ooo 2000 Jooo 400Q sooo :·5009< ,cr?IXi sooo gooa . _, -wooo :· -"'r

'

:.

. -_

~

.

,

<

..

i I i. I

~ ' :::I

5;

i !' '! ~

I

!

i

!

'

'

t

i i

0

" . . .--

Sekil7 EJektrot ~lrklanndaki mantar1a$mamn nokta sa-y1sr ile degi§imi

38

! .

$ekil8 Ost ve alt elektrot ba$llgl uc; r;aplannrn nokta say1sryla deQi$imi


S.Antk, A.Ogur, M.Vural, S.Aslanlar, H.Turan

CI

-

I

••

..

. I

'

I

'\ I

.,. :•

-j

I

~

~

....

T !

I ~

1

~

--

I

f-

..

~

"'-

.-

I

.

I

-~

,/

~

V

......

;

..........

~

....

I

~

I

·'

'·""

V I I

I

....

,A

'

9 Numunelerdeki toplam ~okme miktan degi~ imi

"

.

..f

••

$ekil 10 Ortalama dugme ~aptntn nokta saytstyla degi~ !mi ; '

z

....

··~

'

Nolcta Sayrs1

Nunaune Say1s1

r

I

I

/ " r""..__.;-

~,

I

t ·~

'

..

~ekiJ

~~

/- I

.

.

·'

......

•• •

_,;T

. ;___ "--~..:.C""- --'-~ ~~--'-:......c.~

.

·1

1

..

r -·

1

1

____. _. . . . ·-· ·-· __ . _J._·--·I--+--J--+---+-' I I I I I !

--+

!

ec

I

E - ....___ g _, ·•

"'

i

1 I I .... .......1..-·-·-· ~---r---·-~,

.. -· -· ..

!

~

....'{----"!

'·, I

---

. - ... ...-.---,----- .... - ·

- -l- - -

-·-'

1 l

-

c;

:0

--1- -- ____ .,,_l._.,... - .....__

E

.

:0

z

I

!~ ~.

i.

--· --~--

--- _J

.I

0

Numune

~yusa

$ekil 11 Numunelerin ortalama 9ekme-makaslama dnyantmlan

.

.. --

...~- ....

-~

.....

Arka mar~piyer 6

I I ~ekll12

Koltuk taban1 139

TOPLAM: 564

On mar~piycr 18

I I

Land Rover aracmda muhtemel nokta kaynak adetleri

39


Otomotiv Sanayinde Kullantlan Direnc; Nokta Kaynak Elektrodu OmrtinUn Deneysel Analizi ve Kalite GUvencesi YonUnden EtUdU

REFERANSLAR 1. 2.

3. 4.

5. 6. ~eki11 3.

Aluminyum Plakalar (50 x 50 cm)

7. 8.

9.

S. Anlk, ve M. Vural, "1 000 Soruda Kaynak Teknolojisi El Kitab1'', istanbul, 1993, s.186-209 M . Vural, "Elektrik Diren9 Kaynagt Seminer Notlart", iTD Makina Fakultesi, istanbu1, 1998 N.N. "Resistance Spot Welding', Nippert Dawson Ltd., ingiltere, 1997 J.Defoumey, V.Leroy, "Compared Possibilities and Limitations of Resistance Spot Welding Joints in Coated Steel Sheets", DVS Berjchte Band 124, 1989. s.26-31 N.N. "Spot Welding Data", Martin Electric Ltd" ingiltere, 1990 ANIK, S., Kaynak Teknigi Cilt Ill, i.T. 0. Kutiiphanesi no.: 1183, 1981 PHILLIPS, A.L., Modern Joining Process, AV\1S New York, 1996 ANIK, S., Kaynak Teknolojisi El kitabt, Ergor Matbaas1, 1983 ANIK, S., Kaynak Teknigi El Kitab1, Yontemler ve

Donanrrnlar,Kansu Matbaac1h.k. 1991

~ekil

14. <:;ekme- MakasJama Numuneleri

10. ERYUREK, B., 1995, Elektrik Diren<; Kaynag1 Ders Notlar1, 1-15. 11. Metals Handbook, ASJ\II, 1983 . Ninth Edition. Volume 6, Welding Brazing and Soldering, Resistance Spot Welding, U.S.A., 469-493 12. TS 6062 (E 25184), 1998 Dilz Direns: Nokta Kaynak Elektrodlar1, Tasar1, 1. Mtita1a, 19981468, TClrk Standartlan Enstitlisti, Ankara 13. Seydi~ehir Alilininyum, 1997 Ortin Katalogu 14. KMTl 0272, Proses Audit Talimat1 15. Otokar Land Rover Defender Kalite El Kitab1 16. FEIGENBAUM, A., "Total Quality Control" 1991 17. GOZLO, S., "Endtistriyel Kalite Kontrol", i.T.D. istanbul, 1991 18. JURAN, J.M., ''Quality Control Handbook", 1974 19. Land Rover QZ Process Audit Notes 20. Otokar Test Raporlar1, Adapazan, 2000 . .. 21. KOBU, B., "Endiistriyel Kalite Kontrolu", I.U .. istanbul, 1987 1

40


s.Antk, A.Ogur, M.Vural. S.Aslanlar, H.Turan

Tablo 2: Otokar Proses Audit Sisterni

0 ar I~

PROSES AUDIT SAYFASI

Rapor No:

2000/12

Sayfa No:

1/2

lAND ROVER GOVDE iMAlAT HATTI

MERKEZI:

PUAN AQIKLAMALAR Prosesi ilgilendirmeyen bir konu

ba~l1g1nda

hedef puanm tamamm1 ver.

HEDEF

GERCEK

5

4

2

2

3

2

5

4

5

5

3 2

3

2

1

Proses belirlenmi~ yerde yap1lmaktad1r. Faaliyetler kontrol dt§tna ta§mamaktadlr. Verilerle a§ama gostergeleri istatistiksel takip

1

edilmemektedir. Gereksinimler Proses dokOmannda mevcuttur

BOLUM A- PROSES 1.0. PROSES DOKUMANlARI 1.1. Proses dokOmanlan son revizyon mu? 1.2. Proses agtk ve kolay anla~tlt r mt? Anla~tlmaz dil ve ktsaltmalar olmamal1. 1.3. ~alt§ma alantndaki d6kumanlar guncel ve etkin mi?

Dokumanlann son resvizyonlan takip edilmeli. Proses anla~tltr olarak tantmlanmt~ttr. lngilizce tantmlann tO rkge agtklanmas1 gerekl idi r. DokOmanlar gOncel fakat etkin degildir.

2.0. PROSES SIRASI 2.1 . Proses dokumanlannda detaylandmlmt~ straya uyuluyor mu? (3 defa incele) 2.2. ~alt~an, tantmlt metodu mu uyguluyor?

Proses stralamasmda i~ginin egitimine bagl1 olarak farkltltk gostermektedir. Qalt§an metdodu(operasyon sayfas1) uyguluyor.

3.0. PROSES KONTROl

3.1. Proses kontroiO,

belirlenmi~

yerde mi yaptltyor? 3.2. Faaliyetler, kontrol noktalannm dt§tna ta~tyor mu? 3.3. Grafikler gOncel ve gosteriliyor mu? 3.4. Gereksinimler, proses dokumanlannda kayitlt m1?

1

(Proses kontrolu gerekmiyorsa tarn puan) ....

2

. .

4.0. EGITIM

4.1. Prosesi yapanlar, proses ile ilgili egitim 4.2. Egitim kayttlt mt?

almt~lar

mt?

4.3. I§ merkezinde galt§anlar (mevcut olmayanlar da dahil) egitim almt§ mt?

.. .. BOLUM A TOPLAM PUANI .. ..

5

5

1 2

1 1

36

31

4

3

4 2

4

Proses! yapanlar egitimli fakat egitimleri tekrar gozden gegirilmeli. Egitim kay1tlan mevcut. Etkin egitim almmamt§tlr. Egitimlerin tekrart gereklidir, proses parametreleri g6zden gegir

.

BOLUM 8 - EKIPMAN I QALI$MA ALANLARI •

5.0. EKIPMAN I CAli~MA ALANI

5.1. Gerekli ekipman, proses dokOmantasyonunda

5.2. 5.3. 5.4.

5.5. 5.6.

agtkga belirtilmi§ mi? Belirtilmi~ ekipmanlar mt kullan11tyor? Alet ve ekipmanlann kalibrasyonlu mu? Ekipmanlar kullamlmadtgmda gerektigi §ekilde saklan1yor mu? • Tavsiye edilmi~ olan koruyucu ktyafetler mevcut ve kullanlltyor mu? Qall§ma alantnm aydmlatmast yaptlacak i§ igin uygun mu?

.. ..

BOLUM B TOPLAM PUANI

I

2

2 1

2

2

Ekipmanlar tan1ml1 olup ekipmamn tOm fonksiyonlan tarn olarak kullanllmamaktadlr. Belirlenmi§ ekipmanlar kullantlmakta. Kalibrasyon sistemi etkin olarak uygulanmakta. Kullan1m alant tamml1 fakat kan~Jk muhafaza edilmektedir. Ouzenleme gerekli. Koruyucu ktyafetler mevcut ve kullantlmaktadtr.

3

3

Qal1~ma

17

15

alantntn aydtnlatmast uygundur.

BOLOM C - KALiTE KONTROL 6.0. PROBlEMLER 6.2. Operasyonda hata olursa ne yap1lmas1 gerektigi

5 5

5 5

Bilgilendirme yaptlmaktadlr. Proses Durdurulmakta oldugu bilinmektedlr.

biliniyor mu? 6.3. Bilinen problemler igin onleyici faaliyet uygulantyor mu?

5

3

Sistem etkin degil, tak1m gal1~mas1 yaptlmall.

6.1., Galt§anlar, auditte saptanan problemleri biliyorlar mt?

FKM1 0272-2 1/2 Rev.O

41


Otomotiv Sanayinde Kullanalan Diren9 Nokta Kaynak Elektrodu OmrUnUn Deneysel Analizi ve Kalite GUvencesi YonUnden EtUdU

PROSES AUDIT SAYFASI

0 ar

Rapor No:

2000/12

Sayfa No:

2/2

7.0. DiKKAT GEREKTIREN NOKTALAR

7.1. Proses dokumanlarmda kalite standard!, spekler, dikkat gerektiren noktalar gibi detaylandmlmJ~ kriterler mevcut mu? 7.2. yall~anlar, dikkat gerektiren noktalarda nelerin gerekli oldugunu biliyorlar m1? (Dikkat gerektiren noktalar yoksa tarn puan)

3

3

Kalite standartlanmtz mevcut ve tammlidtr. .

2

3

Call~anlar

nelerin gerekli oldugunu bilmektedir. Kullantcmm nitelikli eleman olmas1 zorunludur. •

8.0. GORSEL DESTEKLER .

3

l~gilik

kriterleri panolarda tan1mh ve gunceldir.

kriterleri mevcut ve guncel mi? Oogru yerde gosteriliyor mu? 8.2. Call~a n lar , gorse! desteklerde, i~gilik kriterlerinde nelerin gerekli oldugunu biliyorlar m1? (Gorse I destekler yoksa tam puan) .. 9.0. HASAR KONTROLU

3 3

3

l§gilik kriterleri gali~an la nn egitim seviyesi ve tecrubesine bagl1 olarak ku llamlmaktadlr.

9.1.

5

4

4 3

3

Kullantlan pargalann ve urOnOn hasar g6rmemesi i~in daha ozen g6sterilmesi gerekli. Koruma yontemlerinde iyile~tirme gerekli. ~al1~anlar tarafmdan bilinmektedir.

39

34

10.1. Kullamlan malzemeler, proses dokumanlarmda parga numaralan ve tanrmlan verilenler mi? 10.2. Uygunsuz malzemeler ag1kga tammlanm1~ ve yerlerinde mi? 10.3. Maize me kontroiO proses dokumantasyonunda belirtilmi~ ve uygu lantyor mu? . 10.4. Ilk giren ilk ~1kar prensibine uyuluyor mu? .. 10.5. Omi.iriU malzemeler ile ilgili stoklama ~artma dikkat ediliyor mu?

4

3

1

1

1

1

1 1

1

BOLUM D TOPLAM PUANI

8

7

8.1. G6rsel destekler,

i~gilik

yal1~anlar,

kullan1lan pargalann ve OrunOn hasar gormemesi i~in dikkat ediyorlar m1? 9.2. Belirtilmi~ olan koruma y6ntemleri ku llaml1yor mu? 9.3 . Hasar gorebilecek bolgeler galt~an la rca biliniyor mu?

.. .. BOLUM C TO PLAM PUAN I ..

3

.,

BOLUM D - MALZEME KONTROLU 10.0. KOMPONENTLER, MALZEMELER & BAGLANTI ELEMANLARl Proses doki.imanlannda tammiJ pargalar haricinde pargalar kullan1lmakta. Uygunsuz malzemeler claim regallerindedir. Operasyon saytalannda tammh prosesler uygulanmaktadtr . • Ilk giren ilk g1kar prensibi uyg ulanmaktadtr. Omurlu malzeme kullamm1 bilinmektedir.

1

.. ..

BOLUM PUANLARI 0- 49

YETERSiZ KONTROL

50 . 79

ZAYIF

80.94

SINIRLI

95 ~ 99

GELi$TiRME GEREKTiRiYOR

100

TOPLAM

A

B

c

D

31

15

34

7

87

PROSESETAM OLARAK UYGUN

ACIKLAMALAR:

Eger DOF veri lm i~ ise numaralanm yaz:

Auditor HALDUN TURAN Dag1t1m:

0 0

0 Oretim ve Tesis Muh.Bir. 0

Oretim Alam

FKMT10272-2 2/2 Rev. 0

42

I~

Merkezi Sorumlusu

LAND ROVER GOVDE iMALAT OrUn MUh. Birimi Ar-Ge Bi rim i

0

On ay KALiTE

M0D0R0

Diger: GENEL MODOR YRD . OR ETiM


SAO Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi 4.Cilt 1. ve 2.Say1 (2000) 43-50

YUZEYPURUZLULUKPARAMETRELERi Yasemin USLUOGLU, Do9. Dr. Recep Kazan

S.A. QFen Bilimleri Enstitiisil,Makine Miihendisligi EABD, Esentepe- Kampiis, 54100, SAKARYA

OZET

Teknik sistemlerin omrti, guvenilirligi ve verimliligi stirtiinme, a~mma ve yaglama problemlerinin optimal 96ziimlerine baghdrr. Triboloji stirti.inmea~mma-yaglanma konulann1 inceleyen bir bilim dahdrr.Tekstiirtin incelemesinde kullanllan parametre]erin farkll ozellikleri yuzeyin geryek yaplsmm goriilm esini saglamaktadrr. I. STANDARTLAR Ytizey topografyas1 ile ilgili problem genellikle ger9ek ylizey profilinin 91karilmasmdan ziyade, kullanic1ya yiizeyin durumuyla ilgili olarak anlamh ve ayn1 zamanda da universal kabul edilebilirligi bulunan say1sal degerlerden oluยงan bilgi sunabilmektir. Bugiin, n1odem ytizey tekstlir analizcilerinin elinde bahsedilen ozellikte bir dizi ytizey tekstiir parametresi mevcuttur. Ytizey hakkmda gerekli bilgiyi verebilecek parametrelerin birbirlerinden farkh avantaj ve smrrhllklar1 soz konusudur. [1]

Farkh plirtizluliik karakteristiklerindeki iki ayr1 ytizey olytildtiglinde, her bir yuzey bize birbirinden farkh degerler sunmahdrr. Bu farkhhg1 saglamak, ytizey ptirlizltiltik param etresinin gorevidir. Ortaya ~lkan degerler bu iki yuzey arasmdaki farkhhg1 ortaya koyam1yorsa olc;iiler veriler anlams1z olup, ba~ka parametrelerin se9iminin gerekliligi ortaya ylkml~ demektir. Bir parametre, ancak ylizey karakteristiginin hassas olan degerini ortaya koymak amac1yla se9ilir. Ylizey parametresinin se9imi, aklnnlZdaki bu dil~lince kriterine dayah olarak geli~tirilmelidir. Pt gibi birka9 parametre haricindeki tiim tekstilr parametreleri filtrelenmi~ bir yiizey profilinden

hesaplanarak ortaya koyulur. Dogru filtre parametresinin (cut off -smrr dalga boyu- Ac) se9imi, ol9i.imiin ge9erliligi a91smdan onem ta~rr. Filtre smrr dalga boyunun uzunlugunun degi~tirilmesi normal olarak ol9tilen sonu9lan etkileyecektir. Buna gore, se9ilen pi.irtizliillik filtresinin degeri anlams1zdrr. Se9ilen filtre dalga boyu uzunlugu tepe bo~lugunun en az 2.5 kat1 kadar olmalldrr. Bu da, her bir dalga boyu uzunlugunda en az iki tepe ve ~ukurun (norrnalde 90k daha fazla) bulunmas1 gerekir. Dalga boyu uzunlugunun en az Skat1 kadar uzunluktaki bir profil analiz edileceginde ptirtizlliltik tepeleri ve 9ukurlar1 itibari ile uygun bir numune kullanilmalldrr.

Profil, dalga boyu uzunlugunun 5 kat1 kadar bir uzun.luk tizerinden degerlendirilir. Bununla birlikte, taranan toplam mesafe dalga boyu uzunlugunun 6 kat1 kadard1r (~ekil 1). 2RC profil filtresi kullanrrken, ptirlizlultik filtresinin profil ortalamas1n1 bulabilmesi i~in ol9ilm lin baยงlangicinda bir dalga boyu uzunlugu gereklidir. Bir PC fi]tresi kullanrrken, dalga boyu uzunlugunun yar1s1 kadar bir uzunluk ol9iilen profilin baยงmda ve sonunda istenir. Parametre degerlendinnesinde iki uzunluk kullan1lmami~trr. Her bir metrolojistin (cH9ti unnan1) rasgele birbirinden farkh bir dalga boyu ve tarama uzunlugu

kombinasyonu sec;mesinin slkmt1smm a~1hnas1 i9in uluslar aras1 standartlar (ISO) tarafmdan baz1 tarama uzunluklart tavsiye edilmi~tir. Modem ylizey tekstiir c>l9i.im ekipmanlarmda hem dalga boyu uzunlugunun hem de tarama uzunlugunun tercih edilen bu degerlerin d1~ma 91kmas1 mtimkilndtir. Srra d1~1, pek rastlanmayan uygulamalarda standart tarama uzunluklan yeterli i~lev gormediginde boylesi uygulamalara ba~vurulabilmektedir.[2]

43


YUzey PUrUziUIUk Parametreleri

Table 1. Yilzey teksttir parametreleri ve standartlan

ISTANDART

I p AR£\METRE I .A <;IKLA~lA

DIN 4768 DIN 4768 Tepeden c;ukura maksimum ylikseklik I DIN 4762, ISO 4287~ BS 1134 On nokta ,vuksekli ._§j I DIN 4762, ISO 4287, BS 1134 j 011aksimum plirtizltillik derinligi ! ~\1S (purtizltilliglin cH~uldUgU ylizeyin) pliruziUltik ortalamas1 I DIN 4762~ ISO 4287 DIN 4762 I Maksimum tepe yliksekligi . DIN 4762 1 Ortalama tepe ytiksekligi I Nlaksimum c;ukur derinligi I Ortalama c;ukur derinligi I I DB 31007 1 Ortalama i.ic;tincil en ytik.sek tepeden c;ukura yukseklik 1 Maksimum lic;Uncti en ytiksek tepeden c;ukura ylikseklik I DIN 4776 Oz ptirtizli.illik y i.iksekligi DIN 4776 Indirgenmi~ tepe yliksekligi DIN 4776 l Indirgenmi~ c;ukur derinligi I DfN 4776 I Tepe malzeme oran1 DIN 4776 c;ukur malzeme oran1 DfN 4774 j Toplam dalgahlik derinligi . . DIN 4771 Toplam. profil derinligi Normalize edilmi~ tepe say1m1 Euronorm 49 .. 33 E Tepe say1m1 I DIN 4762. ISO 4287. BS 1134 Dayanma oran1 (mikro) 1 DIN 4762, ISO 4287, BS 1134 I Yfalzeme oran1 (makro) I DIN 4762, ISO 4287~ BS 1134 Ortalama tepe bo~lugu DIN 4762, ISO 4287 Tepe yogunlugu I DIN 4762~ ISO 4287 I Ger9ek profil uzunlugu . I DIN 4 762, ISO 4287 :• Profil uzunluk orant DIN 4 762~ ISO 4287 i Ortalama profil egimi DIN 4 762, ISO 4287 I Rl\1S (Olc;tim ytizeyi) profil egimi DTN 4762. ISO 4287 I Ortalama dalga uzunlugu Ri\1S (0 lytim ylizey i) dalga uzunlugu I DIN 4762, ISO 4287 Ortalama plin1zlti ltik derinligi NF E 05-015 I Toplam profil derinligi NF E 05-015 :V1aksimum ptirtizlullik derinligi NF E 05-015 Ortalama dalgaltltk derinligi I NF E 05 -015 · Maksimum dalgahhk derinligi NF E 05-015 Toplam dalgal1hk derinligi I NF E 05-015 PUruzltiluk geni~ligi NF £05-015 ' Dalgalihk geni~ligi NF E 05-015 1 Ortalama plirtizllili.ik bliytikltigli egrisinin egimi DIN 4762. ISO 4287 Ortalama plirlizllillik bliylikltigli egrisinin keskinligi

Rma..x RzciSO}

Rv R,

RP Rom R.,' Rvm R3zmax

Rk Rpk

Rvk -~~

wt

T pa

Sm D Lo

6.a

I

~a

As ' 1\.q

R I

pt

I

I

Rmax

I

V/

W ma..'<

wr Ar

Aw

sk Ku

Dalga boyu uzunlugu belirli bir i~ par9as1 yi.izeyinin olc;limu i9in se9ilir. Dalga boyu uzunlugu~ plirtizlliltik bo~luguna ya da beklenen plirtizltiliik degerine gore sec;ilir. Tarama uzunlugu ise daha sonra Tablo 2 'den dalga boyu uzunluguna gore tarama uzunlugu da tespit edilir. 1~ par9as1 tarn bir tarama uzunluguna milsaade etmediginde, belirlenen dalga boyu uzunlugu standart d1~1 bir tarama mesafesi ile kullanilmahdir. [ 1] Mlihendislik, ylizey ler ic;in en yaygtn olarak kullanllabilen dalga boyu uzunlugu 0~8mm (0,030")

44

I I I

I

I I

I i

I. l

l il

I

I

I ; ••

'

'

L ..

I

I

I

pt Nr Pc T pi

I

I

.

R3z

'

8~6 .1

I Tepeden c;ukura ortalama pUrtizltik

Rz(DG'-J')

Mrt Nir2

I DIN 4768.. BS 1134.. ISO 4287.. ANSI

I Ortalama ptirtizltilUk

Ra

.

'

I

l

I i

.

• I

I

.

I I

I

I I

'

I

olsa da, bu durum bu uzunlugun her durum ic;in do£r1 olacag1 an lam 1na gelmez Tabio 2. Dalga boyu uzunlu2:.u aras1ndaki !ltskt - ve tarama uzunlu2:u ..... .

Dalga Boyu(A.c) mm mch

Tarama Uzunlugu(Lr) mm mch

0.08 , 0,_) 7 .. 0,8

0,48

?_,.)-

8 0. '

0,003 0,010 0,030 0,100 0,300

1,5

4.8 '

15~0

48,0

0,018 0,060 0,180 0,600 "1,800


Y.Usluoglu, R.Kazan

..

..

....

..

.~ -

..

,.

...

..

$ekil l. Tarama uzunlugunun (Lt) elemanlara aynlmast

II. PURUZLULUK PARAl\'IETRELER.i II.l Ra (CLA, AA)- Ortalama purtizliiliik BlitUn

ptiriizllillik parametrelerinin atas1 Ra'dlr. Ge~mi~te Ra ingiltere' de CLA (Center Line Average N1erkez Dogru Ortalamas1) ve Ameri.ka' da AJ.~ (Arithmetic Average - Aritrnetik Ortalama) olarak biliniyordu. Rl in~ ya da mm cinsinden, mikron mertebesinde (~, J1in9) ifade edilir.

ifadeyle Ra, toplam degerlendi:trne uzunlugu tizerinden ortalama dogrusundan profile ortalama mesafedir. Ra, ~u formlille ifade edilebilir.

1

Ra

==-

lm

/m

jy(x)~ix

0

~ekil 2 'den

de gortilecegi gibi, Ra degeri profilin ortalama dogrusundan ortalarna sapmas1d1r. Diger bir

..

. . .

..

..

路-

l------

Ra

t-

~ekil

2. Ra parametresinin sapmalan

45


YUzey PUrUziUIUk Parametreleri

..

.. . .. .. .:·

·:

'•

.. ·.'•

= 2,4 jj,m

R0 .·

. ..

.

..

'

.. .

..

:

R0

2 ,4 J..Lm

-

.. ~ekil

3. Farklt pro tiller i9in ~ kar~·Il~t1nnast

.. l

..... ..

Rmax

.~.

. . .. . 0

0

I.

-L2

\

z1

1

!• •

I ..

'Ac--~ "'

'• ~

.

Z3

---r

L4

~

.

.

Zs

I

t ~--

-

Im

....

'

I

~ekil

R:(D/.V)

.

.

1 = -5

4. Rz(DIN) ve

Rn~a.x

..

parametrelerinin tilretilmesi

5

I>i i=l

Maksimurn profil ytiksekligi incelendigi ve ortalama ile ilgilenilmedigi i9in, R2 gene llikle ytizey fmi~indeki degi~iklere Ra' dan daha fazla duyarhd1r. RzfoiN) bir liretim prosesini ortaya koyabilmek i9in kullan1~ll bir ara9t1r. Rmax, degerlendirilen profili i9erisinde maksimum hata ytiksekliginin (tepeden 9ukura) bir gosterimidir ve boy le tek hatalar1n mi.isaade edilebilir o lrnad1g1 yi.izey ler i9in kullan1~hdir. Boy le hassas bir ytizeye bir sizdtrmazllk eleman1dlr, ki burada bir 9izik bile perfonnans1 etkileyecektir.

46

ve Rmax parametrelerinin beraber kullan1m1 liretim prosesinde ytizey fmi~indeki degi~im i takip etmek i9in olduk9a k1ymetlidir. Rz(DrN) ve R max degerleri birbirine benziyorsa dtizglin bir ytizey fini~ine, aksi taktirde dtizglin bir ytizeydeki ytizey hatas1n1 ifade eder. [3] R zcotN)


Y.Usluoglu, R.Kazan ..

l

.

I

R3-z2

'I

f

1 !

R..j..L . . - ·~i

•I •t

'

"l L

••

. .

~~~-----_...._ • ....._.. _ _ •

.

U" V•'""_ __.,.._,_,_,.._.. .w..,..o/J.._..,,.._w

lm

.·,

Sckil 5. R 3z ve

.

R 3zma'

'

..

~

.

..

..

parametrelerinin tUretilmesi

11.2 R3z- Ortalama en ytiksek ti~iincti tepeden ~ukura yiikseklik R3amax- Maksimum en ytik.sek ti~ilncii tepeden ~ukura ytikseklik _

in degi~im i Rjz, Sirall 5 omekleme uzunlugu tizerinden her bir dalga boyu uzunlugu i9erisinde en alc;:ak li9Uncti <;ukur ile en yliksek lic;;lincu tepenin ortalamas1d1r (Sekjl 5). Rz3ma:o 5 Uyi.incli en ytiksek tepeden <;ukura ytiksekligin maksimumudur. R3z, a~ag1daki fo1rntil kullan1larak hesaplanrr: Rz(DC'\) '

R~

.);

1

5

,-

~

=-" R~ . )

i=l

R 3 z~

bir yuzey profilrndeki ol<;lilen par<;an1n performans1 lizerinde kli<;lik etkisi bulunan yi.iksek tepeleri ve <;ukurlarl dikkate almaz. R3z ve R 3max, honlanm1~ silindir delikleri gibi kaba yataklama ya da SlZdtrmazltk ytizey lerinin 6l<;limlinde kullantltr. R3z ve R 3 (max) herhangi bir ulusal ya da uluslar arasr organizasyon taraflndan standanla~trrtlmaml~tlr. Bu iki paramerre b ir Daimler - Benz ortak standard1d1r. On noktan1n yfiksekligi Ry(Rt, Rh. Rd) -Top lam piiriizltiliik yiiksekligi Rz(ISO)-

ve Ry parametreleri DIN parametreleri olan

ve Rmax' a denktir. Rzoso), tarama uzunlugu i<;erisinde 5 en yilksek tepe ve 5 en derin 9ukur arasrndaki ortalama mesafedir (Sekil 6). Rv, taranan aralik i9erisindekr· en ytiksek tepe ile en derin ~ukur arasmdaki farkJ verir. Rz(ISO) ~u ifade ile formtile edilebilir. Rz(DrN)

J

.J:l

Bir tepe, kti<;tik tepelerin ihmal edilip bliylik tepelerin saytld1g1 yatay ve dikey kritere gore tan1IT1lan1r. R3z ve R3 zmax' In hesabt, be~ s1rah dalga boyu uzunlugunun her birinin i9inde en az1ndan ii9 tepe ve 9ukur mevcut oldugunda mlimkiindiir.

II.3

Rznso)

Rz\DIN) 'den farkh o larak

Rzcrso) ' nun

hesaplanmas1 i<; in gerekli olan be~ tepe ve ~ukurun konumunun tarama uzunlugunun neresinde oldugunun onemi yoktur. K1sa bir tarama alan1 i~erisinde hic;bir tepe ya da 9ukur olmayabilir, ki bu durumda Rz(DIN) dogru bi9imde degerlendirilemeyebilir. [1] I

Rznso/ nun dezavantaj1, ~ekil 7'de gosterildigi gibi c;ok say 1da tepe ve 9ukurun k1sa bir arahk i9erisinde yer ald1g1 durum larda ortay a ~ tkar. Boy le bir arallktan~ bi.itiin ytizey i9in genel bir sonu9 91kannak mtimktin degildir. RztDiN) 5 dalga boyu uzunlugu ic;erisinden degerlendirilirken Rzoso) 1, 2, 3 ya da 5 dalga boyundan degerlendirilebilir.

Ry'nin de Rmax tizerinde avantajlan ve dezavantajlar1 bulunmaktad1r. Omegin, $ekil 7' de oldugu gibi en ytiksek tepe tarama alan1n1n bir ucunda en derin 9ukur ise diger bir ucunda olursa aradaki fark1n etkisini yakalamak mi.imktin olmaz. Bu sinlrlamalardan ottirli Rz(DIN) ve Rmax genellikle Rz(ISO) ve Ry' den daha kullant~hd1r.

47


YUzey PUrUziUii.ik Parametreleri

p2

p1 I t

' >

l

v5

v4

v2

\

!

t

.

~ekil

...

...

'··

6.

.

ve Ry parametrelerinin ttiretimi

...

. .'

;'..

.' ..

. ... ..... . .

Rz~rso)

.

.

.•.

.

. . ... . ..

.

..

.

.•

.

.. ... . .

..

..

•' ..: ...... . ' ~-

l. i

...

.......,

I

..

. ·... .

..

.

-• • " •

I

I

I

IJ '

;

,

I'

.. ' '. '

. '. '

'·"-'

'

.

"'

.·.:

..

.

4

.. '· .. ... '• .. . . . .. 0

•,

I

''·

~ekil

. .

. ••

.. .. .:. . .

... . ' ·-. .

.

.

•,

'

·..

. •' . ..

t

...'. .

I i

.. .

...

7. Farklt profiller i9in Rzosoh RzmiN), Rmax ve R~. parametrelerinin kar~tl~tinnast

11.4 Rq - Karekok ortalama (RMS) profil yiiksekligi ~'•

profilin purtizltillik ortalama eksen 9izgisinden

sap ma degerinin karesinin onalamasmrn karekoklidlir. Rq, a~agrdaki ~u formtille ifade edilebilmektedir:

48

Rq parametresi tepe ve 9ukurlara

kar~1

Ra' dan daha hassast1r. Bununla birlikte, yayg1n k.ullanrma sahip degildir. Bunun sebebi de ortalama yilkseklik profilinden ziyade bilhassa tepe ve 9ukur gib i a~JII degerleri dikkate alma egilimidir. ($ekil 3.8)


Y.Usluoglu, R.Kazan

...

.· •

..

..

..

'

.' \

p1

p2

I

p4

V

I

p5

I ~

J

.,

i

'

v3

•'

r

v2

v1

... VO·

'

'"

Ac b..i

Im

-

'''""'"" ""--

... I

Sekil 8. Ro~ . ~m~ . R· ve R\-m parametrelerinin ttiretilmesi .

Ortalam a tepe yilksekligi RP- Maksim urn tepe yiiksekligi Rvm- Ortalama ~ukur derinligi Rv- Maksim urn ~ukur derinligi

IJ.5

Rpm -

Su ana kadar tarif edilen param etreler, tepeler ve 9ukurlar arasmdaki fark1 ay1rt edemez. bmegin~ derin ~ukurlardan m tite~ekkil bir profil ayn1 btiytikltikteki tepelerle olu~an bir ytizey le ayn1 Rz(DIN) degerini verir. Be~ repen1n yliksekHk ortalamas1 Rpm' be~ 9ukurun derinlik ortalamas1 Rvm' en derin ~ukur Rv, en ytiksek tepenm ortalama eksenden ytiksekligi RP' dir. Rpm ve Rvm~u formiillerle ifade edilebilir.

-

Rpm

. '"'

. .;

.

"

...

,

·.. ........

;

'

..

wr

parametresi Ry puruzluluk parametresine baghdrr. Sekil .9 'da da gosterildigi gibi dtizeltilrni~ ve filtrelenmi~ dalga profilinin tepeden 9ukura maksim urn ytiksekligidir. •

·..' -· ·"·

Dalgahhk profiline bagh olarak Wr parametres1nrn onemli oldugu durumlara bir ornek, i9ten y anm all motor silindir ba~lar1drr. [4]

.. ...

.<

'

ill. DALGALILIK P . . . . . . . TRELERI Ill. I Wt- Toplam dalga yiiksekligi

••

.,

.....

'

. '·

·.

.. .

.. ...

...-

·.

···,

...

Sekil 9.

wt parametresinin ruretilmesi

49


YUzey PUrUziUIUk Parametreleri

IV.TOPLAM PROFiL PARA.METRELERi IV.l Pt- Toplam profil yiiksekligi '"'

.

.

,

0

.

.

.

.. 0

'

.

.

.

.. .•'.. . . . . . .... .. . '

ol ,

,

<

..

J •"'- 0

'

.. .

1

. ..

.. . . . .. ',

..

;,

°

1

.

~.:. .

..

0

..

. > 0

.. ....

• 0

,

<

""·

·. . . . .. . •

~

0

..

. ..

.. .

.

.

0

j.

~.

.

,,.

-

, ....

. ... ...... . . .._. ·..... .. .. .. ... . .. .. , '·. . ..

. . ,:.-.·.. --~-.... ...... -. ~

0.

~

... oo

.- :.

I

o

""

_.....

::·

.

...

0

·. . : ..: ·. •

·. ... .. :

.r

.

..

.:. Pt .·... :. . , ,

I'

.

..

'•

- .. .

-

..

• •

..

... . •

0

.

.

: :·

....

. -

• ?

. ..... • ~ekil

. '

. .. ,. 0

.

. .. •

. '

0

~

,

.,

.

.

..

'

.

lO.Pt parametresinin turetilmesi

fakat seviyelendirilmi~ ylizey profilinin (~ekil 10 'da gortildtigti gibi) tepeden 9ukura top lam yi.iksekligidir. Pr parametresi, toplam ptirlizlullik yliksekligi Ry ve toplam dalga ytiksekligi Wt parametrelerinin toplam1na e~ittir.

filtrelenmemi~

P1, tiretilen ytizeyin nominal dtiz ytizeyden sapmas1nm ol~timildiir. pb 9izik ya da ~ukurlar gibi mtinferit ylizey hatalar1nm bulunmas1 ve sayllmas1 i9in olduk9a kullant~hdu. [3] V. SONU<;

Ytizey purtizltiltigli parametrelerinin olu~turulmasrndan maksat, ylizeyin durumunu kesin olarak karakterize edebilen sayllar elde etmek ve boylece makine bile~imini kullanacak ki~inin subjektif degerlendirtneler yapmasmt onlemektir. Tek bir parametre ile ylizeyi ttimliyle karakterize etmek mlimktin olrnad1gmdan farkh parametreler kullan1lm aktadrr. Ytizey parametreleri aras1nda matematiksel bagmt1lar mevcut degildir. Her par9a ve yerine getirecegi farkh gorevler i9in farkh parametreler gereklidir. Bir ytizeyi ifade etmek i9in en az iki parametre kullanilmahdrr. Profilin her zaman filtresiz bir olytimli de almmahdrr. KAYNAKLAR

[1] Leigh,Mummery B.Eng, Surface texture analysis the handbook, Schnurr druck, Hommewerkw Gennany, 1990 [2] Williams J.A., Engineering Tribology, Oxford Science Publications, 1994

50

: •• : ,.:

• •

Pb

...

.. [3] Ulukan L. Makine Elemanlan III, ITU Makine Faktiltesi, 1991 .

[4] Moore D., Principles and Tribo logy, Pergamon Press, 197 5

Applications

of


SAU Fen Bilimleri EnstitUsi.i Dergisi ..

4.Cilt 1. ve 2.Saya (2000) 51-58

:

POLiMER MALZEMELERiN MEKANiK ANALiZ Y0NTEMLERi Mustafa Ken1al ARICIOdT_JU*, Bilal MER1~**, Yavuz SOYDAN*** +J-filkar Elektroteknik Ltd.Sti. Adapazarr-SakaiJ'a **A1KS A1er111er Kesn1e A4akineleri Adli.ye-Saka1ya ***Saka1ya Oniversitesi A1iihendislik Fakfiltesi A1akine A1iihendislig) !Jdliilnii EsenfeJJe-SakaiJJG

OZET Son otuz y1l i9erisinde, polimer rnalzen1elerin onen1i ar1n11~t1r ve arttnaya devarn etlnektedir. Ozeltiklc metallerin yerine ikatne edilen politnerler n1etallerden farkh ozelliklere sahip oldugundan bu tnalzen1elerin ozell iklerinin bel irlentnesi ve bu t)ze 11 iklerin belirlenmesinde kullantlan test teknikleri onetnli bir konu ha line geln1 i~tir. 8 u 9alt~n1ada po litner tnalzen1e Ier in n1ekanik ozellikleri ve kullanllan test teknikleri incelenn1 i~ti r.

zatnan ve sJcakiJk faktorlerini i9ine alan diger bilgiler ile desteklenrnelidir. Bu testlerin sonu9lan genellikle gerilme uzatna diyagran1lannda belirlenir. ~ekil 1'de 9e~itli poli1nerler i9in genelle~tirihni~ geriln1e-uzarna egrileri verihni~tir[ I) .

('·-.

sert ve gevrek I

I

,'

, I

C1>

-E~

I

C1>

I

:'

I

-~

I

0)

yumu~ak

I

I

ve gevrek

0)

yumu~ak

ve dayammlt

/--~-- -

.

-"

/

sert ve dayantmlt

I

• t

r

4-

I.G il~i~

..

.....

/

-

·- __ _.. _

- -----

.•

-- -

·-

uzama

uzame sert ve dayantkll

Polimerler serarnik ve tnetallere oran1a ~evreden gelen etkilere kar~1 daha duyarltd1rlar. Polin1erlerin rnekanik testleri de 90k gU9tUr. Polin1er n1alzen1e tOrlerinin 90klugu, kar~tla~ttrnH\ i~in kullandabilecek lest tekniklerinin tan1n1lanrnalannt olduk~a gU~Ic~tinnektedir . Belirli bir polirner i<;in ctdc cdilcn sonu~lar, nrctinl tnetodu ve test par~astntn haztrlantna rnetodu ilc bOyUk ol9Ude degi~ir. Politner tnalzetnelerin rnekanik ozellikleri stcakhga kar~1 olduk9a duyarll oldugundan n1ekanik teste tabi tutulan polin1erdeki zatnana bagh degi$iklikler olay1 daha kanna~tk bir hale sokn1aktad1r[ 1].

(', ___ / I I Q.)

C1>

g

.-& E

..

~

,

, !

yumu ~ak

ve dayentkh

/

..

~ckil

/

'

lastik {ideal}

/

/ /

• I • '

I

. /

.I

/

/

../

l. (c~itli polimcrlcr i~in genelle~tirihni~ gcrilrne-uzama e~rileri

11.1. <;elune Dayarun11 Testi (ASTM D 638)

<;ekn1e

11. <;EKME DA YANIMI

uza1nas1 ve 9ektne rnodUIU olyUtnleri, n1alzernelerin 5zelliklerinin bilinrnesi ac;1s1ndan en <Jnetnli belirleyici faktordUr. BUyUk bir yakla~tkhkla c;ekme testi,

Polin1er gere9lerin yektne daynnunlan arastnda bUyUk farklar vardtr. Bir 90k politner tnalzetnenin 9ekn1e gerilmesi 350 kg/ctn 2 ile 710 kg/ctn 2 arastnda degi~ir. <;ekn1e dayan 1n11 ile ilgili bulunan ve d ikkate al tnmas 1 gereken diger bir tlzellik de 9ekn1eye yalJ~tlan cisrnin koptnadan tlnce boyunda tneydana gelen uzarnadtr. Polietilen gibi baz1 polin1erler, 9ekildiklerinde boylan kopmadan once ilk boylanntn be~ kattna kadar uzar. Dogal lastik kopmadan once ilk boyunun o/o300 i le o/o400,U kadar uzar[2-3 ).

bir n1alze1nenin degi~ken yUkler alt1ndaki davrant~lannin ve kopn1adaki uzatnantn belirlentnesinde yard1mc1 olan bir 5lcyrne ytlnte1nidir. Bir malzemenin 9ekme tnodUIU ve bagil saglan1hg1 gerihne-zorlanma diyagramlanndan hesaplanabilir. <;e~itli tiplerdeki polimer malzemeler bUyUk bir stklrkla yekme dayan1mlanna, uzamalartna ve ~ekn1e modUllerine gore ktyaslan1rlar. <;ekme testlerinden elde edilen verileri, tasanmda polimerlerin kullantm stntrlanntn belirlenJnesi ve bir 90k politner i9inden dogru polirnerin se9iminin yaptlabiltnesi i9in gereklidir[4-5-6-78-9-l 0].

YOk-uzama testinden elde edilen graftk bir polirner hakktnda 90k yararll bilgiler verir. Bu bak11ndan 9ektne deneyleriyle belirlenen karakteristiklcr polirner tnalzetneleri kendi aralannda kar~da~ttnnnk ve kaJite kontro1U a~Jstndan c;ok dcgertidir. KonstrOksiyon i~in isc

11.1.1. Test prosediirii

·rest. nunntnenin her iki ucunun test cihaztntn 9eneleri arasrna srkt~ttnltp ~cnelerin digerinin sabit olarak hareket

51


Polimer Malzemelerin Mekanik Analiz Yontemleri

etn1esiyle ger~ckle$tirilir. ASTM D 638 slandartlanna gore dort degi$ik test luz1 varchr. BunJar; 0.2, 0.5, 2.0 ve 20.0 in/dak. 'd.Ir. Testlerde en ~ok kullruulan h1z isc 0.2 in/dak' dtr. Nrn11une cihazu1 9eneleri aras1na dikey olarak yerle~tirilir. Test numunesinin kayn1as1n1 cngellctnck i9in tutucular gergin ve sda oln1ahdtr. Htz ayarlanarak n1akine ~all~tmhr. Nun1unenin boyundakl uzan1a vc nu1nw1enin gosterdigi dirence kar~ll.tk gelen yiik degeri tnakine taraf1ndan kaydedilir. Par~a kopana kadar i~lcn1c dcvatn edilir. Koptna anntdaki gozlcnen uzatna, nun1w1cnin kopn1ada uzru11a degeridir. Koptna antnda uygulanan ytik dcgeri de tnakine taraftndan kaydcdi lir. Aktnadaki vc kopn1adaki yckn1e degcrleri hcsaplatur[ 4-5-<>-7 -8-9-1 0]. 11.1.2. Test

sonu~lartntn

irdclcnmcsi

<;clone

tcstlcri vcrilcri tnalzctncnin tasarunda kullarununda tasann1c1 i~in en yararh verilcrin ba~tnda gelir. bu nedenle yap1lan tcstlerin onenti bir kat daha arttnaktachr. Malzentenin ntolekiiler dizili~i ~cklne dayanunuu etki Ier. Ornegin yuk tnalzctnenin n1olcktiler dizili~ine paralel yonde uygulmursa, akJna dayanu1u degcri!' yiikiln dizili~c dik uygulandtg1 zatnankindcn daha

yi.iksek olacakttr. Test nutnuncsinin haztrlantnasx da ba~h ba~n1a test sonu<;lanna ctki cdcn bir faktordUr. Orncgin Ct\icksiyon kahplan1a ilc iirctilcn ntnnunclcrin aktna dayanunlan, s1la~tlrtna kahplatna n1ctoduyla urctilcn nuntunelerin alana dayantnllanndan daha yiiksck ~lktnaktadlr. Kahpla itnal edi len nutnunelerde test sonu~lanru etkileyen diger bir faktordc~ iticinin boyutu vc yeridir. Tala~JI i~lcncrck elde edilen nun1unclerdc ise olu~an yiizey diizgiinstizli.igunden (c;entik ctkisi vs.) dolay1 alana dayatunu vc uza1na degerleri daha da dii~tik 9:tkmaktadu. Aynca ~ogu PJliluerik n1alzcn1elerde,. sicakllktaki kii~i.ik degi~itnler test sonu9lar1nda btiytik farkhllldar getirir[4-5-6-7-8-9-10]. Ill. BASMA DAYANIMI

Bastna zorlann1as1 vc ntu.kavetncti daha ?.iyadc yiiklernclcrin uzun siirc ctki ettncsi hallcrinde goz oni.i.nc altnan faktorlerdendir. istif cdihni~ dolu polin1cr kasalann1n yiiklentnesi, kaytnah yatak ta~nna ytizey bolgeleri vs. stirekli bastna gerilntelerine tnaruz tipik orneklerdir. Bastna Inukavetneti polimcrlcrde de n1etallerinkine benzer ~ekilde ol~iiltir. Polin1crlerin baskt testlcri alttndaki geriln1c-uzru11a cgrilcri gcnclliklc ~cklnc egrileri karakterindcdir. Sert, yutnu~ak vc gcvrck gibi terinllerin anJatnlart da basn1a da ayrudtr. Bastna

testlerinden clde edilen panunetrclerin stcakhk ve yiiklen1e luz1 ile dcgi~n1elcri ~ckn1c tcstlerin~c c~dcgcr paratnetrelerin dcgi~irnlerini izlcr[ 1-2-3-11 J. '

~

â&#x20AC;˘

ill. I. Basma Dayan1m1 Dcneyi (ASTM D 695) Pratik uygularnalarda bask1 kuvvetlcri nurnuncyc ani

olarak etki etrnezler. Bas1na dayantmt testlerindc clde edilen veriler kalite kontrol uygulru11.alartnda nwntulcnin

52

vc ozcl atna~lt bazt uygulatnalar i~in kullruuhrlar. Basn1a ozclliklcri elastisite rnodtiliin~ akn1a dayantnutu, basma dayantnu1u i~rir. Bunwlla birlikte bastna dayanutu ve elastisite modiilti tasanmda rchbcr olarnk kullarulan en onenui iki veridir[4-5-6-7-8-

kabul vcya rcddi

i~in

9-l 0 J. III.l.l. Test proscdiirii Nutnunc bastna taklnuan arastna ycrle~tirilir. Burada

nwnuncnin tabanuun takunlartn ytizeyine paralel oln1asu1a dikkat cdihnclidir. Nun1wtc iizcrinc kuvvet bell i bir luzda uygulantr ve ~atlak olu~wnunw1 ba~lachgx InaksimUin kuvvet kaydedilir. Gerilme-zorlamna dcgcrlcri oton1atik olarak kaydcdilir. Bastna dayannm test boyunca uygulanan tnaksimutn bastna kuvveti kullanllarJk nutnuncnin orijinal tninilnwn kesit alru.una boltitunesiylc bulw1ur. Elastisitc ntodi.ilii l.tpkl 9ekme ' 'e egihnede oldugu gibi hesaplantr[4-5-6-7-8-9 .. 10]. 111.1.2. Test

sonu~lanntn

irdelenmesi

Cc~itli

tcstlerdcn clde edilcn dcgcrlcrin kar~lla~tm11alart her zrunan gc~crl i ol n1az. <;unki.i bWllartn baztlan ta111 bozuln1ada!' baztlan isc kabul cdilenlcyecck kadar biiyuk bir distorisyonda ahntnt~ olabilirler. Bir ~ok polin1erlcr baskt alttnda tatn bozuhnadlklanndan distorisyonda bir lin1it kabuliinden ka~uulan1az. Ger~ekten bazt hallerde

nutnune ince bir disk haline gcldigi halde n1alzemede bozulnm, patlanm veya ~atlanm __ . gibi olaylar goriiln1cyebilir. <;ekme ve basn1a testleri altmdaki karakteristikleri farklt olan birka~ polimer vardrr. Omegin~ polistiren 9ektnede gevrek, basn1ada ise lastiksidir[ 1]. IV. EGiLME DAYANIMI

Poli n1crlcrin gcrilmc-zorlantna davran1~lan kadar, egilme ozcJI iklcri de oncn1 ta~1r. Pratikte n1an1uller art ~ekme vcya bastnaya tnaruz ka hnazlar. Egilme de en c;ok goriilcn gcrihnc ~c~itlerindendir. Bazt poH.111erik n1alzen1elcr cgihnc kuvvetleri atlnda biiylik ~ekil ' dcgi~in1lerinc ulfcld.lklari halde kopmazlar. Bu da pratik olarak aklna gerihnesinin hesaplatunasmda zorluklai tneyd.ana getirir. Bu sorun o/o 5 esneme kaydedildiginde ol~tilcn kuweti alarak ortadan kaldinlrr. % 5 esneme: nutnw1cnin dt~ ytizeyindeki gerihne degeri % 5 arttt~ zatnanki dcger olarak taninuarur[4-5-6-7-8-9-10]. IV.l. Egilmc Dayanam1 Tcsti (ASTM D 790)

Egihnc dayantmt tcstinin ~k.t11e testine oranla baz1 avantajlar1 vardtr. Egihne dayanum testi i~in kullarulat1 nutnuncttin haztrlanmast daha kolayd.tr. Nwnunenin tes! diizencginc ycrlc~tirihncsi de daha basittir. Aynca ~elane tcstindc tutucularut nmnwte ile tetnas ettigi noktalard2 gcrilnteler olu~n1aktadtr. Egiln1:e testinin diger bir avantaj1 da kii9tik zorlann1alann ger9t!k defortnasyonlann dal12


M.K.Artctoglu, B.Mert, Y.Soydan

~cni~

alanlarda dogntlukla saptanabiltncsidir(4-5-6-7-8-9-

0]. ~giln1e

ozelliklerinin hesaplann1astnda iki tcrncl test

eknigi kullanthr. Bunlann ilkL ii~ nokta yiiklcn1c istcmidir. Burada numunc iki noktadan rncsnctlcnir vc ,ftastndan yiik uygularur. Numune dikdortgen kesitlidir. ~u metot daha ~ok kalitc kontrol uygulantalannda vc ozcl rna~lar i~in egihnc ozclliklcrinin hcsaplann1astnda llllanllu. ikinci n1etot ise dart nokta ytiklcn1c sitcntidir. ki tnesnet aras1 ii~ e~it par~aya aynhr ve buralardan ·illdeme yapthr[5-9-10]. IV.1.1. Test J>roscdiirii

Jygulanan yontcrnc gore yi.ik bir vc ya iki noktadan nununcye tatbik edilir. Olu~an schirnin hcsaplanrnastnda, 1a kuvvctin uygulandtgi noktarun alltna bir strain gage · <ovarak ya da kuwct uygulayan apan1ttn dti~cy yondcki · .Ierletnesine bakarak hesaplantr. Egihne gcrihncsi ~u 11nnilllerin yan:bnuyla hesap cdilir[9]. ..

Egillnc dayan1n11 test h1ztna, nun1unc kahnhgtna vc de n1csnctlcr arasJ n1csafcyc gore dcgi~in1 gostcrir. Mcsnctlcr aras1 n1csafc vc test htzt sabit kahnca; egilme dayantnll artan kaltnhkla artar[ 5-8-9 .. 10]. V. DARBE DiRENCi

Darbc dircnci, cistne darbc veya ~ok ~eklinde etk:i edetl kuvvctlcrc kar$1 cisitndc bclircn dc~crdir. Bu ozclliklc polin1crin dayatukhhgt ol~iiliir. Darbe dircnci, bir politncrin ani yiikler alttnda kahc1 deformasyona girtnetne ozelligine baghdlr. Ytikleme luzt darbeye e~dcgcr oln1ak kaydtyla, geriht1e-uza1na cgrisi alttnda kalan alan darbe direncinin bir ol9iisiidiir. 019ftlen darbe dircnci test par9astn1n larlln1ast i<;in yaptlan i~in bir oJ~iisiidi.ir. Polilnerik tnalzcn1clcrin darbc testlcri degi~ik bir <;ok n1ctotla Ol~iilcbilirl2-3-4 .. 5-6-7-8-9-10-12J.

V.l.

.•

S= 3PL 2bd

(1)

2

Burada S egihne gerihnesi, P uygulanan yiik, L tnesnetlcr :1ras1 tnesafe, b nwllWlenin geni~ligi ve d de nun1w1enin kalmhgtdlr. Egilnte geriLinesi, asal eksenden en uzak noktadaki koptnada olu$an xnaksintwn gerihneye e~ittir. Bu dcgcr yukandaki fonni.ilasyonla hcsaplantr. Ancak burada P ile gosterilen uygulanan yiik yerine koptna ruunda ol<;tilen yiik yaz1hr. Asal eksenden en uzak noktada olu~an 1naksiJuun1 zorlruuna $U fortntille

Sarka~

Ti1Ji Darbe Testlcri

Sarka~

tipi darbc testlerindc genel an1a9, sarka9ta biriktirilcn kinctik enerjiyi standart numuneye ani olarak vererck nwnunenin darbe dayantnunt ol9mektir. Burada par~an1n klnlabi hnesi i~in biriktirilen kinetik enerj inin par<;antn lanhnast i~in gerekli enerjiye e$it veya daha biiyilk oln1as1 gcrckir. Sarka~ tipi darbc tcstlcrinde nw11uneler <;entikli veya <;entiksiz olabilir. Izod ve Charpy darbe testleri birbirlerine 90k benzerler. Kullaru Ian numunelerin boyutlan ve alete yerle~tirilmeleri birbirlerinden farkhdrr. Izod darbe testinde nun1une dikey, Charpy darbe testinde ise nutnWle yatay olarak ycrlc~tirilir. Burada nun1unctlin absorbc ettigi enerji Es ~oyle hesaplatur[4-5-6-7-8-9-l 0-12] (3)

hesaplarur[9]. E 1 ba~langt~ta sarkacu1 en tist konuntda buJundugu andaki bilinen enerjisi, ER sarkac111 ~arpmadan sonra ytikseldigi maksintunt konun1daki enerji, EF siirtiintne ile kaybolan enerji, Ew lartlan ~r9ada kaybolan cncrjidir. Ew ~ok kiic;iik oldugundan ihntal edilcbilir. EF isc daha 6nccdcn bir takln1 testlerlc bulw1up belirlcnir. E1 ve ER ise test aletinin iizerinden direkt olarak okunabilir. Sarka9 tipi darbe testlerini; Izod, Charpy, 9entik ve ~elaneli darbe testleri olmak iizere dOrt ana ba~hk alttnda inceleyebiliriz[9]. Burada

r = 6Ddl L

2

(2)

Burada r ntaksin1un\ zorlantna, D o1u$an sehin1, L tnesnetlcr arns1 ntesafc vc d nuntuncnin kahnhgtd.tr. IV.1.2. Test sonu~lar1n1n irdelenmesi

<;elaue testinde oldugu gibi egilnte dayanu1u tcstinde de elde edilen venlerin onetni tasanntcllar i~in btiyilktur. Egilme dayan1m1na etki eden faktorlerin ba~tnda numunelerin n1olekiiler dizili$i gelir. Orne~in nun1w1enin tnolektiler dizili~ine dik yonde bir kuvvet uygulandlgtnda elde edilecek degerler, dizili~e paralel yonde uygulandlgt zaman elde edilecek degerlerden daha ytiksek olacakttr. c;elanede oldugu gibi enjeksiyon kahplama ile i.iretilen mamullcr stlo~tmna kahplama metodu ile tiretilen nutnunelcrden daha ytiksck degerler vereccktir. Egihne dayazunu ve elastisite tnodiilH stcakltkla ters oranllh olarak degi~ir. Y i.iksck test stcakhldarntda cgihnc dayanuni ve elastisite n1odtilti degerlcri dii$ti$ gosterir.

Izod darbe lesti (ASTM D 256)~ genellikle Amerika Birle~ik Devletlerinde ve ingiltere'de kullanthr (British Standarts (BS) 2782, Met11od 306 A). Izod darbe testi i~in haztrlanan ~entikli nwnWle dik olarak alete yerle~tirilir. Sarkactn ucundaki vurucunun radiisii 3.2 mm dir. ASTM

standartlanna gore sarka~, 0.61

~

BS standartlanna gore

ise 0. 3 1 111 yiikseklikten b1ralahr. Sarkacut ucWldaki vurucu 9entigin iizerindeki bir noktaya yatay olarak vurur. Darbe direnci hakkJ.nda doyurucu bir sonuca

va rabi hnek i9in en az on nwuune iJe i~lenu tekrarlrunak gcrckir. Bu test ayn1 politner tiiriiniln 9e$i Ui tipleriitin

53


Polimer Malzemelerin Mekanik Analiz Yontemleri

birbirlcriylc luyaslann1ast i~in faydahdtr. Farkh polin1cr tiirlcrinin birbirlcriylc ktyaslantnastnda isc <;c~illi yantlgllara ncden olabihuckledir. Zira bazt politncrlcr ac;tlan 9entik ve 9entik etraflnda olu$an gcrihucler nedeniyle, olun1suz yonde elkilenebilntcktcdirlcr. bn1egin naylo11 ve asetal tiirii. polimcrler ~cnlik a~n1a i~leminden olumsuz bir ~ckilde ctkilcndiklcrindcn, ashnda darbcye dayantn1lar1 ytiksck bi rcr Inalzctne • • • oln1alanna ragtnen dti~tik Izod darbc dayantmt sonu<;lan vennektedirler[ 4-5-6-7-8-9-1 0-12].

cncrjiyc c~itlir. Bu alan dirckl olarak n1alzctncnin darbc dircnci ilc oranllhdtr. Bu alan ne kadar btiytiksc tcstin

Charpy darbe testi (ASTM D 256 Method B)~ gencllikle latastnda kullaniltr. Ozclliklc Ahnan. Avrupa standartlannda (DIN 53453) kullantnH ~ok yaygtndtr. .. Charpy darbc testinde nwnune sarkac1n vunna konmnllilda tan1 ortaya vuracak ~ckildc ayarhuur. Sarkactn vurucu ktsnH nutnuncyc ortastndan, c;cntigin oldugu ycrden vurarak ktrar. Ktnna i~lctnindcn sonrJ sarkac1n ry1k:ttgt yi.iksek.lige gore darbe dayarunu olc;ultir. Charpy darbe dayantnll testi, An1erika B irle~ik Devletlerinde ASTM D 256 Method B, ingilterc'dc BS 2782 Methods 306 D ve E olarak bilinirlcr[4-6-7-8-9-12].

12].

<;entik darbe testi;Uniroyal Chctnical Co. tarJf1ndan geli~tirilen bir yonten1dir. Bu yontcn1lc 1nalzcn1c ic;erisindcki n1ikro ~atlaklann vc ortan1 ko~ullann1n darbc direnci tizerindeki etkisi goz ontinde bulundurulur. <;cntik darbe testi bir c;ok yonden Izod darbe testinc bcnzer. <;entik darbe testinde de sarka~h bir ~eki~ kullaiuhr. Genellikle 1xD. 5 in. ebadln~ 0. 65 in. kahnhg1nda nutnunenin tizcrinc dti~tirtili.ir. Nun1une cnjcksiyon vcya stkt~tlnna kahplan1a n1ctoduyla ya da lcvhadan kcsilcrck iirctilir. Nutnunenin sahip oldugu tokluk nun1w1enin absorbe ettigi enerji olarak truutularur ve sarkacu1 darbeden son.rJ yikllgt ytiksekliklc 619ti1tir[4-6-7-8-9-12] . ~ektneli

darbc testi (ASTM D 1822)~ csnck (lzod vc Charpy) darbc testlerinde olu~an farkhhklaru1 gideriln1csi ic;in gcli~tirihni~tir. (cntik hassasiycti, sahn1n1 faktori.i vc nu1nunc kahnltgt gibi teste ctki cdcn faklorlcr 9Ck1ncl i darbe tcstindc ortadan kaldJnhnt~ttr. Jzod vc Charpy darbe testle.rindc nu1nunc belli bir kahnhktan dti~ilk olantaz. Anta 9ektneli darbe testindc ~ok incc par~alann bile darbe degerleri hesaplanabilir. Anizotropi ve dizili~ etldleri gibi polin1erik malzetnclerin diger pck ~ok karaktcristiklcri, ~claneli darbe tcsti kul1an1.larak hesaplanabilir[4-6-7-8-9-12]. V.2. Yiikscl< Hazh Gcrilmc Tcsti

Juz1 o dcnli yilksck ohnahdtr. c;cknlc dayantn1t vc uzan1a arasu1daki ili~ki ile malzetnenin darbe dayarunu yiiksek luzlt gerilme testi ile degerlendirilir. <;elane dayan1m1 artan test luztyla arlt~ gostcrirken uzatna ise azalt~ gostcrir. Bununla bcrabcr yiiksck luzh gerihnc testi, en uygun politncrin sc9in1inde bize yol gosterir. Ultra yi.iksck htzh gcriln1e tcstlcri, yun1u~ak polin1erlcrin darbe davran1~lanrun incelctUl1CSi i~in geli~tirilnli~tir. Burada test h1zlart 10 000 nlidak'ya ~Ikabihuektedir[4-6-7-8-9-

V.3. Agsrhk

54

Dii~iirmcli

Darbe Testi

Agtrhk dti~ilrn1eli tnetotlar gencllikle levha ~eklindeki

polinlcrlcrin darbc dayanlnllannln ol~lnlcri i~in kullan1hr. Bu test ~cklindc agtrhk olarak kullanilan kiille veya ntununenin tizerine b1raktlma ytiksekligi yava~ yava~ artllnlu. Burada levhadan ntiite~ekkil nwt1w1e, dli$iiri.ilen agtrltk tatn ortastna gelecek ~ekilde yarlc~tirilir. A~rhk daha onceden belirlenmi~ bir ytiksckligc kadar 91kanhr vc a~agiya dogru serbest btrakthr. Agtrllk kilavuzJartn yarduntyla yoriingeden ~tktnadan hcdcfini yani ntununcyi bulur. Burada vurucu k.Js1n1 agtrl1g.n a1t taraf1na tnonte cdihui~tir. Ge~en ytllar ~cr~cvcsi ndc yaptlan ~ah~rnalar ncticesindc geli~tirilmi~ en luzh ag-trhk dii~iirtneli darbe testi tnakinesinin luzuun yahuzca 8 nlls civarlartnda oldugu bunun da ticari olarak

tatn1in cdici ohnadtgt

gorilln1ii~Hir[4-6-7-8~9-12].

V.4. Alctli Darbc Tcsti Gelcncksel darbc testlcrindeki en btiyiik dezavantaj bir

tck dcgcr cldc etxncleridir. 0 dcgcr de ya darbe direncidir vcya dcgilclir. Gelenekscl darbe tcstleri dinanlik tokluk, 9atlak olu~un1u ve nu1nunenin darbe esnasu1daki davrant~l hakk1nda bize bir fikir vem1ez. Butiin bu gclcncksel darbc tcsllcri darbe esnastnda olu~n enerji ah~ vcri~ini polin1cr dcforn1asyonun ba~ladJgt zan1andan <;atlak olu~urnuna kadar gc~cn cvrclcri gostcrctncz. Alctli darbc tcstlcrindc sarka<; tipi ve aguhk di.i~iirtncli darbe tcstlcrindc kullanllan vuruculara straingage yerle~tirilir. Vunna i~lctnindcn once nutnw1eye fiber optik aletler yerlc~tirilir vc osiloskopla irtibatlanchnhr. Straingagelerin ~tkl$lan da bu osiloskopa baglanchktan sonra tiin1 kmna i~letni siiresincc numuneyc uygulanan yiik degerini gosterebilir. Yiik zatnan grafiklerinin ~lkttst almabilir. Nun1uncde olu$an ycr dcgi$tirnle~ yiik-zatnan egrisinin

kcrc intcgre ediln1csiyle hesaplanarak ytik-yer dcgi~tirme cgrisi 9izilcbilir. Gcli~en teknoloji He birlikte bazt iirctici firn1alar ntik:ro i~le1nciler kullanarak direkt yiik-yer dcgi~tinne grafigi veren aletler yapnta)'l ba~am1t~lardtr. Darbc oratu, akntadaki ve kopmadaki yer dcgi~tinnc vc kuvvct vc ~atlak olu~un1u enetjileri gibi bir 90k kullant~h veri artlk direkt olarak aletlerden ahnabihncktedir[4-6-7-8-9-12]. iki

Yiiksek luzh gerilme tcsti sarka9 tipi gcriln1c test1crinin kullantmtnda baz1 zorluklar goriildiigii i9in geli~tirilnti~tir. Daha onceki bu testier konvensiyoncl c;ekn1e aletleriyle yapthyordu. Y tiksck luzh gcrihnc testleri 20 in./dak gibi yiiksck h1zlarda agtrhk dti~iinncli darbe testlerindcn daha iyi sonu~lar vcnucktcdir. Bilindigi gibi gerihne-zorlann1a diyagran1u11da cgrinin al ttnda kalan alan, tnalzetnenin k.Jnhnasx i9i n gcrckl i

.


M.K.Arrctoglu, B.Mert, Y.Soydan

V.5. Yiiksck Hazh Darbc Tcstlcri

Politner sek1oriindcki gcli$nlelcr vc kuJlanun · alannun artn1as1 yiiksek htzh darbe testlerinin kullaninll i.~in bir yol a9nu~tlr. Polimerik n1alzentcleri ilgilcndircn yiikuzatna egrisi vc toplan encrji absorbasyonu gibi bir 90k onemli bilgiler htz arahgt 30-570 000 inldak olan yiiksck luzh darbe testleriyle cldc cdilcbilirler.Yiiksek luzh darbc tcstlerinin kullanunt giin gc~tik~e artnlt~hr. Polirncr malzemelerin yilksek darbe dayaruntlanrun ol9iin1ti, omegin otontotiv sektoriinde gcleneksel testier kullantlanuyordu. Standartlarda darbe sitnulasyon luznun tninitnunl 28 ntph (30.000 in/dak) oldugu goz oniine aluursa yiiksek luzh darbe testlerinin onctninin bu alanda ne kadar biiyiik oldugu gorilliir[4-6-7-8-9- I 2]. V.6. Kombinc Darbc Testi (ASTM D 2463)

Kon1bine darbe testleri gcr9ek darbc ~artlan na uJa~n1ak i9in yaptlan testlerdir. ~i~inne kahplruna ilc iirctilcn tem1oplastiklere ASTM D 2463 nwnarah standart test uygulamr. Burada nutnWlenin i9i su ile doldurularak belli bir yillcseklikten bir yiizeyc dil$iiriiltir. Digcr bir kotnbinc darbe tcsti de Air Crumon darbc testidir (ACIT). Bu test dtizenegi rijit polin1crlcrin tokluklarnun test cdihncsindc kullanthr. Bu tcsttc ktircscl polin1cr ncsnclcr stkt~tlrllnll$ hava tabancastyla nutnuncnin tizcrinc ftrlatthrlar. Cc~itli ag1rhkta vc boyutta ktircscl ncsnclcr kullanJ labilir. Hava bnstnct ayarhmarak bunlann luzlan kontrol cdilirf9]. VI. A~JNMA

Polinterik Inalzetnelcrin a~u1n1a dircn~lcri ~ok kon1plcks bir konudur. Gfutilinilzde, siirtiliune kuvvetleri, yiik vc ger~ek tetnas yiizeyleri ile ilgili pek 90k teori geli~tirihni~tir ve halen de geli~tirihneye devan1 edilntekte<.lir. Bu ii~ parrunetrede ger9ekle~en herhangi bir degi~iklik, a$uunaya btiyiik ol~iide etki etJncktedir. Politnerik n1alzernelerin scrtligi a~nuna karalctcristigi i.izerinde etkili olan diger bir faktordur. Ontcgin ortalanta pilriizliiJiik dcgcri yiiksck olan scrt bir n1alzcn1c kar~1srnda daha yuntu~ak bir n1alzen1cylc tctnasa gc9tigi zrunan bu tnalzetne iizerinde fark edilcbilir oyuklar, yivler ve <;izikler tneydana getirecegi su gotiirtncz bir ger~ktir. A~tnnm direnci, politnerik n1alzctnclcrin ozellikleri, esnekligi, eklenen polimcrle~tiricilerin ve katlo maddeleritlin miktarlan ve cinsi gibi diger faktorlerden de etkilenir[4-6-8-9].

Vl.l.

A~1nma Dir~nci

olarnk 4 in. ~ap1nda bir disk kullanthr. Merkczinde 114 in ~aptnda bir del ik rncvcuttur. Malzcn1cnin cinsinc gore ·· uygun tckerlck ayan yaptlarak ytik verilir. Doncr tablanu1 harekctc ba~lantastyla, ototnatik saya9 saytrna ba~lar ve kaydcder. Testier genelde en ez 5000 devirden sonra bitirilir. Nwnm1enin tng cinsindcn aguhk kayb1 hesaplarur. Test sonu((lan awrhk kaybtnt tng/1 000 devir cinsindcn rJpor edilir[4-6-8-9].

VII. SERTLiK

Polirnerlcrdc sertlik Rockwell, Duromctre, Bacrol, Shore ve Ktire basn1a sertligi, olnlak tizcre be~ n1etotla ol9illfu. Shore sertlik olc;tue tnetodwuia sert koni ucun yiik alt.Inda tna1zetneye girn1csine kar~t dircn~ olarak ifade edilir. Lastik gibi ytunu~ak poliJnerlerde Shore-A, diger polilnerlcrdc isc Shore ..D yontcn1i kuJJantbr. Kiire basma scrtligindc ise belirli bir P yiiki.i ile D c;aptndaki klirenin n1alzcntcyc t stiresince basttrtl dtgtnda ortaya 91kan h batn1a dcrinligi ile ters orantlluitr. Burada sertlik degeri yiilden1e zatnatuna bagh olarak 90k degi~ir. Metallerinkinden farkJ1 olarnk zaman verilmelidir[4-5-68-9-10-1l-13]. V11.1. Rock\vcll Scrtlik Ol~mc Tcsti (ASTM D 785)

Bu dcncydc kahnltgi en az ~ in olan levha vcya plakalar kulhuuhr. Nutnunclcr kahplanarak vcya lcvhadan tala~h i~lencrek cldc edilcbilirlcr. Deneyde standart bir ~elik bi lye dii~iik bir ytiklc nutnutte levhatun yilzeyine basllnlir. Boylccc nun1une ilc bilycnin tamatnen ten1as cttnesi saglruur. Bu konutnda dcncy aletinin gostergcsi s1f1rlantr. Daha sonra bir yiik daha uygulamr ve 15 saniye beklenir. Yiik kaldtnur ve bir 15 saniye daha bcklendikten sonra bilyenin nun1m1e iizerinde a9tigt oyugun derinligi ol~illiir. Deneylerde degi~ik bilye ve agtrhk kotnbinasyonlan kullatuln1aktadtr[5--6-8-9-1 0]. Rock,vcll scrtligi aynt politucr ttiriintin degi~ik tipleri i~in ktyaslan1a amactyla uy!:,'Ulanabilccck bir deney ~eklidir. Cclik bilycyc yiik uygulayarak polilucrik tnalzctncdc tneydana gctirilcn oyugun boyutlannda, 15 saniye

beklenerek csneklik nedeniyle ~eklinin geriye dontuesi de soz konusu oldugmtdan sertlik yantnda esneklik de etkili olntakta vc bu nedenJe Rockwell sertligi farkh tiirdeki JX)limcrlerin sertlik tayinlerinde kesin sonuclar vet tnen1ektcdir[5-6-8-9-1 0]. VII.2. Durometre Scrtlik Ol~me Testi

Testlcri

(ASTM D 2240)

Malzen1enin a~nuna direnci kabiliyeti, bir a~1ndmct kar~tsu1da a~tnnmya n1aruz kaldtgtnda ag.trhgutdaki azallnanut olcri.ilmesi a<;tsJndan en c;ok yaptlan tcstlcrdcn bi ridir. Endiistridc en c;ok kabul gorcn Tabcr a~uldtnclst olarak bilincn test cihaztdtr. Bu cihaz111 en 6ncrnli ozclli~i i.izerindc bulunan tekerlcklerinin ayarlanabilir ohnast vc n1alzcn1cnin ~c~idinc gore kullanJinHlSidlr. Nun1unc

. •

Durotnctrc sertlik tH~me testi genellikle sertlikleri birbirlcrinc yaJan yumu~ak n1alzemelerin sertliklerini oJc;n1ek ic;in kullaJuhr. Duron1etre scrtlik <H~me cihazlanntn bastnc; uygulanan ktsnuna bagll incc u~lu bir ayag1 buJunrnaktadJr. Bu ayak tcntcli tanuunen yilzcyc dcgccck ~ckildc basttnJdJgsnda gostergcdc okunan degcr

55


Polimer Malzemelerin Mekanik Analiz Yontemleri

sertlik degeri olarak kaydedilir. Dency sonu~lan 0, dan 100 'e kadar bOliitnlctuui~ bir gostcrgcdcn oku1unakta olup elde edilen degerlerin bir birinli yoktur. Durometreye basn19 uygularur uygulann1az okunan degerler, basm~ uygulamnasu1dan sonra bir sure bcklcyip okunan degerlerden farkhdrr. Bu dunun polirnerik ·. ntalzenlelerin siirtinrne oze ll igi ndcn kaynaklanmaktadlr[5-6-8-9-101. VII.J. Bacrol Scnlik Ot~n1c Tcsti (AS'I'M D 2S83)

Bacrol sertligi gli~lendirihni$ ve gil9lendiriln1cn1i~ sert politnerlerin sertliginin ol9t11esi i9in kullanllan bir yontentdir. Sertlik ol9mc cihaz1 portatif bir cihaz olup sertligi ol~iilecck tnalze1nenin ycrine goturi\lcbihuesidir. Bacrol sertlik cihaz1 keskin konik tiptc bir ballet uca ve 100 kisu11dan olu~an bir kadrana sahiptir. Her kts1n1 0.0003 in. derinligindc bir batJ.nayt gostcrir. Test nwnunesinin kahnhg1 1/16 in ohnak zorundachr. ilmi~tir[9]. ••

VII.4. Shore Scrtlil{ Oh;mc l,esti

Ucu kesihni~ veya yu varlattln1t~ bir koni u9 ballna ucu olarak kuiJatultr. OI9tne prcnsibi ~ckil 2., de gostcrilnli ~tir. Cihaznt dayanma yi.izcyi scrlligi olyi.ilccck poli tncr 1nalzen1e yilzcyine tctnas edinccyc kadar (scrbcsu.;c) cihaza basunhr. Bu dun1n1da Shore sertligini n tarift ~ a = 111 + 11t olup a-t farla Shore sertligi olarak aletin skalasutdan dogrudan dogruya okunur. 11t = 0 ve a ~I ohnast dunnnunda sertlik 100 Shore den1cktir. Kullruula11 yay sabitine ve bat1c1 uc; ~ekline gore Shore· A ve Shore-D degcrleri tarif edil ir. Deneylcrin 20°C ~dc yap1hnas1 gerekir. OI<;n1c cihazt darbcsiz basllnhnak vc olc;tne siiresi 3 sn tutuhnahdlr. Yutnu~ak polil11Cf 1nalzentelerin (lastik v.s.) sertliklerin olc;iihnesinde ShoreA (SA) k:ullanll1rken sert politnerlerde (c;e~itli tennosetler gibi) ise Shore-D (SD) 6l9iintii gcrekir( ll] .

=

VI1.5. Kurc Basma Scrtlil< Ol~mc Tcsti

Burada D=5 nun 9apu1da c;elik kiirc, P=50 kg aguhk bir yill<le polirner tnalzetne tizerine bastJ.nlrr. Yiik altlnda iz derinl igi~ h, olc;iiliir. Yi.ikletne stiresi 10 ve 60 sn dir. Buna gore sertlik degeri, bastna kuvvetinin yUk alt1nda ikcn ktire kapagnun alatuna ooltinlti $eklinde tarif cdi 1i r [ lll.

1)

H=--Tr.D.h

(4)

VIII. KAYMA DAYANIMI

Poli1nerlcre kaytua gerihnelcri uygulamak i.izere ~~itli 1netotlara ba$ vunthnu~tur. Muhten1elen en iyi metot polin1er boruya bir dondiirn1e n1otuenti uygulatnakttr. Fakat biltiin polirnerler boru haline getiriletnedigindeu bu tnetot cvrcnsel dcgildir. Bir polin1erin kayn1a dayam1mnt ol9tnck ic;in gc9111i~te en c;ok kullarulan tnetot standart bir polintcr tabakada standart bir znnba ile delik ac;mak i~in gcrckli en ytiksck yiiktin olc;tihnesidir. Fakat bu uygulan1ada politncr labakantn standartla~ttnln1ast ile ilgili problctnler d.I~1nda, znnba ilc uygulanan gerilmc tatnanu ile kayn1a gcrihnesi olmadl~ndan sonuc;lara giivenilernez. Aynca baz1 nurnunelerin, en ytiksek yiike 91lanadan once ak:Inaya ba$lachklan gonilnn1~ttir. Bu durun1larda pratik bir kayma daya1unl degeri olarak akma geriln1esi daha dogru bir sonuc;t1rr. Kayma dayanumrun ol9iilrnesi i9in gi.iniitniizde en c;ok tercih edilen metot AST M D 732 ' dirll-8-9J. VIII. t. Kaynta Dayan1m1 Tcsti (ASTM D 732)

Kaytna dayanmutun olc;tiln1esi i9il1 test llWUWlesi 2 lll. 9aptnda bir levhadan kesilir veya kahplanarak elde edilir. Nun1unenin kahnhgr 0 .005 in.-0.5 in. arastnda degi$ir. Nun1uncnin Incrkczinde 7I 16 in. c;aptnda bir delik tnevcuttur[8-9]. Nutnune c;eneler arastna stki~unhr. Erkek zunba delikten gec;irildikten sonra alt klsnnndan somun ile stlalarak sotnunun nun1une yi.izeyine temas etn1esi saglamr. Daha sonrn zunbaya kuvvet uygulantr ve nutnune kaymaya zorlantr[8-9]. Vlll.2. Dinamik Kayma Modiilii Ol~iimii Testi

(ASTM D 2236-64T) a)

B~lang19

duntmu

~ekil2.

56

b) Ols:tne durun1u

Shore sertlik olyme ciha zt

Dinruuik kaytna modtiliintin olc;i.imti ic;in tork sarkac1 denilen bir diizcnekten yaralarubr. Tork sarkact, politnerin dinamik kayn1a modi.iliini.in ve ntekrulik soniitnletne tnodUllintin tayininde kullruuhr. Aletin operasyon frekansuun arahg1 0.01 Hz ile 50Hz arasmda dcgi~ir. Nutnune silinclirik bir ~ubuk: veya dikdortgen


M.K.Artcloglu, B.Mert, Y.Soydan

kesitli bir blok olabilir. Nutnuncnin bir ucu n1csnctlcnir. digcr ucu da scrbcst olarak sahnun yapan atalct diskinc tuttllfl;llur. Salun1n yapan disk nutnuncyi bir o yonc bir bu yone burn1aya zorlarlar. Bir saltturu i~in gc9cn siircyc Penyot, P, denilir. Birbirini izleyen gcnlikler Aj. sistcrn i9inde zatnanla kinetik enerjiye donii~iinllcr ncdeniyle azalacak11r[ 14].

Buradan dinatnik hesaplayabiliriz:

kaynta

IllOdiiliinii

~oylc

Silindirik nutnWleler i9in: G'=(Snl L/y4).( l;p2)

(5)

gcrcken bir digcr faktor de tnalzctncnin uzun zatnan dcgi$ik stcakhklarda ytikc tnaruz kalntastd.lr. Bu davratu~ 颅 ~ckli siirtilunc ozclliklcri olarak tanunlarur. Bir polintcr tnalzemc sabit bir yiikc tnaruz kaldlgt zrunan elastisitc ntodiiltine bagh olarak luzla defortne olur ve daha sonraki defottnasyon klnhna veya akn1adan kaynaklanan c;atlak olu~untuna kadar yava~ olarak dcvatn edcr. Sfuiinme olayuun dcrcccsi yiikc, polintcrin 9e~idine, ortam stcakhgu1a ve zantatm bagh olarak degi~ir. Tasarnnt etkileyen en onetnli silriinme c;e~itleri 9ekme sfuiirunesi ve egihne sti.rfuunesidir. Bu degerler c;ekn1e s0liilm1esi ve egilnte sfuiilunesi testleri ile belirlenir[4-8 ..9].

3

X. GERiLME GEVSEMESi

Dikdortgen nwnuneler i9in: G'=(64ni L/ubh ).(lf1>!) (6)

Burada L nutnunenin uzunlugu, I atalet n1on1enti, b numunenin geni~ligi, h nwnw1cnin kahnhgi, y nun1uncnin yan9ap1, u kalulltk ve gcni~lik ic;in diizeluue faktorti, P periyot ve G' de diruunik ka)'lna tnodiiliidtir[14]. Logaritntik azallna f:.., birbirini takip eden iki sahnnn gcnliginin logarittnasuun ahtunastyla hcsaplarur.

(7)

Burada A1 ilk saluunun genligi~ A2 ikinci sah1unun genligidir. Tan8 da~ln1a fak1orti, dinru11ik kayn1a ntodtiltintin degerini dii$iiriir. G'' ger9ek dinan1 ik kayn1a 路 n1odi.il ti $5ylc hcsaplan1r: ,_ '

G" /G'== tan8

(8)

Vlli.J. Burulma Esnekligi Testi

Bir malzetnenin esnekligL onw1 clastikiyctiylc vcya tizcrine uygulanan ytik kalk11ksan sonra tckrar eski kontnnuna donn1e kabiliyeti olarak taninllantr. Bu tcsttc polimerler 0.65 cm-13.5 cm boyuna ve 0.2 cn1 kahnl1E;Ina getirilerek test diizenegine yerle~tirilir ve daha sonra 720 derece burulur. Bu durumda 30 saniye beklendikten sonra dtizenek serbest btralahr. Nun1w1enin aksi istikamette 90 derecelik burultna yapttgJ. anan kadar ge9en sfue ol9tiltir. Bu sure o malzen1cnin burulmada geri esnente zamarudtr. Bu zaman ne kadar losa olursa, o rnalzen1cnin buruln1a csnekligi o kadar iyidir[ 15 ].

Geri hue gev~ctnesi, sa bit bir gcrihne altLndaki tnalzetnede zan1anla bir geriln1e azaln1as1 meydana gelntcsidir. Gcriln1e gev~entesinin olc;ulmesi (ASTM D 2991) siirtinntetlin tll9tilmesine oranla daha zor bir olayd.lr. Cilnkil gerilnte gev~etnesinde kullanllan test diizcncklcrinde gerilme uygulan1ayt saglayan aparatlarda olu~acak her hangi bir gerihne azahnast test neticesine dirckt olarak elki cdccektir. Tcstte numune pinli tutucular vasllassyla 9enclcr arassna ycrlc~tirilir vc gerihnc ayar . ctvatast stktlarak gcrihne uygulantr. Nwnuncnin alt k.tsn11na koyulan straingageler yarchnuyla gerihnede zaxnanla rneydana gclcn azahna kaydcdilir[4-8-9].

XI. YORULMA

Yoruhna~ standart bir test nun1w1esi iizerindeki degi~ken zorlanntalann n1alze1nedc olu~turdugu dcfonnasyon olarak belirtilir. <;e~itli ytik.lente ~artlan alunda incelencn 9ektne ozclliklerinde zrunan stkalasi olduk9a lasadrr ve sonu<;lar uzw1 stireli geriln1eler altutda polimerlerde n1eydana gclcn degi~iklikleri gostermesi baktnundan pek degerli saytlatnazlar. Pratikte bu stireler saatlerden y1llara kadar degi~ir. Polilnerlerdeki degi~imler 90k biiyiik olabilir ve yiik ta~tyan :rx>lin1erleri strurlayan en onemli faktor uzlul si.ireli gerihneler alttndak.i yava$ dcfortnasyondur[ l-2-8-91.

Bu olay1n inceletunesi ic;in kullruulan stru1dart ntetot degi~ken zorlatutm altntdaki standart bir test par~astnda zantarun fonksiyonu olarak defonnasyonun gozlenmesidir. Test siiresi polimerin karakterine baglt olarak birka~ ytla uzayabilir. Politner ntalzemelerin yoruhna davrruu~laruun inceletunesinde kullatulan iki ten1el tnetot vardJr. Bunlar; egihne yorulmas1 ve ~ekme yoruhnast testleridir. Egilme yorulmast testi ASTM D 671 nunmrah standarda gore yap1hr[ 1-4路8-9]

IX. SURUNME

Gtinfuniizde pek 90k uygulainalarda politncrlcr kullanthnakta vc yi.iksck pcrfon11ans g6stcnncktcdirlcr. Pck ~ok pol in1cr bilc~ilni ntctallerin ycrinc kullatuhnaktadtr. Tasantnctlann goz oniindc tutinast

KAYNAKLAR ( 1j PALIN. G.. "Tcknolojidc Plastikler", Makina MUhcndislcri Odasr Yayul1ar1 No 64, s. 1-139, Ankara, 1971.

'

57


Polimer Malzemelerin Mekanik Analiz Yontemleri

[2] RAiF, H., ""Plastik Malzctnclcrin itnalat Mctotlartnin

Etiit Ediln1esi", Lisans Tezi, Ege 0 nivcrsitcsi Maki na Fakilltesi Makina Miihendisligi Boliin1ti, s. 4-9, iztnir, 1979.

YILMAZ!' S.,"Plastik Malzctnelcrin Mckanik Ozelliklcrinin incclcntncsr', Lisans Tc7.i, Dokuz Eyli.il Oniversitesi MiU1endislik-Mitnarhk Fakiiltcsi Mak.ina • Miihendisligi Bolun1il, s. 1-20, Iztnir, 1990. [4] BAIJAL~ M. ,"Plastics Polyn1cr Science and Teclu1ology", Technology and Managcntcnt Consullin~ [31

p. 779-879, Ohio, 1982.

SAV ASCI, T .,"Kl&1 A91klatnalanyla En Yaygtn Uygulanan Fizikscl Nitelikteki Standart Plastik Tcstlerf', Pagcv Plastik Arn~tlnna-Geli~tinne ve incclen1e Dcrgisi ~ cilt 1. say1 1, s. 32-37, May1s-Hazirnn, 1990. [6] FRED, W.,and BILMEYOR.. JR., "Tcstbook of Polytncr Science", Rcnssclacr Polytechnic Inslituc, · p. 229-253, Nc\v York, 1984. [7] MARK, H .,"Encyclopcdia of Polytncr Science and Technology", Volutne 13 . ~ p. 596-623 , Nc'v York. ·1970. (8] MAHAD, J. and RILEY, M .~ ~·Handbook of Plastics Test Mctods" , Yarslcy Tcsti ng Laboratories Ltd, Published for the Plastics Instituc, p . J8-429, London, [5]

BESERGiL,

B.

VC

1971 . [9] SHAH,

of Plastics Testing Teclmology", Perfommnce Engineered Products Inc., p . V.,"Handbook

1-487, Califontia, 1984.

[10] YA~ AR, H. ,"Plastikler Diinyas1'\ Makina Mti.hendislcri Odas1 Yayt nlan No: 14 2, s. 1-264, Ankara, 1992.

flll DEMiRC(. H. ,''Plastik Malzcn1c Tck11olojisi Cilt I'' ,Dokuz Eyli.il 0 nivcrsitcsi , s.S-52, iztnir, 1984 . [ 121 KROSCI-IWITZ. J, "Polyn1crs: Polyn1cr Caractcrization and Analysis ", John Wi Icy & Sons Inc. , p. 339-351, Toronto, 1990. [13J CHARLES, A.,''Handbook Of Plastics Elaston1ers and Con1positcs" Harper Tcclu1ology Setninars inc.~ p. 20-32, Luthervilla, Maryland, 1996. [14] MURAYAMA, T.," Dynan1ic Mechanical Analysis of Polyn1cric Material'', p.36-57, Ne\¥ York, 1978. [15] CAREY, R.,"Sitnulated Service Testing In The Plastics Industry" ,A Syn1posiutn Presented At The Sixty• Seventy Annual Meeting, An1erican Society For Testing And Materials~ p. 1-81 ~ Chicago~ 1964.

58


路SAU Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi

4.Cilt 1. ve 2.Saya (2000) 59-64

JlO~rA :F lRININDA TERMODi.NAMiGiN iKiNCi YASASINI:N i)R.I~rl~iM 路p ARAM.ETRELERiN.E BAGLI ANALiZi Dnal <::AMDALI (*), Murat TUNc;(**) (*) : Turkiye Kalkznma Bankasz A.$., Necatibey Cad, No:98, 06100, Bakanltklar/Ankara (**) : iT 0. Makina Fak., Termodinamik ve lsz Teknigi A. B. D., Gumu~suyulistanbul

Ozet- Bu 9alt~mada <;elik Uretiminde kullanllan pota f1nntnda geli~tirilen bir bilgisayar program1 yard1mtyla f1nndan kay1p olan 1sllann, ger<;ek i~in ve tersinir i~in potadaki Uretitn silresine ve pota kapag1n1n a91k olma zan1an 1na bagli olarak degi~imleri ortaya konmu~tur. Abstract-In this paper, the change of heat loss, actual work and reversible work with production time and time during which the furnace cover is open, in a ladle fu rnace used in steel production, is studied using a con1puter program specially developed.

I.

kiitle ak1~1 ile frrtna ytiklenen ve f1rmdan ta~Inan enerj ilerin hesab1 i<;in once f1r1na giren hamtnadde ve yardimci maddeler ile <;lkan maddelerin ktitle miktarlar1 ve kimyasal analizleri tespit edihni~tir. ~ekil 1'de ~ematik olarak gosterilen pota frrmrna giren ve ylkan maddeler, (1) e~itliginde veriJen ktitlenin korunu1nu yasasma gore olu~turulmu~tur. (1)

GiRiS

Enetj in in verimliliginin degerlendirilmesinde s1k9a kullarulan termodinamigin birinci yasast enerjinin niceligi ile ilgi1idir. Vasa, say1sal deger olarak e.~it fakat bi~in1 ve kaynak bakimtndan farkh enerjiler aras1ndaki aytnnl 1 yapaman1aktad1r. Birinci yasan1n bu yetersizligi, tern1odinatnigin ikinci yasas1yla giderihnektedir. Tern1odinamigin ikinci yasas1 enerjinin niceliginin yantnda niteligini de on plana 91karrr. Bu yasa, enerjinin niteligini ve bir hal degi~imi strastnda bu niteligin nas1l azald tgtn 1 hesap latnak i9i n yontemler ortaya koyar[ 1]. Demir-C::elik sektorti yogun enerji harcayan bir sektordUr. Dolayisiyla bu sektorde proses boyunca enerjinin niteligindeki degi~imin birinci ve ikinci yasalann birlikte uygulanmas1 ile tespiti; sektordeki ene1j i maliyetlerinin azalttlmasi a91srndan onemli olacakt1r.

SlVI

S1Vl

<;elik

9elik

(Aia~JOlSIZ)

( Ai a~ 1mll )

curuf yaptctlar

curuf

ala.}un maddeleri elektrodlar

pot a

deok. maddeleri

f1r1nt

baca gaz1

argon gaz1

argon gaz1

oksijen Pota finnina giren maddeler Cinsi Miktan (kg)

1I. POT A FIRININDA <:ELiK iJRETiMi

Elektrik ark ftr1n1 yontemi ile 9elik tireten tesislerde ark f1rtn1nda ergitilen ala~Imsiz 9elige; nihai metalurjik i~le1nler pota f1r1n1nda yapllmaktad1r. Bu i~lemlerden biri de ala~unlama i~Jemidir. Ala~tm elemanlarinin bUylik bir k1stn 1 vel ikte var olan elemanlarla birle~erek ytiksek sertlik seviyesi, a~1nma dayan1m1 ve sertligin devam1n1 saglayan bile~ikler meydana getirir. Bu bak1mdan istenilen bile~i1ndeki ~eligin tiretilni bir 90k ki1nyasal reaksiyonlardan sonra ger9ekle~tiri1ir[2-3]. DoJayis1yla

toz

Stvt

~elik

AJ~ tm

maddeleri Curuf yaptctlar Deoksidayon maddeleri Elektrod Argon gazt Oksijen Top lam

Pota f1nmndan ~tkan maddeler Cinsi Miktan (kg)

55.750

S1v1 ~elik

1.240

Curuf Toz Baca gaz1

430 180 30 7.000 430 65.060

Argon gaz1 Top lam

56.000 1.700 15 345 7.000 65.060

Sekil I. Sematik pota ftnm ve kutle dengesi.

59


?ota F1r1n1nda Termodinamigin ikinci Yasas1n1n Oretim Parametrelerine Bagl1 Analizi

Ill. TERMODiNAMiK ANALiZ

dW' = dQkay- dQo= dQkay ( 1-TofT)

Termodinamigin Birinci Yasas1: Termodinatnigin birinci yasas1n1 slirekli akt~h-stirekli ac;tk sistem kabul edilen ve ~ekil 2 'de modellenen pota ftr1n1na potansiyel ve kinetik enerji degi~imlerini de ihmal ederek uygulad tgunizda; potaya verilen gerc;ek i~ miktartni a~agrdaki (2) e~itligi ~eklinde elde ederiz. Wger=

h0 0 + + L Qkay L

lTI ¥ [

~h ]~-

2:

ffig [

(8)

elde edilir. dQkay'In (5) de elde edilen yerine yazarsak,

e~itligini

(9)

elde edilir.

h0 0 +Lili ]g (2)

Tersinir Reaksiyon i~i: Pota ftrtntna verilen gen;ek i~ 1niktar1n1 degerlendirmek ic;in bu i~in, termodinamigin ikinci yasastna gore tespit edilen tersinir i~ miktar1 ile kar~Ila~t1nltnasi gerekn1ektedir. Zira, i~ verilen siste1nlerde tersinir i~ tniktan aynt zamanda n1inimum i~ 1niktar1d1r. Bu i~ miktartnt bulmak ic;in: • f1nn1n stirekli aki~II-slirekli a~Ik sistem olarak kabul ed ildigi, • ftnnda meydana gelen kimyasal reaksiyonlar1n ve kay1p ISinln tersinir olarak gerc;ekle~tigi, • fu·1n1n ~1k1~1 ile giri~i aras1nda kinetik ve potansiyel ene1:j ide n1eydana gel en degi~itnin ihmal edildigi varsayunlan kabul edihni~tir.

,---sistem Silllfl "

...

.• -" .. .. ..• ... .• .:~-'V" .

>i..

>~.. ,....----"'-..,.

I

/

... :

r

. :

~ ........................~ ~-"""" ..

~ /

dQkay

Car not

dW'

Makinast

dQo

Bu varsay11nlar dogrultusunda tersinir i~ miktann1n elde edi1i~i a~agtda detaylt bir ~ekilde verilmi~tir. ~evre

Pota Firtntntn ikinci Yasa <;oziimlemesi: Pota frrn11na giren ve 91kan enerj i Ier ~ekil 2 'de; entropi dengesi ise ~ekit 3 'de gosterilmi~tir. Bunlardan faydalan1larak tersinir i~in elde edili~i a~agtda ortaya konmu~tur.

Sekil 2' de ve ~ekil 3 'de ~e1natik olarak gosterilen pota ftnn1na birinci ve ikinci yasay1 uygulayahm:

To

~ekil

2. Siste1nin enerji dengesi.

1. Vasa: (3) 2. Yasa

(4) (5)

Seki l 2 'deki Carnot 1nakinas1ndan: dQo = (To/T) . dQkay

oldugu bilinmektedir. (5) da yerine yazarsak,

(6) e~itliginden

dQkay ifadesini (6)

(7)

bulunur. Yine Carnot 1nakinas1ndan,

60

(8) de

Sekil 2. 'de: dW ger : sisteme verdigirniz gerc;ek i~ (elektrik) Ldn1ghg : sisteme ktitle ile giren enerj i Ldm~h~ : sistemden ktitle ile ta~man enerji dQkay : pota f1rmmdan kay1p olan 1s1 dW' : Camot makinas1ndan elde edilen i~ dQ 0 : Carnot makinastndan c;evreye atrnak zorunda oldugu1nuz ISI


U.Camdafl, M. Tunc;

T

~s = sr- sro =I (cp/T). dT

(15)

To .---- T

2 cP = a + b. T + c. T-

(16)

( 16) e~itligindeki a, b ve c katsaytlan 1netal ve metal

90k madde i9in deneysel olarak bulunmu~tur[4]. Bununla birlikte (13) e~itliginde LQkay ~eklinde ifade edilen ve frrm1n degi~ik bolgelerinden iletim, ta~Inim, radyasyon yolu ile transfer olan ve absorbe edilen kay1p 1s1 ifadeleri a~ag1daki ( 17), ( 18), (19) ve (20) e~itlikleri ~eklinde yazllabilir[5]. olmayan

( dQkayiT)

ter

Sekil 3. Sistetnin entropi dengesi ac;tsmdan gC>rOnUmti.

Sekil 3. 'de: Idtngsg : sisten1e giren ktitlenin sisteJne ta~1dJg1 entropi Id1ncrs~ : s isten1den c;1kan ktitlenin siste1nden ta~1d1g1 entropi (dQJ..a/ T) rcr: s istetnden IS 1 i le ta~ 1nan entropi

Qilt

bir

= K . A. ( T 1 - Ts )

Ota~ =

(17)

.t

h . A . ~ T. t

( 18) 4

Orad = cr . E . A . (T y

Oabs = (p . V . I M) .

-

4

T0

) .

t

-

Cp . ~T

(19) (20)

â&#x20AC;˘

Sistcme Verilmesi Gereken Tersinir I~: Yukanda gerekl i e~itl ikleri elde ettikten sonra, sisteme verilmesi

gereken ters in ir i~ ifadesini $eklinde yazn1ak mun1kOndi.ir. dWrcr

=

a~ag1daki

( 10)

dW ~er - dW' + dQo

e~itligi

(10)

~

burada:

Ger~ek i~in Degerlendirilmesi: Pota f1nn1na gerc;ekte

verilen elektrik enerj isinin degerlendirilebihnesi ic;in bu enerj in in; potaya verihnesi gereken tersinir i~ 1niktar1 ile kar~lla~tJnlmasi gerekmektedir. Bu kar~1la~t1rn1a (21) e~itligi ile tan1mlanan bir oran ile yapllabilir. \V=

Wter f

W ger

(21 )

dW' : Carnot Inakinastndan elde ettigimiz i~i, sisteme tersin i r o l arak vern1emiz gereken i~in bir kisinlni kar~ tlatnak ic;in ku11aninaktayiz. dQo : Bu ISt elektrik enerjisinden kar~Ilanmaktad1r.

Yukanda verilen dWter ifadesindeki terimleri yerine vazarsak :

IV. BiLGiSAYAR c;6ZUMLEMESi VE SONU<;LARIN GRAFiKSEL GOSTERiMi

~

dWter =- {Id1n\h\ - L:dmghg + dQkay } - {dQkay - (ToiT). dQkay }+ To . [l:dmgsg- L:dm~s~] (11) = Id1n~ (her - To sy) - L:dmg (hg - T 0 sg) + + dQkay . (TofT) (12)

elde edilir. Bu ifadenin integre

edilmi~

halini:

\Vllur = 2: 111t; [ h o + L1h- Tos ]~- ~ mg.[ h 0 0 + ~h- Tos ]g 0

L Okay . (Toll~)

+

Pota finntnda termodinamik analizi i<;in Q-Basic dilinde bir progratn geli~tirilmi~tir. Bu progra1n once ktitle analizi ve birinci kanun analizini daha sonrada ikinci kanun analizini ger9ekle~tirmektedir. Progra1n1n ozet ak1~ diyagram1 ~ekil 4. 'de verilmi~tir. Program In yah~ttrllmast sonucunda; pota f1r1n1 kapag1n1n ureti1n stiresince degi~ik nedenlerden kaynaklanan a<;1k oltna zan1an1na ve Oretim stiresine gore elde edilen say1sal sonu9lann grafiksel gosterimi de SekiJ 5-l 0' da verilmi~tir.

( 13)

$ekl in de ifade edebiliriz. (13) e~itliginde: T

LJ.h = h1

i

hTo

= I Cp . dT

(14)

'I'( )

61


?ota F1r1n1nda Termodinamigin ikinci Yasas1n1n Oretim Parametrelerine Bagh Analizi

Ba~la

100000 -

i

80000

• Klitle analizinin

ger~ekle~tirilmesi

Lmg='Lmc

radyasyon

Q (kcal)

60000

40000

'W

. sisteme giren maddelerin stcakllklan(T). Oretim stiresi (t) ve sistemden ytkan maddelerin <;1k1~ s1cakhklannm verilmesi ~

20000

ta~anam

300

400

500

t(san)

r

2: m~ [ h0 o + ~h Jc

~ekil

lr

~

200

100

0

5. Pota kapagmdan radyasyon ve ta~tmm ile kaytp tstoJo kapagu1 aytk olma soresine bagh olarak degi~in1i.

L: mg [ h0 o + ~h ]g ~

II

L:Qka} = Qilet + Qta~ + Qrad + Qabs

~

I 'vVgcr=

L 111q [ h0 o + ~h -l... I Qka"

• lq- ~ 11lg [

W (kcal)

4500000

W boer 4000000

3500000 -

h0 0 + t1.h ]g

3000000 -

2500000

Wter 20 00000

-+-- - - - : - - - - - - , -- -- - - - - - - - 100

0

200

300

400

SGO

t (san) Sekil 6. Geryek i~ ve tersinir i~in pota kapaguun ay1k olma silresine bagl1 olarak degi~imi

Wlcr

mr; . [ h0 o + ~h - Tos Jq - Ling. [ h0 0 + ~h - Tos ]g + 2: Okay. Toff

= 2:

51

50

so --

so so

Dur

50 ~--~--.---~------~-----------------

0

100

200

300

400

t (san) ~ckil

7. Tersinir i~in ger9ek i~e gore pota kapagtnm a91k

olma suresine bagh olarak degi$imi. $el<il 4. Bilgisayar program• ozet akt~ diyagra1n1.

62


Q.vamdalt, M.Tunc;

V. SONU<;LAR

~ckil

8. Potadan iletin1 ile kaytp olan tsmm Uretitn sliresine baglt olarak degi~imi .

• W (kcal) Wger

I

:c~• - r .. .J_.,_v ~

I

::~J:oc

1

Wter 2C

30

so

40

60

70

t (dak) ~ckil

Pota f1rm1 kapak agz1ndan radyasyonla kay1p olan 1s1 miktar1 ta~Inill1 ile kaytp olan 1s1 1niktar1ndan yakla~1k 23 kat daha fazlad1r. Pota kapak agz1n1n a91k olma stiresi artt1k9a, radyasyon ve ta~1n1m ile kay1p 1sllarda yakla~1k lineer olarak a111naktad1r. Ayn1 ~ekilde potaya verilen ger<;ek i~ ile potaya verilmesi gereken tersinir i~ tniktan da artn1aktadrr. Ancak ger~ek i~ 1niktartn1n art1~ oran1 tersinir i~ n1iktarma gore daha fazla oln1aktad1r. Zira 0-450 san arastnda ger~ek i5 1niktar1 o/o 2,4 oran1nda artarken tersjnir i~ ancak % 0., 7 oran1nda arttnaktadtr. Dolayts1yla tni.inlkiln oldugu kadar pota kapag1ntn ac;tk o.hna stiresini azaltmak kay1p JSJ ve sistein_e verilen i~ ac;ts1ndan olun1lu olacakttr ($ekil 5-7). Oretim sliresine bagll olarak potadan iletin1 ile kay1p 1s1 1niktar1 onemsenn1eyecek miktard1r. Kaytp 1s1 en fazla yan yiizeylerden geryekle~tirilmektedir. Burada da ayn1 ~ekilde i.iretim silresi art1 k9a sjsten1e verilen gen;ek i~ ile tersinir i$ miktan artn1aktad1r ($ekil 8-1 0). Ancak ilgili grafikten de gor01dUgU gibi 20-70 dak liretim sliresi aras1nda ger~ek i~teki art1~ orant ~~6 olurken. tersinir i~ n1iktanndaki art1~ ise <>;'<> 2 olarak gerc;ekle$mektedir. Bu kaytp yukanda ifade edilen kapak agzn1dan kaynaklanan kaytptan daha one1n Ii rn iktardad1r. B u baktmdan c;e~itli izolasyon i$letnleri ile bu kaybt azaltmak enerjinin daha verimli kulland1nas1 ac;1s1ndan daha etkili olacakttr.

9. Gcrvek i~ ve tersinir i~in liretim soresine baglt

olarak

degi~tnli .

SE\r1 B()LLER.

'\

'

A

\j/ ( o/o)

;-

-

~ j

s: -

c

-

I

20

30

"0

so

60

t (dak)

70

K m t

Scldl 10. Tcrsinir i~in ger9ek i~e gCre Oretim stiresine baglt olarak degi~itnt.

\V

?

: Alan (m-) : Sabit basin~taki ll10lar ozgti I ISl (kcal/kmol. K) 2 : Ist ta~lnim katsayiSl (cal/san.m • °C) : Birim klit1e ivin entalpi (kcallkg) : Birim ktitle i9in standart olu~u1n entalpisi (kcal/kg) : Top lain lSI iletim katsay1Sl (kca1/h.m 2 . °C) : K title (kg) : Zaman : Emisyon katsay1s1 : Stefan-Boltzman sabiti : T'ersinir i~in gerek i~e oran1

Alt indisler c; : c;tkl~

g

: CJiri~

ger kay ter

: Ger9ek : Kay1p : Tersinir

63


~ota F1r1n1nda Termodinamigin ikinci Yasastntn Oretim Parametrelerine Bagh Analizi

KAYNAI((:A 1.

2.

3.

4.

5.

<;engel, Y.A., Boles, M.A.; Thermodynatnics: An Engineering Approach, McGraw Hill Book Cotnpany, (1989). George, W., Healy and David L.; Steel Making, Me Bride, (1982). <;amdah, U., Pota F1rmmda Ger~ekle~tirilen Bir Cins S1v1 c;elik Dretimi i~in Bilgisayar Program1 Yardrm1yla Kutle Analizi, Metal DUnyas1, Nisan 1999 Say1: 71, Sayfa: 48-50. Kubasche,vski, 0., Evans, E.L.; Alcock, C.B.; Metallurgical Thermo-Chemistry, Pergatnon Press, ( 1989). <;amdah, D., Dil<e~, F., Tun~, M.; Pota F1rm1nda Gervekle~tirilen

<;elik Dretimi i~in Bilgisayar Progra1n1 Yardun1yla Enerji Analizi, Termodinatnik Dergisi, Mart 1999. Say1: 79, Sayfa 56-61.

64


SAU Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi 4.Cilt 1. ve 2.Say1 (2000) 65-72

KAYNAKLI KONTRiJKSiYONLARDA TASARIM ityas UYGUR*, Faruk MENDi**, M. Kemal KULEKCi*, *

.

..

A hant Izzet Baysal Universitesi Teknik Egitirn Fakilltesi- 81100 DOZCE **Gazi [ inh 路ersitesi Teknik Egitim Fakilltesi Tasarzm ve Konstruksiyon Egt. ABD -ANKARA

OZET

Bu 9al1~1nada kaynakh yaptlartn tasanmtnda goz bniinde bulundurulmas1 gereken stmrhllklar uzerinde durulmu~tur. Farkl1 kesit kahnhgtna sahip par9alann kaynag1 vc optimum tSI giri~inin saglanmas1 ile dairesel kesitli borular1n kaynag1nda, distorsiyonlan en aza indirgeyen yonteLn vc teknikler irdelenmi~r. Tiim kaynak yonten1lerinde kar~Ila~tlan ortak somnlardan birisi, tase1 nma ait tnuhtemel 90zumler aras1ndan uygun olan1n1n se~ilmesidir. Bu baglamda endustriyel uygula1nalarda s1khkla kullamlan iist iiste bindirme ve j_ formundaki kaynakh birle~tirmelerde, tneydana gelebilecek distorsiyonlar1 belirlemede kullan1lan belli ba~h formilller ile deneysel 9ah~1na sonu9lar1 kar~lla~tirllmi~tlr. ABSTRACT

In this article the lintits of welded structures which n1ust be considered during their design stage has been given. One of the major problem that can be seen at all of the welded stn1ctures is the selection of the best choice among possible solutions. Prevention of distortion by optimum heating entrance during pipe lines welding and suitable methods that can be used for construction metnbers which have different thickness had been considered. Theoretical and experimental results of butt jointed with external patch and in the form of j_ welding samples have been discussed. 1.

GiRiS

Endiistride birle~tirtne teknigi olarak geni~ bir uygulama alaru olan kaynakh konstriiksiyonlarda kar~Ila~Ilan en bi.iyi.ik problemlerden birisi, boyutsal 61Qillerde kararhhg1n saglanamamastdir. Kaynakh birle~tirme elemanlartnda, 1s1 tesiri alt1nda kalan bolgelerde (IT AB) tiniformal olmayan Istnma ve

sogumantn neden oldugu distorsiyonlar kaynak11 yap1lann kalitesine etki ettnektedir. Konstriiksiyonlar1n hafif, ancak istenilen derecede rijit olmas1 gereksinimi kaynak i~leminde olu~an artlk gerilmeler (residual stress) hakklnda daha detayh bilgiler gerektirmektedir. Ozellikle, bu kallnti stres!eri malzeme yorulmas1nda onemli bir faktor olarak gaze c;arpmakta ve yorulma direncini azaltmaktad1r [ 1]. Kaynak bolgesine yalan kisimlarda yliksek stcakltk, uzak k1s1mlarda ise daha du~iik sicaklig1n soz konusu olmasi, farkh btiztilme ve genle~meye neden olmaktad1r. Bu boyutsal degi~im malzemelerin 1s1 iletkenlik ozelliklerine bagl1 olarak degi$mektedir. Artlk gerilmeler kendisi ile aym ybndeki yuklemelerde bozulma veya ktnlmalara neden olabilirken ters yonlii yiiklemelerde dayarurm artt1nc1 ozellik gosterir. Dayamm yonunde olduk9a onemli olan artik gerilmelerin kaba yakla~1mla faktor katsa)'llar kullanarak hesaba katmak ya da bu gerilme degerlerinin yon ve biiyiikluklerinin bulunmadan gerilim giderme tavlamas1na tabi tutarak gidermek ger9ek~i olmayabilir. Ekonomi ve giivenirlik i9in gerilmelerin ger9ek degerlerini ol9erek parc;a ve konsttiksiyonlara uygulamas1 gerekmektedir.

2.KAYNAKLI

KONSTRfiKSiYONLARDA

ARTIK ISIL GERiLMELER!

Kaynak yap1hrken 1s1 tesiri alt1ndaki bolgenin yumu~aytncaya kadar tavlanmas1 sogumay1 izleyen gerilmelerin ortaya 9Ikrnas1na neden olmaktadlr. (~ekil 1). Bu gerilmelerin ba~llcalar1; Kaynak Gerilmeleri: Kaynak i~leminin yap1h~1 s1ras1nda olu~an gerilmeler. Kalan Kaynak Gerilmeleri: Kaynakh yap1run sogumas1ndan sonra, kaynak i~len1i nedeniyle pan;ada olu~an ve par9ada kalan artlk gerilmelerdir.

65


Kaynakh KonstrUksiyonlarda Tasartm

Boyuna Gerilmeler: Dild~ duzlemine ve par~a ylizeyine paralel diizlemdeki gerilmelerdir. • Enine Gerilmeler: Diki~ diizlemine dikey diizlemdeki gerilmelerdir. Kalinlik Gerilmeleri: Kaynak ylizeyinde dikey dftzlemdeki gerilmelerdir.

0 f-

4

-

mm

I

\

•• J

,. ·-

~

14

-

15

~

18 20

-

22

-

--·.

-·----

~

(1'1

.~

-

r.

,,.

'~ ~

!

~

I

......... ~

~ .......

~"'ll.

~

+

......

o. Boyuno

+

~

'

24 geril.me (t'i)

MP a 300

~~

- l

1-

(L

,-,

.~.

..,,.

f

t::::1'

\.

+ --

~-·

12

l

300 I

.~•

~

10

10 0

100

t

6 r-

8

300

300

.

3

verilmi~tir.

MPa

MPa 100

100

Sekil 1'de kaynak11 yapllarda ortaya 91kan gerilmeler

,00

100

b. Enine ger it me (l'y)

--- - -

300

Or--~-.,..----,r----r-..,....._,

- -

-

- - -

2

4

~

1j

) } } j }} }

l } l}} 11 11 I \ } ) 11} l J 1 U ) l J

I l l I) J)

6 .._.-

- - - -- - - -

..... ....- ....

d. Bjr alm kaynagmdaki enine ~ekme

,.0 12

.

'2fy2

14

Cekme

-

Basmo

16

mm

~

~

..,.

16

.\.IlltU.U loo'

ltll U.. \ tt ll. l U.lll \.U U ll (

.

20

• 24L-________._________

A

22

c. Yuzey gerifooer;,e dik

~ ~

y,

e. Bir alln 'kayna~ndQki boyuna ~ekme

tBoyuna kahnh gerilmelerin1n dag1l1ms)

yondeki geritmeler (;)

___

_.

Sekil l. A11n kaynag1yla birle~tirilen yap1 elemanlar1ndaki kahnt1 gerilmeleri [2]

3.DiSTORSiYONLARI ONLEMEYE YONELiK UYGULAMALAR 3.1.

Kesit

kayna~:

66

kal1nhg.

e~it

olmayan

par~alann

Et kahnbg1 e~it olmayan par9alann kayna~ farkb kahnhklara sahip numunelerin kayna~nda ozel tekniklere gereksinim vard1r. Ctinkii parcalar aras1nda 1s1 alma (1s1 yayllma kapasitesi) farkl vardrr. Degi~ik kesitli elemanlann birle~tirilmesinde, kalm kesitte yeterli penetrasyon (penetration) ic;in gerekli ka)nak


i.Uygur, F.Mendi, M.K.KUiekci

aknru, ince kesite ktyasla fazladlr, bu durum ince elemanda kaynak alt1 kesilmesi ve btiyiik carpilmalara neden olmaktadlr. Eger kaynak ak1m1 ince kesitli elemana gore ayarlarursa, bu kez de kal1n kesitli elemanda yeterli penetrasyon olu~maz ve kaynak zay1f olur. Sekil 2 'de Niiklcer reaktorlerde kullanllan 2,5 mm. et kahnligina sahip born, 254 mm kaltnh~ndaki blok govdeye kaynattlma teknigi gosterilmektedir [3]. Kullan1lan metod da~ plakan1n tist yiizeyinde born ~evresinde 6,5mm derinliginde dairesel kanal a~1hm~t1r. Bu kanal iki farkll kesit' deki elemanlar arastndaki 1s1 dagtlnn fark1n1 minimize eder. Dolay1styla, iki farkh et kalinllgina sahip elemanlann kaynag1nda distorsiyon ve ic gerihne en aza

3.2.Dairesel Kesitli Borular1n

Kayna~:

Is1 kaynak teorisi ve ark nedeniyle temel metaldeki fiizyon olayt teorik olarak hesaplanabilir. Bu teorik hesaplamalar yardtmt ile kaynak ko~ullan onceden belirlenerek kontrol aluna altnabilmektedir. ~ekil 3 'de gosterilen borulann 9evresel kaynagtnda (gaz tungsten ark) optimum 1s1 giri~imi a9Ilara bagh olarak verilmi~tir. Deneysel olarak elde edilen diyagram, kararlt bir fuzyon genisligi icin gerekli 1s1 giri~ degerini belirler. Yapllan i~lemde korular1n 9evre kaynag-I esnastnda borular1n malzemesi, cidar kahnhgi ve born 9aplanna bagh olarak uygun 1s1 giris kontrolii gerekmektedir r4].

indirgentni~tir.

Kaynak metali

135

Ka·ynak oncesi

Kavnak sonras1

- - - - - - A Detayt __.,______. - Dii~fik karbonlu ~elik - Dii~iik Karbonlu ~elik dolgu metali 1st degi~tirme borusu ~ekil

2. Ntikleer santarllcrde kullanllan farkl1 et kahnhgtna sahip iki malzcmeni kayanatllmas1

700~--------------------------~

Optimum 1s1 giri~i

600

Kaynak

):soo

Yonu

0)

:~ 400

·-~300 -

Cl)

- - - -·-·-·-·- -· . - -·-·-·-t

-

I

200

Malzeme

:<;elik.

Kyn H121 Cidar Kahnh~

:2nunlsn

Kaynak Geni~ligi

:2mm :4nun

100 1

270

Sekil 3. ince cidarh borunun 9evre kaynagt esnas1ndaki, optimum ISl giri~i

67


Kaynakll KonstrUksiyonlarda Tasanm

4.1.BiNDiRME KANAGINDA HESABLARI:

KAYNAGI (_L) SEHiM

VE

E = Elastik modill J = Kaynak kesiti atalet momenti A = Kaynak kesit alan1

VE

4.2.a. Ko~e Kaynag. (.l) Boyuna ve Enine

4.1a) Bindirme Kaynag• Boyuna c;ekme:

(:ekme AL = F.A I E.Au ....................... Formull [5,6] burada, ~= Boyuna k1salma (~ekme) miktan L= Par~a (kaynak) uzunlugu E= Elastik Modiil (Young modulus) A= Kaynak diki~inin toplam kesit alaru F= Cekme kuvveti

Rt = 42.Re.So.L E(S-So) ................... Formul 4 [8] burada, Re= Akma dayan1m1 So= Kaynak kesiti (tek tarat) L =Par~a uzunlugu S== Toplam malzeme kesiti

4.1.b) Bindirme Kaynagt Enine c;ekme

4.2.b.Ko~e

Q = 0,24.600.n.a.u.I.a.................... Formul 2 [7] S.V.A. burada, adi karbonlu 9elik i~in Q = Enine <;ekme a = Boyutsal uza1na degcri 6,5 J.lmni I oc a= Sicakllk iletin1 katsay1s1 0.58 V Kaynak Hlz1 I= Kaynak Aklrru; Ak1m U= Voltaj 'A= Ist iletim katsay1s1 (58 Kcal I mm.sn.°C)

4.1c). Bindirmc Kaynag1nda Sebim 8

=

2

F.b.L ••••••••••••••••••• ••• •••••••• Formul 3 [5,6] 8.A.E.J

burada~

8 = Sehim F = Cekme kuvveti b = Levha Kahnhgt L = ParQa (kaynak) uzunlugu

kaynag1 sehim hesab1

8 = 42.Re.So.k.L2 8.E.Jxx ............ Formul 5 [8] burada ag1rhk merkezi, k = Koordinat deger farlu (Y-X) Yxx = A talet momenti 5. MATERYAL VE YONTEM

Kaynakh birle~tirmelerde meydana gelecek ~ekme ,.e 9arptlmalann tespiti maksadtyla ust tiste bindirnle ·ve ko~e .l kaynak tiirleri se~ilmi~tir. Sekil 4 ve 5 ~ de deney numune boyutlar1 ve paso s1ralar1 verilmi~tir. Yap1da meydana gelecek ~ekme ve 9arp1lma)'l azalt1c1 her hangi bir tedbir ahnmanu~tlr. Aym kaynal parametreleriyle her tiir i9in 4 deney numunesi kullanllarak ~ekme ve 9arpllmalar ol9iilmii~ ve teoril< degerler kar~Ila~t1nlmt~t1r. Deneysel 9al1§malarda kullantlan kaynak parametreleri Tablo.l ' de verilmi~tir.

~ 0

240 Sekil 4. Ust iiste bindirtne ka)'nak numunesi ve boyutlan

68


i.Uygur, F.Mendi, M .K.KUiekci

~ e I

2

~ekil

5.

_i

Formundaki kaynak numunesi ve boyutlan

Tablo 1. Deneysel c;ah~malarda kullanllan kaynak parametreleri â&#x20AC;˘

KAYNAKPARAMETRELEID Elektrod <;apt Kaynak s1ras1 l(aynak ak1m1 Ark Gerilimi Maize me Kaynak luzt I<.aynak kahnltgt Elastik Modiil

6.

SONU<; VE

4mm ortillti bazik elektrot. Once l.paso sonra 2. Paso (~ekil 4-5) I= 165A

U = 23.5V St 37 adi karbonlu V= 0,33 crnlsn Q = 4,5 mm E = 210 GPa

TARTI~MA

Yukanda bahscdilen kaynak parametreleri kullantlarak, yapllan \ist tiste bindirme kaynakh birle~tirmede enine ve boyuna 9ekme degerleri formul 1 ve 2 'de kullanllan teorik hesaplamalarla kar~Ila~ttnlmasi ~ekil 6 'da verilmi~tir. Benzer $ekil de 1 formunda konumland1nlan plakalann, k6$e kaynag1 ile birle~tirihnesinde boyuna 9ekmelerin formill 3 ile kar~Ila~tlrllasi ~ekil 7 'de verilmi~tir. Sekillerden de anla~llacagi gibi deneysel degerler ile, fonnilllerden cldc edilen degerler aras1nda az bir fark gaze ~arpmaktadtr. Raymond f9l, Kaynak i~lemi esnas1nda a~ag1da verilen malzcme ozelliklerinin degi~tigini bunun da ~ckme, ~arpllma vc metal bunyesindeki gerilmeleri onemli 6l9tide etkiledigini tespit etmi~tir. â&#x20AC;˘ Kopma noktastndaki dii$me â&#x20AC;˘ Elastiklik modilliindeki du~me I Is1 kaytl katsay1ndaki dii~me

~elik

Ozgtil 1s1daki ytikselme

Teorik hesapla1nalarda kullamlan formilller gozontine

alindlginda, malzemelerin ag1rh.kh olarak elastik ozelliklerinin kullamld1g1 goriilmektedir. Ancak kaynak i~lemi esnas1nda par9alarda kahct ~ekil degi~ikligine neden olan elastoplastik ozellikler soz konusudur. Bu yiizden teorik hesaplamalarda kullan1lan formtiller Raymond'In ifade ettigi degi~imleri de i~erecek ~ekilde yeniden modellenmesi durumunda, daha kesin teorik hesaplamalar yap1labilmesi mtimktin olacaktir. Ger~ektende yaptlan ~al1~madaki tist uste binditme kaynaginda teorik sehim hesaplamasmda yalmzca Elastik Modill goz ahmm~ ve deneysel bulgularla oniine kar~Ila~tildlg1nda farklllar gozlenmi~tir. Fakat .l kaynakh birle~tirmesinde sehim hesab1nda kullarulan formill 5 akma dayamm1 ile birlikte elastik modiihi de goz oniine ahndig1ndan daha kesin netice verdigi ~ekil 8 ' de gozlenmektedir

'

69


Kaynakll KonstrUksiyonlarda Tasanm

1 4

.,

08 ' E E, 0 '6 "

[]

• 0

fl

tJ.

D

D

G)

E 0,4 ~ G)

0

0,2 -

ll

A

fl

..

• .

0

l

0

1

2

I

l

3

4

5

Deney numaras1

I•Formul 1 o Formi.il 2

lJ.

Boy una Ol~i.ilen ~ekme deQerii ._ Enine Ol~i.ilen ~ekme deQeri

Sekil 6. Ust fiste bindir1ne formunda kaynatihrus St 37 adi karbonlu ~eliklerinde meydana gelen boyuna ve enine Qekme degerlerinin teorik hesaplamalarla kar~Jla~tirllmasi.

0,4

0,3

oFormul 3 • Boyuna oiQUien 9ekme degeri

0,1

0

-~--------~--------~----------~--------~--------~

0

1

2

3

4

5

Deney numaras1 ~ekil 7. _L forxnunda kaynaulrms St 37 adi karbonlu 9eliklerinde meydana gel en boyuna ~ekme degerlerinin teorik hesaplamalarla kar~lla~t1 nlmas1.

70


i.Uygur, F.Mendi, M.K.KUiekci

0,4

0,3

0,2 oFormul 3

0 1 -

• Boyuna olc;Uien c;ekme degeri

'

0 0

1

2

3

5

4

Oeney numaras1

Sekil 8. Dst iiste bindirme ve _L formunda kaynatllrms St 37 adi karbonlu Qeliklerinde meydana gelen sehim degerlerinin teorik he sap lamalarla kar~tla~Unlmas1. Yukandaki verilerden de birlc~tirmelerde

anla~Ilacag1

iizere kaynakh onemli ol9ude 9ekme ve Qarpllmalar

gaze Qarpmaktadir. Bu ylizden kaynakh konstliiksiyonlarda kullarulan kaynak yontemi, kaynak ag1z formu, yap1n1n risitlik derecesi, ozgill ISI girdisi, rs1l genle~me katsay1s1, 1s1 iletim katsay1s1 ve erime sicakhgirun distorsiyonlar iizerinde onemli etkisi vard1r. Distorsiyonlar1 azaltmada [10]:

KAYNAKLAR [1] Uygur i.; ·'Environtnentally Assisted Fatigue Response of Al - Cu - Mg - Mn with SiC Particulate MMCs'', Ph.D Thesis. , University of Wales, SWANSEA. , 1999., U.K.

[2j American Welding Society. , "Welding Handbook'' Vol 1 7th edition, 1981 .. USA. '

• Gaz kaynag1 yerine ark kaynagtmn kullantlmast, • El ile yap1lan kay nak yerine, yar1 veya tarn otomatik kaynak yonteminin kullamltnast, • Cok pasolu kaynak yerine, daha fazla kaynak metali saglayan (yiiksek verimli), derin ni.ifuziyetli, az pasolu kaynak i~letninin tercih edilmesi, • Kaynak i~lemi esnasmda yaptda meydana gelebilecek kalintl gerilimlerin aksi yondeki bir on gerilme ile dengelentuesi, • <;arpllmalart kontrol altlna almada i~kencelerin, baglama donammlar1run ve puntalamalann kullamlmas1, • Kaynak en c;ok slrurlandtrtlnu~, elemandan en az s1mrlandinlmt~ elemana dog-m yapllmas1, • A~1n kaynak pasosu saytstndan ka~trulmasi gerekmektedir.

[3] Anderson, J.C., Leavcr~ K.D ., Rowlings~ R.D. , Alexander, J.M. , '~Material Science"., 4th edition, 1990.

[4]

American

Society

Handbook" , 1990, USA.

for

Metal

"'Metals '

[5] Antk,S. , "Kaynakh ParQalarda olu~an Cekme ve <;arp1lmalar", Miihendis ve Makine, Cilt 24, Say1 284, 1983,

[61

An1k, S. , "Kaynakh Parc;alarda olu~an <;ekme ve <;arptlmalar", Milllendis ve Makine, Cilt 24, Say1

285, 1983,

.

[7] Amk,S., "Kaynak Teknigi El Kitab1 Yontemler ve Donammlar", 1991, iSTANBUL

[8] Macun, A., "Kaynakh <;elik Proses Te~hizat1 ve Born Donarumlartnda ~antiyede Gerilim Gidertne I~lemleri", Miihendis ve Makine, Cilt 24, Sayt 284, 1983, ANKARA. •

71


Kaynakll KonstrUksiyonlarda Tasaram

[9] Raymond, J.S. , Aruk:S., Practices", Revised, 19 90.

~'Welding

Prenciples and

[10] Ktilekci, M. K., ~路Kaynakh Yapllarda <;ekme, <;arp1lma ve Bunlar1 Azaltma onlemleri", Gazi Universitesi Fen Bilimlcri Enstitiisii, Yiiksek Lisans Tezi., 1996~

72


SAU Fen Bilimleri Enstitlist.i Dergisi 4.Cilt 1. ve 2.Say1 (2000) 73-81

HESAPLAMANIN TARiH:i VE BiLGiSAYARLARIN GELi~iMi Hiiseyin EK1Z*, Fahri VATANSEVER*, Ahmet ZENGiN*, Zafer DEMiR**

* Sakarya Oniversitesi, Teknik Egitim Fakultesi, Ozanlar, 54100 SAKARYA ** Sakarya Oniversitesi, Muhendislik Fakilltesi, Kampiis, 54000 SAKARYA OZET Aritmetik i~lemlerin bir cihaz yard1.n1tyla yaptlmasi d~iincesi, bir ile biri toplama becerisi kadar eskiye dayantr. Hesaplamalarm aletler ile yapllmas1 dii~iincesi zarnan i~sinde pratige donii~ ve bugiin hemen hem en biltOn aritmetiksel beceriler bilgisayarlara brraklldt. 'Bilgisayar' terimi, latincede hesaplamak anlamma gelen 'computere' kelimesinden iiretilen

'computer' sozciigiiniin TUrkye'ye ~vrilmesinden gelmektedir. ikinci sanayi devrimini ba~latan, .; Machina Universalis' adh olgu ile b~layan bilgisayarm, bilgisayar destekli sistentlerin ve bilgisayarm temel eleman1 olan mikroi~lemcinin hikayesi, kii~ aritmetik hesaplann yaptlmasi daha dogrusu temel aritmetik i~lemleri yapabilen devrelerin geli~tirilmesi ile ba~ladt. i1k bilgisayarlardan gilnilini.izde iiretilenlere kadar yiizlerce model iiretildi ancak bunlann bir ktsnu hatrralarda yer bulabildi. insanhk tarihinde, insanhgt etkileyen en onemli bul~lardan olan bilgisayarm k1saclk omriindeki geli~imini incelemek, bilgisayarm hareketli ve hiZh ya~am1 ile birlikte, insanlarm dti~ce yapllarm1, ileti~im ~ekillerini

ve

~ah§Illa

hayatlarm1

nasd

degi~igi

konusunda fikir verecektir. Bu makalede ilk hesaplama i~leminden ba~layarak, hesaplama ve bilgisayar teknolojisinde giinilmilze kadar olan geli~meler literatilr taramast ~eklinde yeni bir bakl~ a~1s1 ile incelenip bilgisayarm insanm sosyal hayatma olan etkileri irdelenmektedir. •

I. Hesaplama ve Ilk Hesap Ara~lar1

insanlarm hesap yapma ihtiyac1 ~ok eskilere dayanrr. Yakl~Ik olarak M.O. 5000'li ytllarda aritmetik i~lemlerin temeli olan 'toplama' i~leminin giinlUk hayatta kullantlmaya ba~land1g1 ve insanoglunun hesaplama yapmak, saytlart gootermek i~in parmaklarm1 kullandtgl yani ilk hesaplama arac1 olarak parmaklanndan faydalandtgJ. biliniyor.

kullanihrken, M.O. 2630'da <:;in'de 'toz tahtas1' denilen ara~larla hesaplama yap1ltyordu. Diger bir deyi~le; hesaplamalarda parmak, iplik, diigfun, odun ve ta~lardan fuydalanthyordu. ~ah§an

ve yeni ara~lar gel~tiren <;in'liler, M.O. llOO'de diinyanm ilk hesaplama aygttl olan ve 'Suan-Pan' ismi verilen ilk abakilsu geli~tirdiler. M.O. 444 ytlmda, abakiisiin hesaplamaya yardnnct oldugu konusuna 'Heredot' tarafindan deginiliyordu (~ekil 1). Saytsal teknikler iizerinde

206 ydmda ~in imparatorlugu saraymdaki matematik9iler tarafindan kullantlan saytlar ve bilgiler, gezginler yoluyla on Asya'daki ticaret yollarmdan diger iilkelere yayddt. S1fir (0) degerine sahip Hint-Arap sayt sisteminin (bugiinkii kullandig•mtz onlu sayt sistemi) ol~umu ile, gelecekte bulunacak olan bilgisayarlar i~in gerekli tiim degi~kenlere sahip olunmu~. Matematik konusunda yapilan ~ah~malar sonucunda, hesaplamanm temellerini ince tekniklere dayand1ran halihaz1rda kullandigimtz kartna~tk matematik sistem geli~tirildi. M.O.

Bugiin kullandtgtmJz matematikte bulunan i~lemlerin yapllmasma yard1mct olan ilk mekanik hesapla)'lct, Plaise Pascal (1623-1662) tarafindan geli~tirildi. 'Pascaline' adt verilen bu makina ile top lama ve ~lkartna i~lemleri yaptlabiliyordu. Pascal, bu makinarnn patentini 1649 ytlmda aldt ama yapt1g1 makinanm pahah olmas1 nedeni ile seri ilretimini yapamad1. Bununla beraber, yaptlgi ~ah~malarm teknolojiye katktlart nedeniyle, yaygm kullantlan programlama dillerinden birine onun ad1 (Pascal) verildi. Pascal'tn toplama ve ~Ikarma yapabilen makinesi 1671 ytlmda G.W. Leibniz (1646-1716) tarafindan geli§tirilerek, ~arpma, bOlme ve karekok alma i~lemlerini yapabilecek hale getirildi. Teknolojik alanda y~anan gel~meler sonucunda, Charles Babage (I 7911871) tarafindan 1820 ytlmda 'Fark makinast', 1832 yilmda ise 'Analitik makinas1' geli~tirildi. Fark makinas1, trigonometrik ve logaritmik tablolart hazrrlamak:, analitik makine ise hesaplamalan otomatik olarak ger~kle~tirmek amac1yla kullanthyordu.

M.O. 3000 yillarmda 'toplama' i~lemi yaplltrken ~tik veya diigum atmak gibi tek:nikler

73


Hesaplamantn Tarihi ve Bilgisayarlartn Geli§imi

Ondok.-uzuncu yi.izytlm ba~mda 'Volta' tarafindan bulunan ve gilnfi.milz pillerinin atast saytlan elektrik bataryas1, daha sonraki ytllarda bilgisayar teknolojisinin geli~mesinde onetnli katkdar saglad1.

yonetiminde en bfiyiik ofis makinalar1 firmas1 oldu .. Ula~tigt ba§anyt bilgisayar pazartna aktaran · ve yer1 i geli~elere imzastnl atan ffiM firmast, altmt§h Yillar boyunca delikli kart makinalar1 teknigini geli§tirdi (Sekil2).

L.A. Lovalance ( 1815-1852), analitik makinada delikli kartlarm kullantmi konusunda ~alt~malar yapt1 ve delikli kartlarm kullantmi ile birlikte, bilgisayar programcthgtnda kullanllan dongii ve alt program

Bilgi saklama konusundaki geli~meler srrasmda, Avusturya'b G. Tauschele 1932 yilmda mlknatts kasnagmda yaptlgt yeniliklerle, bilgilerin manyetik bantlar iizerine kaydedilmesini ba§3Idt. ·

manttgmt geli~tirdi.

;

.. -

.

' •

..

·' I

.. . ..,..

§§8

.

..

"•

~ekil

.... .;, Q

.

·

_, ,J..~ ....- - - . - :·--

1. Hesaplamalarda kullantlan abakiis'iin bugiinkii durumu.

,; ~-

.

ilk hesaplama aygttt olan

Her man Hollerith ( 1860-1929), delikli kart makinasmt Amerika'da 1890 )11mda yap1lan niifuz saynn1 sonu~larmm hesaplanmasmda kulland1 ve saynn sonu~lartnm 2,5 )'llda almmasmt saglad1. Hollerith' in. 1900' lii ydlar1n ba~tnda kurdugu ~irket, daha sonra ba~ka ~irketler ile birle~erek bugiin 'ffiM' ad1yla bilinen ~irketin temelini olu~turdu. II. Bilgi1erin Saklanmas1

icatlar ve mucitler iizerine yapllan yiizytlm tarihinin incelenmesi sonucunda; yiizydtn ba§mdan beri olu~an geli~melerin, gUnumiiziin yiiksek teknikle donatdmt~ bilgisayarlarmi olu§turmada yap1 ta~larmt olu~turdugu gorilliir. Omek olarak; J.A. Fleming'in 1904 yllmda icat ettigi elektron tiibfi verilebilir. Yiizydm ba~mda yava~ olan geli~meleri, 1910 ythnda Leonardo da Tarres Queuda tarafindan geli~tirilen daktilo ile birle~tirilnti§ ilk hesap makinesinden olu§an cihazm geli~tirilmesi takip etti. Ala~

kontrol ~emastnm bulunmast ile, elektromanyetik hesap makinelerinin tiim aritmetik operasyonlar i9in kullantlabilecegi ispatland1. 1919' da ingiltere'de W.R Eccless ve F.W. Jondan tarafindan hesaplaYJ.cllarm temelini olu~an yift kararh flip-flop geli~tirildi.

1920 yllmda CTR ve Bull firmalar1 ( daha sonra ffiM ad1n1 aldilar) ofisler i~in delikli kart makinalar1 geli~tirdiler. Delikli kart makineleri, orta~agda otomatik 9an mfizigi yapmak amac1yla kullan1lan delikli ~eritler ve ~ivili mekanizmadan meydana gelen bir dilzenekti. Y11lar sonra, yeni acbyla IBM firmas1 Thomas Watson

74

.•

• 1

... ... .

...... ~

~ekil

2. Programlanmnm ve saydabilecek delikli kart sistemi.

lll. ikili Say1 Bilgisayarlar

'• ~!!-;<;;~w '~

.

bilgi

saklamanm ilk omekle1i

Sisteminin Bulun~u

Ve

llk

Bilgisayar teknolojisinin gel~mesinde en onemli etkenlerden birisi, ikili sa)'l sisteminin 're Boolean cebirinin geli~tirilmesidir. George Boole (18 151864) tarafindan geli~irilen '"Soolean Cebiri', temel olarak ikili sayt sistemini kullanan modem matematigin en onemli konularmdan birisidir. Bilgisayar teknolojisinde olan geli§IIleleri!' bilgisayartn temelini olu~an elektronik elemanlarm geli~imi ile birlikte inceleyelim. ~ elektronik elemanlarm geli~imi bilgisayar teknolojisinin tarihi geli~im ini dogrudan etkileyerek, 'bilgisayar nesilleri ~ veya ' bilgisayar kupklar1' olarak isimlendirebilecegimiz yeni mimariye sahip bilgisayarlarm ol~umunu saglam1~rr.

111.1. Elektroo La·m balarl Bilgisayarlar (1946-1959)

ve

Birinci

Nesll

Bilgisayarm geli§iminde buyiik bir ad1m., Amerika'da ikili (binary) sa)'l sisteminin ortaya ~lkmasJ ile ger~ekl~ti. hk olarak 1667' da Gottfried Wilhelm Leibniz tarafindan geli~tirilen ikili sayt sistemi, r ole anahtar1 ~al1~trrmak i~in kullan1ltyordu.. Roleden alom akmas1 '1 ', akmamas1 ise '0' kabul ediliyordu. Zuse'niiJ bi((imlendirmesine kadar pek kullarulmayan ikili sa)'l sisteminin kullanwmt, ilk otomatik hesap makinas1 taslag1 ve 1938' de geli~tirilen Zl admdaki tarihteki ill


H.Ekiz, F.Vatansever, A.Zengin, Z.Demir

bilgisayar takip etti. Geli~ilen yeni sistem; giinlUk ya~da kullandtgimiz 0 ile 9 arasmdaki sayilardan ol~an sistemi degil, '0' ve '1' saytlarmdan olu~an ikili sa)'l sistemini kullantyordu. Guvenli bir mekanik yap1ya sahip olmayan Zl bilgisayarmm geli~tirilmesi ile, 9izgili kartlart program olarak kullanan Z3 isimli bilgisayar 1941 'de tamamlandi. ENIAC

harc1yordu. Ancak o zamana kadar geli~tirilen aletlerden 2000 kat hiZh .~Iem yapabiliyordu ve saniyede 5000 toplama iยงlem i ger~ekle~tirebiliyordu.

i~lemleri

onlu sistemde ger9ekle~tiriyordu. Bellek birimi, her bir 10 basamak sayiyi tutma kapasitesinde 20 adet akii.miilator iyeriyordu ve her bir basamaktaki sayt i9in I 0 adet elektron lambasmdan ol~an bir diizenek kullan1hyordu. Herhangi bir anda elektron lambalarmdan yaln1zca birisi 'iletim' durumunda idi ve 10 basamaktan birisini temsil ediyordu. ENIAC' m en biiyiik sorunu, kablolar ve anahtarlar yard1m1yla el ile olarak programlanmas1 idi.

ikinci Dilnya Sava~1, bilgisayar teknolojisinin geli~mesine onemli oranda etki eden unsurlardan biri oldu. ingiliz matematik~isi Alan Turing' in 9ah~alan sonucunda, soyut makina algoritmas1 uygulamalarmda kuilanllan 'Turing Makinesi' geli~tirildi. Teorik olarak sonsuz bir bandt okuyup degerlendirebilen Turing makinas1n1n i ~lemleri yap1~ ~ekli , giiniimiizdeki bilgisayar yazilunlarintn temelin i olu~turdu. Turing makinas1nde kullarHlan mant1g1n ge1i~tirilmesi ile, 1943' de Almanlann kul1and1gi ~ifre makinas1 Enigma'nm ~ifrelerini yozen 'Colonsus' d~ifre makinas1 geli~tiriJdi. 'Colon sus', ilk elektroni.k bilgisayar olarak kabul edilir. .. Bilgisayar teknolojisindeki geli~meler, Harvard Universitesi fi zik ogrencisi Aiken' in diferansiyel e~itlikleri makine ile ~ozmek istemesi ile yeni bir boyut kazand1. Bu istegin ger~ek1e~tiriln1esi i~in yaptlan yah~malarm IBM firmas1 tarafindan desteklenmesi ile ' ]944 YJ.lmda delikli ยงeritlerle yonetilen, role iยงlemcili, 700.000 par~adan olu~an, 80 km iletken kablo kullanan, 5 ton agrrhgmda, 15 metre uzunlugtmda ilk bellek programh otomatik hesaplama makinesi olan 'Harvard Mark I' iiretildi (Sekil 3). Dretilen bu ciliaz ile insanlarm yardโ€ขmma ihtiya~ olmadan giivenilir hesaplamalar yapabiliyor ve sonu~lar kag1da aktanlabiliyordu. Bu ydlarda yapdan cihazlar saniyede 3 toplama veya dakikada bir logaritma hesab1 yapabiliyordu. Il. DUnya sav~1 srrasmda olu~ ihtiya~lar, hesapla)'lcllar (bilgisayarlar) konusuna yapdan ara~tmnalara ayrtlan kaynaklarm artmasma ve yeni ara~trrmalar ortaya ~lkmasma neden oluyordu. Pennsylvania Oniversitesinden fizik9i J.P.Eckert ve J. Mauchly tarafindan top9u atiยง hesaplannt yapmak amac1yla 'ENIAC' (Electronic Numerical Integrator and Calculator) adh ilk elektronik hesaplaYJ.Clyt geli~irdi. 30 ton ag1rhgmda, 18.000 elektron lambas1 , 70.000 diren~, 10.000 kondansator, 6000 devre ve 1500 role kullandan ' 20 metre uzunlugundaki bu alet devasa bir goriintiiye sahipti (Sekil 4 ). <;ah~rrildt~ zaman 140 KW/saat gii~

Sekil 3. Aiken tarafindan makinast ' Harvard Mark 1'.

gel~tirilen

bellek programh ilk hesaplatna

ENIAC tarn olarak sava~tan sonra 1946 ytlmda bitirildi. Geli~tirilme amac1 i9in sava~m bitmesi ile ge9 kalm1~t1 ancak 1955 ythna kadar kullani1maya devam etti. Bu arada ENIAC'J geli~tiren ekibe kat1lan matematik~i John Von Neumann'm yonlendir1nesi ile tamamen elektronik fonksiyonda ve ikili tabanda hesaplama yapan makina geli~tirildi. Yeni geli~tirilen makinanm daha oocekilerden diger onemli bir fu.rki; programlar1n delikli kartJar ile yonetilmesi ve olu~ sonu9larm ba~ka yerlere gonderilmeyip, kodlanarak i~lem yap1lan yerde saklanmas1 idi. Bu ozelliknedeni i1e, program ve uygulama d1~ar1dan bir etkiyle ktsa siirelerle degi~tirilebiliyordu.

Ortaya ~Ikan yeni yap1, 'Neumann Mimarisi' olarak adlandrr1.hyordu. 'Neumann' mimarisi k:ullantlarak ol~turulan 'Machine Universalis' besap makinalan, modern bilgisayarlarm b~langtcm1 olu~turdu. 'Neumann' mimarisi ile iiretilen ilk bilgisayarlara omek olarak, 'EDVAC' ve 'UNiVAC' bilgisayarlar1 veriJebilir. Saytsal ve bellek kapasiteli ilk hesap makinas1 'Big Blue' ad1 ile 1946' da tamam1andi. Aynt zaman dilimi i~erisinde IBM'in yapt1g1 ~ali~malar sonucunda 1948'de ilk bilgisayar 'SSEL' geli~irildi. 1950'1erin ba~mda bilgisayar sektoriinde iki firma one 91kt1: Sperry ve IBM.

75


Hesapfamanrn Tarihi ve Bilgisayarlartn Geli§imi

1957 ytlmda, disketten bilgi okuyabilen ve diskete bilgi kaydedebilen ilk disket siiruciisii piyasaya sfuiildiL 1960'11 ytllar bilgisayarlar i~ patlama done111 i idi. Transistarlerin kullannn1 ile ilretilen ~k kii~ boyutlu olarak fuetilen devreler, bilgisayar kullan1mmm yaygmla~masma etki eden faktorlerden birisi oldu (~ekiJ 5).

Sekil 4. Elektron lambalan kullanan ilk elektronik hesaplaytct 'ENIAC~.

1950 ytlmda ticari anlamda ilk bilgisayar olan UNIVAC I (Universal Automatic ·Computer) piyasaya si.irilldii ve hem teknik hem de ticari uygulamalarda kullanddi. 1953'de ise bilgisayar neslinin ilk biiyiik i§lemcili sistemi 'mM 701 ' iiretildi. Ozellikle bilimsel ~li~alar i¥in kullanl_§h olan bu makinadan sonra, i~ uygulamalan i~in geli~tirilen '702' serisi bilgisayarlar geli§tirildi. Bu bilgisayarlar, daha soma uzun ydlar devam edecek IBM 700, 1700 serisi bilgisayarlarm. da tetneli oldu. Bu bilgisayar1 J.W. Forrester tarafindan geli~tirilen, manyetik bellege sahip 'WbirWind I' isimli bilgisayar takip etti. 1950'lerin sonlarma dogru, daha geni~ bellek kapasitesi ve daha yiiksek perfo1 tnansa sahip UNIVAC II piyasaya siiruldu. Bu yeni makina ile~ daha onceki makinalar i~in yaztlan programlarm yeni makinalarda sorunsuz ¥ah~ma gereksinimi ortaya 9Ikt1. UNIVAC serisinin devamh olarak piyasaya 91kan 1100 serisi bilgisayarlar uzun ytllar karma~Ik hesaplama i~lemlerinde kullanildi. Bu k1sma kadar anlatilan, 1950'li yillarm sonuna kadar iiretilen temel eleman olarak elektron tiiplerinin kullanildigJ. bilgisayarlar, 'birinci ku.,ak bilgisayarlar' olarak adlandrr1ld1. Bugiin kullandtginllz kapasitede bir bilgisayarm, elektron tiipleri yani birinci ku~ak bilgisayarlar ile ·yapdmasi durumunda ortaya 91kacak fuiin gokdelenler biiyiikli.igiinde olacakt1.

m.2.

Transistoriin BulnDIJfU Bilgisayarlar (1959..1964)

ve

Ikinci

Nesil

Yaniletken malzemenin 1948 ytlmda, yartiletken malzemeden yaptlan transistoliin ise 1955 ytlmda bulunu~u, o zamana kadar elektron tilpleri ile yap1lan devrelerin transistorIer kullan1larak ger~ekle~irilmesine imkan tan1d1. Transistor tabanl1 ilk mikroi§lemciler geli§tirildi ve piyasaya sunuldu. TransistorIer ile yapilan devreler daha az elektrik enerjisi harctyor, daha htzll ~ah~tyor ve daha az yer kaphyordu. Bu yeni eleman kullan1larak iiretilen bilgisayarlar, 'ikinci k~qak bilgisayar' olarak adlandrrlldt.

76

Yeni geli~tirilen bilgisayarlar; daha yiiksek h1za, daha geni~ bellege, daha kii~ boyuta sahipti ve daha ucuza mal oluyordu. ikinci ku~ak bilgisayarlar daha karma~tk aritmetik - mantlk i~lem birimleri iyeriyor ve yiiksek seviyeli programlama dillerinin kullan1mma imkan tanzyordu. Bu donent, COBAL ve FORTRAN gibi yfiksek seviyeli programlama dillerinin geli~tirildigi ytllar oldu. Transistor kullanilarak geli~tirilen ilk bilgisayarm onciisi\ ffiM degildi. NCR, Honeywell ve ozellikle RCA finnalart yeni teknolojinin onciiliigiinu yap1yordu. . mM ise 7000 serisi ile bu firmalarm fuiinlerini takip ediyordu. ikinci ku~ak bilgisayarlarm geli~imi IBM 7094 modeli He tepe noktaya ula~b. Y eni bir mimari ~ekli oneren bu mod.elde, daha onceki bilgisayarlardan farldJ olarak 'veri kanallan' ve '~oklay:tci' (multiplexer) kullanthyordu (~ekil6). Veri kanallar1, kendi komut seti ve kendi i~lemcisi ile bagllllstz G/C birim1eri idi. G/f; ile ilgili komutlar mikroi~lemci taraftndan degil, veri kanal1 i~erisindeki ozel ama¥h i~len1ci tarafindan i§leniyordu . <;okla)'lcmm kullan1mt ile, MiB ile bellek ve vevre birimleri arasmdaki ileti~im veri kanallar1 tlzerinden yapilabiliyordu.

1964 YJ.lmda, super bilgisayar olarak adlandrrllan 'CDC 6600' bilgisayan~ biitiin zamanlarm en biiyiik bilgisayar mimarlarmdan biri olarak kabul edilen 'Symour Cray' tarafindan tasarlandi. Ayn1 mimarideki bilgisayarlar, Cray, Cray-1 ve Cray-2 serisi ile ilretilmeye devam etti. Bugiin, d\inyanm htzh i~lem yapan ve 'super bilgisayar' olarak adlandmlan bilgisayarlart Cray firmas1 tarafindan iiretiliyor. Ill.3. Entegre Devreler ve U~iincfi Nesil Bilgisayarlar (1964~1970)

Transistor kullanan bilgisayarlarda bulunan devreler, baslo devre teknigi kullantlarak ol~du. Bununla beraber, bilgisayarm giicu ile orantili olarak kullarulan transistor sa)'lsmm artmas1, geli~irilen devrelerde problem olu~turmaya b~lad1. Bu problem, 1958' de mikroelektronik teknolojisinde devrim saytlacak 'entegre devrelerin' (Integrated Circuit) geli~irilmesi ile 96ziildii. Entegre devrelerin geli§tirilmesi, 'ii~iincii nesil bilgisayarlartn' 9al1~ma taslagtn1 ve b~lang1cmt olll§turdu.


H.Ekiz, F.Vatansever, A.Zengin, Z.Demir

Elektron lambast

.

i~leme yeteneginin geli~mesi kadar yap1ta~lanntn kOvOitUimesi de gerekiyor.

Veri

.....

Resimdeki ~ekiHer transistorlu tambalar He modern chipller aras1ndaki bOyuk farkt

"""

'A 4<"-2 ~<;·>

gosteriyor. transistor

Mikroi~lemci

entegreleri

Seki15. Elektron lambast. transistor ve entegre teknolojilerinin furkmm boyutlan ile kar$11a~hnlmast.

r

Manyctik Teyp .Birin1i

,

Dclikli Kart

Veri KanaJt

Mikroi§lemci

I ~·

Yaz1c1

'------~

r

Kart

I

Okuvucu ,,

L....-

l

.

I

I<

>

F

'

c;oklaytct

~

r

I

;t·

'

Drutn

Veri Kanalt Veri Kanah

., .•.;

I

\

1 ~'.

.. Sabit Disk

'

i: ,. '

..

Bellek

.

Veri Kanah

·,

t

t

YcdckJeme Birimleri

.

f

Floppy Disket

-.

I

t

I

U.~:aktan •

Iletisim Araclan •

f

I

~ekil 6. IBtvt 7094 bilgisayar yapiSI.

77


Hesaplaman1n Tarihi ve Bilgisayarlann Geli§imi

Entegre devre tekniginin geli~mesi ile, saytsal elektronik ve bilgisayar devrelerinin boyutlarmt kii~tiilmesini saglayacak yeni elemanlar ilretildi. SaYisal bilgisayar kavram1 geli~ti ve saytsal bilgisayarm ger~kle~digi i§lemler dort lostna aynldt: Kontrol, i~lem, Saklama ve Ta~tma.

farkh i~lem iki temel eleman ile ger~kleyirildi: Lojik kapdar ve bellek htlcreleri. Dort

Geli~ilen

yeni elemanlar ile olu~lan ve u~iincU nesil bilgisayarlartn iki yeni fuiinu piyasaya sfuiildii: IBM 360 ve DEC PDP-8 sistemleri. IBM 360'm piyasaya sfuiilmesi, eski sistemlerle uyumlu olmayan bir mimariye sahip bilgisayarm geli~tirilm esi demekti. Yeni bilgisayar ktsa sfuede piyasanm o/o70' ine sahip oldu. Y eni geli~tirilen bu yapI, bugfin bile kullandan IBM geni~ sistem bilgisayarlann temelini ol~urdu. IBM 360 model bilgisayar yeni bir serinin b~lang~cmt oldu ve bundan sonra geli~tirilen tiim modelJer birbirleri ile uyumlu olarak ~lt~acak ~eki lde iiretildi. Yeni modellerin geli~tirilmesinde etken faktorler; daha htzh i~lem htzi, daha geni~ bellek kapasitesi, daha fazla sa)'lda giri~ I ~tkl§ tettninali ve daha kapsamh yazdun destegi olarak srraland1. IBM 360 serisi yalntzca IBM Uriinlerinin yonfinii ve ozelliklerini belirletnekle kalmadi, bu serinin sahip oldugu bir yok ozellik endiistri standard1 olarak kabul edildi. IBM 360 serisi bilgisayarlar endiistri standardt olurken, piyasada yaygm olarak kullantlmaya ba~layan diger bir seri DEC tarafindan firetiliyordu: DEC PDP-8. PDP-8 serisi bilgisayarlann ucuz ! (16000$) ve boyutlarmm kn~iik olmast, DEC firmasrn1 IBM'den sonra en 90k bilgisayar satan firma durumuna getirdi. PDP-8 serisi bilgisayar]ar, yap1 olarak IBM 360 serisi bilgisayarlardan fark11 idi. IBM tarafindan merkez-

anahtarh yapt ile fuetilen 360 serisi bilgisayarlartn aksine, PDP-8 serisi bilgisayarlar bugiin kullanllan teknolojinin temelini ol~turan yol (bus) sistemini kullantyordu. PDP-8 bilgisayar~ 96 adet farkl1 sinyal hattma sahipti ve bu hatlar; kontrol, adres ve veri sinyallerini ta~IDlak i~in kullantbyordu. Bilgisayarda bulunan biitiin birimler aynt hatlart ortak olarak kullandJklarJndan, birimler Merkezi i~Jem Birimi (M1B) tarafindan kontrol edilebiliyordu. Bu arada 1963 )'llmda 'BASIC' programlama dili geli~tirilmeye ba~landt ve ilk ticari yaZI hm, muhasebe alanmda 1964 'de kullan1ma sunuldu. 1965 1970 YJ.llart aras1nda, MIT' de daha sonraki ydarda

'UNIX' i~letim sisteminin geli§mesine yardnnc1 olacak 'MULTICS' i§letim sistemi geli~tirildi.

m.4. Bilgisayar Teknolojisindeki HIZh Geli,meler ve Dordiincii Nesil Bilgisayarlar (1971- ---).) Veri tabanlarmda bulunan verileri bir ag Uzerinden ortakla~ k:ullanabilen 'dordtincfi k~ak

78

bilgisayarlar' 1970'li yillarda kullanlffia sunuldu. Yine 1970'li ylllarda, daha sonraki programlama dillerinin temelini ol~an 'B' ve 'C' programlama dilleri D.MRitchie ve B.W. Kemighan tarafmdan geli~irildi. Ayn1 zaman i~erisinde Avrupa'da Zurih Teknik Yiiksek Ok:ulunda Nikolaus Wirth tarafmdan yeni programlama dili 'PASCAL' olU§turuldu. Bu geli§meler olurken, manyetik ~ekirdekli belleklerin yerini yart iletken bellek entegreleri ald1 ve ffiM tarafindan in~ formatmda 'floppy disk' gel~tirildi.

1968 YJ-lmda, Kalifomiya 'da )rurulan Intel firmas1, 1971 ytlmda 'bir chip ile bilgisayar' slogan1 ile bilgisayarm onemli birimlerini bir entegre i~isine yerl~irmeyi ~d1. 2300 transistor iyeren yeni eleman, 'mikro~lemci' olarak (Intel4004) adlandrrlld1. Mikroi~lemci

entegre teknolojisi, 'her iki yilda i~erdigi transistor sayts1 ikiye katlanacak' diye tanunlanabilecek 'Moore teorisini' ispatlarcasma geli~erek, giiniimtlzde milyonlarca mikroi~lemciler olu~masm1 saglad1.

transistor

i~ren

Bilgisayarm isteyen herkes tarafindan kullan1lmast fikri ve ucuza firetilebilen mikroi~lemciler ~ ta~tnabilir bilgisayarlarm geli~tirilmesini sagladt. 1974 ytlmda, 23 kg agirligmdaki ve 9000$ degerinde bi.irodan biiroya ta~1nabilen ilk ta~mabilir bilgisayar ffiM firmas1 tarafmdan tan1tild1. Yerinden oynat1lmas1 imkanstz olan daha onceki bilgisayarlar He k1yaslaym.ca ooyle bir bilgisayara ta~mabilir denmesi nortnaldi. 1975 b~lannda kasastyla birlik:te ger9ek bir bilgisayar olarak piyasaya sunulan Altair 8800'Un yeni pazarlar olu~turmast~ programc1 gereksinimini ortaya ~lkardt. Gereksinimin ortaya ytkard1g1 programcilar arasmda, 6 haftada Altair i~in program geli~tiren gU.nfuniiziin bilgisayar imparatoru Bill Gates'de vard.I. 1975 yilmda arkada~1 Paul Alien ile birlikte kurdugu MicroSoft ~irketi, daha sonra ffiM firmas1 i~in MS-DOS'u yazdl. Teknolojideki ilerleyen geli~meler bilgisayar sistemlerini elde edilebilir fiyatlara indirdi ve Motorola6502 i~lemciyle donat1lmt~ Apple-1 geli~ildi. Steve Jobs ve Steve Wozniak tarafindan bir garajda iiretilen bu bilgisayar, 1977 )'lltnda 'Apple Computer' firmasmm kurulu§unu sagladt. Ucuz bilgisayar fikrin i ger~kle~tiren Apple serisi ilk bilgisayar1 yeni iiliinler takip etti ve 16 K.Bayt RAM, klavye ve ye~il renkli ek:ran i9eren 1300$ degerinde Apple IT, ilk ki~isel bilgisayar olarak 1977 Nisan aymda piyasaya sUrtildii.

Diger taraftan, 4 KBayt RAM, 14 KBayt ROM (BASIC iyeren), manyetik bellek olarak kullarulabilecek kasetleri i9eren kaset~alar, klavye ve renksiz ekrana sahip 'COMMODORE' sistem olarak 595$ fiatla piyasaya surilldu (~ekil 7). 1977 yilmda piyasaya sfuiilen 'ATAR1' 400 ve 800 modelleri sfugillti ROM yuvast. ozel ses ve goriintii yongalar1 i~iyordu.


H.Ekiz, F.Vat ansever, A .Zeng in, Z .Demir

-

'

~

<

~~k.i17.

1984 ythnda . Apple" tarafindan geli~t1ri len ·Macintosh, (MAC) bilgisayar1 ile, MAC done1ni ba~ladL MAC'in kullannn kolayhgt nedeni ile., MAC ile lBM'ler arastnda bir yar1~ ba~lad1. Kullan•ctlar hangisinin tistHn oldugunu tart1~1rken, her iki firmada sathklar1 bilgisayarlar ile di.inyantn zengin ~irketleri aras1na giriyordu.

Lrcuz bifgtsayar neslinin ilki, 'COintnodore· bilgisayar.

Piyasaya sunulan bilgisayarlarm yaygtnla~masJ, bir taraftan yeni bir sektor olarak oyun endiistrisini Jogururken, diger taraft:an kolay kullantlabilinen bi.iro vazthmlan pazar1 olu~turdu. liesap programlartn1n babas1 olan "VisiCalc ~ i le term inaJin ba~mdaki insan tn ticari hesaplar1n1.~ tablolannJ ve verilerini girerek fiJrmUller uzerinde i~lemler yapmast miin1kiln oluyordu. ,

ll<;ilncu nesi I bilgisayarlardan sonra biJgisayar ieknolojisinde saglanan htzh geli~Ineler" bilgisayarlartn nesil olarak gruplan<hrtlmasin 1 im kanstzla~tJrdL Bu nedenle~ dordlincil nesil olarak isim lendirilen bjlgisayarlardan giini.imilzde i.iretilen en yeni teknolqjiye k~ldar o]an tiin1 biJgisayarlar ayn1 nesil bi1gisayarlann denu1n1 olarak arH hyor. Bununla beraber. yapay zeka ile i:gili yapllan c;ah~n1aJar sonucunda tireti)e(;egi ve yenj bir n1in1ariyc sahip olacag1 belirti)en bilgisayarlann ·~>e~inc.i nesil bilgisayarlar· olacagt savunuiuyor. lV. E<i~isel 8ilgis~yar·lar, VVindows, Bilgisayar Aglar1 • ~l e ! nternet

Ktic;ilk bilgisayarlann ticari olarak geii~imi, 1981 'de 1Brvr in ki§isel bi Jgisayar an lam 1ndaki PC' leri piyasaya stirn1esi ile sonuc;land1. .Atari, Radio Shock~ Osborne, vb. bircok iirma ki~isel bilgisayar tiretineye ba~Jadt. 8088 m ilrJoi~lemcili, 64 KBayt RAM, ye~il 1nonocron1e ekran ve disk et sii.rlictilU PC' 1er bir taraftan endilstri standard1 hal ine ahrken, bir tarafinda bir merkezden kontrol edilebilen ortak baglant1lara sahip oldular. i\1ikroi~lemci

8.

Bilgisayar kullammmm artmasma neden olan

bilgisayaru1

ki~isei

gorlinii~u.

Geii~meler

80~ Ji

yll1arda Iaptop pazar1 o1u$tU. 1984~de 128 KBayt RAM~ 25 sat1r LCD ekran, 3.5 inch disket silrilcil, 2 kg' dan fazia ag1rhg1 ve 14000 DM fiyat1 ile Data Genaral'in Hrettigi 'DG on"~ Laptop piyasaya. slirH ldiL sonucu

Microsoft'un veni Uriin olarak Janse ettH~.i ~ Windo\VS'. a nons edilmesinden 2 yll sonra pazara ~1kabildi. BunLlnla beraber, Windo\vs 80'li ylllarm ikinci yar1s1nda ttitn dUnyaya yaylld1. Microsoft urUnleri Bill Gates' 1 di.inyan 1n en zengin i yaparken.. 1V1icrosoft hi lgisayarlartn evrensel hi.ikumdari oJdu. Windov.:s 3. 1'in piyasaya stirulmesi ile Windo\VS yayg1nla~maya~ Appie Orun leri ise gerilen1eye ba~lad1. 1995 y1llnda Viindo"vs 95, 1998 ythnda Windows 98 ve en sonunda Windo\vs 2000 piyasaya stiruldu. Bu tirtinlerin kullanJmJ ile bilgisayarlarda n1asa ilstti yaytnc1hk kavran11 geJi~ti ve yeni bilgisayarlar yeni ek donan1mlar ile liretildi (Sekil 9).

-

~

..

.. -t -

ku~i.ilmeler

ve dzellikler!ndcki gel i~meler ki~isel bilgisayarlann {)ldliklerinin geli~mesini saglarken" entegre)erin boyutunw1 kil<;iilmesi kil9iik hesap n1akinalar1n tn geli~tirilmesi sonucunu dogurdu. Mikroi~lemci t~knolojisindeki geli~tneler sonucunda 1982' de 16-Bit CPU i1e 9all~an~ dii~iik maliyetli, 80186 tnikroi~Jemcili ~,i~isel bilgisayarlar (PC~ler) piyasaya stirtildti. Bunu ktsa zaman i<;erisinde piyasaya siirtilen 80286 mikroi~Jemci li, J 0 MBayt kapasiteli sabit diskler i~cren ve ~ MS-D(JS 2. I 1"' i~leti1n si stem ine sahip PC'ler takip etti (~eldl 8). Yazllnn o]arak, veribankas1 ve grafik c>zellikleri ta~1yan ~LOTUS' piyasaya sunuldu. Aynca Borland firmas1 tarafindan PC'Ier i~in 'Turbo Pascal' derJeyicisi gel i~tiri ldi. boyutundaki

~ekil

'

.

:~

. .. '

Sekif 9. MasaustU yaymcrhga itnkan tamyan ek donammlar ekli ycni

PC'Jer.

79


Hesaplaman1n Tarihi ve Bilgisayarlaran Geli§imi

1989'da

piyasaya

.

sfuiilen

80486 mikroi~lemcileri takip eden 10 yd i~erisinde Pentium ve masaiistii yaymcthga kolayhklar saglayan Pentium

'

'

~

.

..

.

MMX mikroi~lemcileri bilgisayarlarda kullandd1. 90'h yillarda, bilgisayarlarm insan sosyal hayatlndaki etkisi artt1 ve 20. yiizythn son 10 )'lh internet' in patladtgt ylilar oldu. internet'in ilk temeli 1969'da Amerika'da askeri ama~larla kurulan

'ARPANET' ile atildt. Bir arada bulunan bilgisayarlar arasmda veri payl~unmt saglamak amactyla kurulan ilk aglar, bugiin tiim diinyaYJ saracak hale geldi. Ayru bolge

i~erisinde

(50 Km 'ye kadar)

bilgisayarlar arasmdaki ha~rle§meyi saglayan bilgisayar aglan, 'Yerel Alan Aglar1-LAN' (Local Area Network) olarak isimlendirilirken, geni~ alana yaydan yani tUrn dtinyayt saracak kadar geni~ olan aglar, 'Geni~ Alan Aglar1..WAN' (Wide Area Network) olarak isimlendirildi. LAN'lar i~in ilk yaZihm, Novell'in geli~tirdigi

'Netware' idi. Ancak, bilgisayar1n farkh ~ekillerde baglanmas1 sonucunda yeni protokoller ve yeni yaz1bmlar ortaya 9Ikt1. Giiniimuzde 'Ethemet' yaygm olarak kullanllan 'LAN' protokolfi olmaya 4evam ediyor. Geni~

alan aglan, ilk on-line ~irketler olan 'CompuServe' ve 'The Source' finnalarmm kuruhnas1 ile yaygtnla~maya b~lad1. 1980'de ilk elektronik posta (email) hizrneti hizmete g~ti (TeleMail). Klsa bir siire i~erisinde geni~ aJan aglara hizmet veren ~k say1da servis hiztnete girill: FTP, e-mail, Gopher, WW\V, Chat, vb. 1969' da ii9 bil~ik agdan olu~an internet servisi,

1995'de 50.000 ag sayiSma ve giiniimiizde milyonlarca kullanJctya eri§ti. Ba§lang.t~ta zaman1 daha verimli kullanmak i~in tasarlanan internet, 'uzaktan eri§im' (remote login) ve 'dosya payla§tml' (file sharing) gibi yeni i~levlere sahip olarak, veri ileti§iminden elektronik postaya, ah~veri§ten her tiirlU ileti~ime kadar ~k degi~ik ve geni~ alanlarda kullanllmaktadrr. Kablolu TV yaym1 ve telefon i9in kullanllan hatlarm internet baglantiSI i~recek

~ekilde

ortak

kullanun1

ile

kanna§tk baglanttlardan kurtulunmast ama~lanmaktadtr (Sekil 11 ). Ger9ek zamanh ses ve gorllntli yaytnl ile ileti~imin smrrlarm1 zorlayan intetnet gezici bilgisayarlar ve cep

telefonlan kullanm11 ile insanhgt yeni bir 9aga ta~tyacaga benziyor. Mikroi~lemcilerin

yerini giinumiizde Pentium II ve son olarak Pentium Ill i§lemcileri ald1. Yeni millenium 'un ba~mda 128 MB RAM ve 633 MHz h1z norntal ihtiya~ olarak goriiliirken, Ocak 2000' de

1OOOMHz= 1GHz i~lemci iiretildi ve piyasaya siiriildu. 2000 Yih sonu itibar1 ile 1400 MHz'lik Pentium N mikroi~lemci iiretimi ve bu mikroi~len1ciyi kullanacak bilgisayartn piyasaya siiriilmesi hesaplar1 yapthyor.

80

'

...

.

.,

··,

..

-

'

'

'

~kil

10. Telefon~ Kablolu TV ve Internet baglantl elemanlannm m tak hatlan kullanmasL

V. Y eni Millenium ve Y eni Nesil Bilgisayarlar

ilk

bilgisayarlardan

giliriimtizde

firetilen

bilgisayara kadar tOm bilgisaayrlarda k:ullan1l2n 'Neumann' mimarisinin, yeni donanunlarla birlikte degi~tirilmesi hedefleniyor. Yak1n gelecekteki ~hsi

bilgisayarlarm birden yak i~lemci i~erecek paralel i~letnci yada kullanuan mikroi~lemcinin chip - paralel i~lemci yap1smda olmas1 hedetleniyor. Bilgisayar mimarisinin ge~tirilmesinde faydalanmast du~U.niilen iki yeni teknoloji var : Y apay zeka (artifical inteligance) ve bulanlk mantik (fuzzy logic) insanlar gibi .k arar vennesi hedetlenen yeni bilgisayarlarda kullanilabihneleri i~in yapay zeka, 11ztn~ sistemler ve bulan1k mant1k iizerinde yogun ~alt§malar yap1hyor. Su anda farkb alanlarda kullantlan yapay zelca ve bulanik mant1k teknolojilerinin, yakm gelecekte bilgisayar mimarisinde kullanllmast hedefleniyor. geli~mesin de Bilgisayar teknolojisinin hedeflenen ikinci yenilik; farkl1 i~letim sistemleri ve programlar arasmdaki uyumsuzlugun ortadan kaldrrtlmas1. ffiM PC, MAC, SUN, vb. bilgisayar sistemleri i9in geli~irilen ve birbirleri ile uyumsuz olan

iitiinler,

piyasada

bulunan tUrn bilgisayarlarda kullantlacak duruma getirilmeye ~al1~iliyor. Bu antaca yonelik olarak geli~irilen 'Java' programlama dili ile yaztlan programlann farkl1 sistemlerde sorunsuz kullantlabilmesi hedefleniyor. Java'nm kullan1mi ile yaygmla~an

internet kullan1mt, Java donenainin ba~lamasma neden oluyor. Bu nedenle, baz1 bilgisayar uzrnanlar1 'Java On.cesi ve sonras1' terimlerini kullaruyCJr, Gelecegin bilgisayarlarmda olu~acak diger bir

yenilik; bilgisayarlann intemet ortamt i~erisinde ter1ninaller haline gelmesi. Bu sistemde, program Jar bilgisayann i~ine yerl~tirilrriesi yerine bir merkezde tutulacak ve kullamlmak istendiginde bilgisayara g~ici olarak yiiklenecek. SUN firmasmtn 'Ag bilgisayardn ~ Network is the computer' deyimi ile ozetledigi yeni mimaride, her bilgisayar intemet'e bagh olacak ve si stem i~erisinde bir terminal gibi davranacak (harddisxli terminal). Bu arada monitor teknolojisindeki yeni geli~meler ile, yeni fuiin bilgisayarlar daha estetik bU yap1ya sahip olacaktrr (~ekilll).


H.Ekiz, F.Vatansever, A.Zengin, Z.Demir

Sanayi devrimleri ile sosyal hayat1 ve dii~iince tarz1 degi~en insanoglunun, yeni ya~am ve dft~iice tarz1n1 belirleyen en onemli etkenin bilgisayar ve internet olacag1 kesin. Yakm g~mi~te ktsa sUrede olan degi~imlere bakarak, gelecekte olacaklari, talunin etmek kolay degil. KAYNAKLAR

Sekilll . Gel~en teknoloji ile estetik gOrUnilmlll PC'ler firetilecek.

Yeni bilgisayar mimarisinde ol~cak yeniliklere son olarak, geli~tirilmi~ multimedya ozelliklerini ekJeyebiJiriz. Geli~n multimedya ozellikJeri ve optik cihazlarm (CD, DVD, vb.) artan kapasiteleri ile yeni kullanun alanlart ol~acak ve bilgisayarlarda inantlmaz boyutlarda saYJsal veri saklanabilecektir. Bilgisayann temel e) em ant olan mikroi~lentcilerin, 'superiletken' ve 'GaAs' gibi malzemeler kullandarak yaptlmasJ ile, daha btzh bilgisayarlann yaptmt kolayl~cakttr. VI.

Sono~

ve Degerlendirme

Tarihi, insanhk tarihi kadar eski hesaplama i~lemlerinin bir alet kullantlarak yapdmas1 dil~fincesi ~k eskilere dayanmaktadrr. Aritmetik i~lemlerin bir alet kullanllarak yaptlmast d~Uncesinin pratige doo~mesi ile, toz tahtas1 ve abakUs ile ba~layan hesaplamalarda alet kullanuni teknigi, guniimiizde tom matematiksel becerilerin bilgisayara btrak.IImast ile sonu~landt. ilk ara~larmdan bilgisayarlara kadarki geli~im i~erisinde Oretilen her yeni hesaplama cihaz1~ bulundugu donemin ihtiya~larm1 kar~tlacb ve gorevini yerine getirdi. Herbir yeni iliiinlcihaz gorevini yerine getirirken insanlarm sosyal hayatm1 ve d~ce tarzlannt degi~tirdi ve ya§amt daha kolayla~tu ntayt hedefledi. Hedef insanltgm rahati olunca, geli~ime ayak uydurntak ve geli~meleri takip edebilmek zor bir hale geldi. Geli~eler giinumiizde htzb bilgisayarlar, bilgisayar aglart ve internet ile

[1] Clements, Alan, "Bilgisayar Donannnmm Temelleri", MEB, Ankara,l994 [2] Cooke, P., ''Mikroelektronik Sistemler - I", MEB, Ankara, 1994 [3] Halsall, Fred, "Mikroelektronik Sistemler - 11", MEB, Ankara, 1994 [4] Adah, E~ef, "Mikroi~Jentciler, Mikrobilgisayarlar", Birsen Yaymevi, tstanbul, 1998

[5] Meadows, R and Parsons, A.J., "Mikroi~lemciler Esaslar, Elemanlar ve Sistemler", MEB, 1stanbul,l997 [6] Topaloglu, Nurettin, "Mikroi~letnciler ve Assembly Dili", Se~kin Ya)'lnevi, Ankara, 1999

[7] Stallings, William, "Computer Organization and Architecture", Prentice-Hall Inc., 1996 [8] Stone, Harold S., Microcomputer Interfacing, Addison-Wesley Publishing Co., 1983

[9] Giim~kaya, Haluk, "Mikroi~lemciler Bilgisayarlar", Alfa Yaymlar1, istanbul, 1999

ve

[I 0] Giimil~kaya, Haluk, â&#x20AC;˘'Mikroi~lemciler ve 8051 Ailesi", Alfa YaYJnlan, istanbul, 2000 (11] PCLife Dergisi, Nisan-2000

[12] PCLife Dergisi, Mayts-2000 [13] Chip Dergisi, Mart-2000 [14] Chip Dergisi, Nisan-2000

[15] Chip Dergisi, Ma}'ls-2000

sonu~land1.

81


,

82


SAÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

4.Cilt 1. ve

2.Say1 (2000)

83-89

TENSILE PROPERTIES OF EXTRUDED SiC(P)/Al-2124 BULK FUNCTIONALLY GRADED MATERIALS Hüseyin UZUN, Necat ALTINKOK and Ramazan YILMAZ ••

Sakarya University, Teknical Education Faculty, Ozanlar, Sakarya, Turkey. artmış olduğu fakat hafifçe % 0.2 akma ve çekme

SUMMARY

Functionally graded materials (FGMs) are a new

mukavemetlerinde azalmanın mevcut olduğu tespit

kind of composite materials whose composition and

edilmiştir.

microstructure

varied

continuously

or

stepwise

from place to place in ways designed to provide it

. I.

with the necessary properties at the specifıc regions

INTRODUCTION

of the components. Bulk FGMs with radial graded cores based o n the SiC(PYAl-2ı24 composite system fabricated by hot extrusion at 450 oc have lıigh

The highly demanding technological environment of the present age requires materials \Vhich can

surface hardness because of the SiC particulate

combine

reinforced Al-2124 ınatrix annulus combined with

materials, e. g. high heat and corrosion resistance,

high interior toughness due to the introduction of an

high strength in elevated temperature applications,

properties

iıTeconcilable

in

common

unreinforced Al-2 I 24 alloy central core. The tensite

high wear resistance and high toughness. Achieving

propeı1ies of bu1k FGMs were elucidated in this

these different material property requirements at

study. The calculated and experimentally tensite

different

results were compared. The results show that FGMs

conventional materials with homogeneous structure

exhibit improved ductility but slightly lower 0.2%

is

yield and tensi le strength with res pect to their

(FGM s) are a new kind of material that have a

conventional coınposite counterparts.

controlled progressive change in composition and

not

positions feasible.

in

a

component

Functionally

graded

usjng

materials

structure across their sections. Therefore they can

be designed to meet particular material property

OZET ••

needs.

Fonksiyonel kademeli değişken malzemeler yeni

Functionally

bir kompozit malzeıne türüdür. Bu malzemeler, bir

advantages over their conventional counterparts,

makine parçasının belirli bölgelerinde istenilen bir

such

özelliğı

etmek

elde

için

dizayn

edilmiş

olup,

kimyasal birleşimi, mikroyapısı ya

malzeınenin

as

jncreased

materials

graded

adjusted

theımal

fracture

toughness

offer

attractive

ınismatching [2]

and

[ı],

fatigue

resistance [3], and graceful failure of FGMs [2].

süreklilik arz edecek şekilde yada kademelİ olarak makine

parçasının

bölgesine

bir

değişmesi

doğru

diğer

bir

Infonnation

söz konusudur.

Bu

concerning

bölgesinden

may the

be

found

physical,

in

the

literature

particularly

thermal,

çalışınada

k ullanılan

değişken

properties of FGMs [4], but there is a scarcity of

ınalzemeler,

birbiri içinde dairesel kademeli bir

data regarding mechanical performance, especially

forma sahip olup SiC(p/AI-2124 kompozit sistemi

tensite strength. Therefore the present study is

esasına

göre

4 00°C

fonksiyonel

'de

sıcak

Üretilen

üretilmişlerdir.

ekstrüzyon

ile

değişken

fonksiyonel

malzemelerin dış yüzeyi, Al-2124 matrix içine SiC takviye

parçacıklarının

focused on the tensile properties of

SiC(p/Al-2 124

extruded bulk FGMs. These types of bulk FGMs

C

have high surface hardness because of the Si

dolayı

particle reinforced Al-2 124 alloy matrix annulus

oldukça sert, göbek kısmı ise takviyesiz Al-2124

combined with high interior toughness due to the

alaşımından dolayı oldukça tok bir özellik gösterir.

introduction of an unreinforced AJ-2124 central

edilmesinden

Bu çalışmada bu malzemelerin çekme mukavemeti özellikleri incelenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar, teorik olarak geliştirilen fonnü1lere göre hesaplanarak

elde

karşılaştırılmıştır. kompozit

fonksiyonel

edilen

Sonuç

malzemeler değişken

ile

sonuçlar

olarak,

ile

geleneksel

karşılaştırıldığında,

malzemelerin

sünekliğinin

core. At the same time, some work on conventional extruded SiC<PYAl-2 I24 composites are also carried out for comparison purposes. The differences between the tensile properties of the composites and

FGMs

are discussed.

The

calcuJated and

experimentally tensile results are compared.

83


Tensile Properties of Extruded SiC (PyAI-2124 Bulk Functionally Graded Materials

II. EXPERIMENT AL PROCEDURE

p

(j=-

Tensile testing was employed with two different

(1)

A

model FGMs with radial graded cores specifıed as single core and double core FGMs. The central core

where;

of the single core FGM was unreinforced Al-2124

cr=

P

alloy which was surrounded by a SiC reinforced

=

tensile strength (MPa) maximum load (MN)

A = the original cross-sectionaJ area of the

surface layer. The central core of the double core

specimen (ın2)

FGM was also unreinforced Al-2124 alloy, but an

outer core having lower SiC volume fraction than

III. RESULTS

that of the surface layer was introduced between the A1-2124

central

and

core

the

surface

layer.

'The

Conventional SiCeP/Al-2124 composites \vere also

Instron

universal

plastic strain o f 0.2 % because no clear yield point

testing

was obtained. The ductility is quoted in terms of

machine was eınployed with a crosshead speed of

percentage elongation of the test speciınen.

0.1 mın/ınin. Load and displacement data recorded

using a computer. Solution heat treatment (T4

The 0.2 % yield strength of composites increased

temper) consisting of 500°C for 5h, followed by

cold

water-quenching

speciınens prior to was

strength

equation:

was

tensile

evaluated

carried

out

on

the

was further increased to 30 o/o. Similarly the yield

strength of FGMs with a 30 %SiC surface laver J

:

particulatc re in forecd coınposites, s ingl e ,

,. , .. ..:......ı. �.;.·r-;-.. ;·

'

.

:

_

•.

o(

,

' .. '

. :·' ·.;

•. .

.

..

.,.

.

.

SPECIMEN .

'

<

.: :·;

.

-

(Surface layer

-

Central core)

_.

( o/o

)-

343±12

8.6 ± 0.8

424.4 ± 18

320

6.6 ± ı

30 o/oSiC(p) 1 Al-2 124

· ,

:

471.5±9

20 o/oSiCCP) 1 Al-2124

·

( MPa )

·

ı 2.4 ± ı

444. 8

, -.. : · ··'·.:·:� :� : r· ·

;

315 ± 2 ı

15 o/oSiC(p) 1 Al-2124

-D , oubı�:e()·re- �f:iMs>:::�:-;:,�:,,.,·

14.8 ± l.l

420 ± ı o

;; ·

,

290-+- ı 7

1 O %SiC(p) / Al-2124

30 o/oSiCcp/Al 2124- Al 2124

.

- '

:

0.2% Yield· ', Elongation Strength

±

15

±

14

FGMs.

and double core

.; ....,,

.

'\

'

·:

.. ,

�<

·_.,..

·

.

�.

.

.

>

. .

•.·

Al-2124

30 %SiC(P/AI2124 - 15 %SiCCPfAI2124Al-2124

.

i·'

..

.

--

'-

�-

'

.. _

.

330 ± 8

13.5 ± 0.7

20.AL

400 ± 21

297 ± 8

lO± l .2

30.Al.

440±5

295±13

17.3

1.3

20.1O.Al.

395 ± 16

292 ± 9

13.3 ± 1.5

30.15.Al.

±

' '

Code

_

,

. ''

Outer core -

20 o/oSiC<P/Al 2124 - 10 o/oSiC(p)/Al 2124-

84

inciurling 20 o/oSiC but decreased if the SiC content

following

Tab le 1. Coınparison of tensil e properties of SiC

1:,.

with increasing SiC volume fraction up to and

all

testing. The tensile

using

The yield

strength is defined as the stress required for a

state sections of the extrudates according to E8MAn

SiC(p/Al-2124

in Table 1.

FGMs are summarised

Tensile specimens were machined from the steady­ specification.

for

conventional composites and single and double core

carried out for comparison purposes.

93

properties

tensile

< •

.


H.Uzun, N.Ait1nkök, R.Yılmaz

is less than those with 20 %SiC surface layers. When the 0.2 o/o yield strength of 20.Al. single core FGM (330 ±8 MPa) and 20.1 O.Al. double core FGM (295 ± 16 MPa) are compared with that of 20 o/oSiCc.P/ Al-2124 composite (343 ±14 MPa), it can be seen that due to the introduction of outer and central cores, the single and double core FGMs show a 4 % and 16 % decrease in 0.2 % yield strength. The saıne phenomenon is observed for the 30.Al. single core FGM (297 ±8 MPa), the 30.15.Al. double core FGM (292 ±9 MPa) and 30 %SiC(p/Al-2124 composite (320 ±14 MPa). The tensile strength values of composites increase with increasing SiC volume percentage up to 20 %SiC but then dramatically decrease with a further increase to 30 vol %SiC (Table 1). For example, the tensile strength of coınposites increases from 420 ±10 MPa to 471.5 ±18 MPa when the amount of SiC rises froın I O volo/o to 20 vol%. In contrast, when the SiC content continues to increase to 30 vol0o / , there is a reduction in tensile strength to 424.4 ± 18 M Pa. lt

was observed that single core FGMs have a slightly lower tensile strength as compared to the conventional composite corresponding counterpaı1s. For instance, 20.Al. and 30.Al. single core FGMs exhibit -3% (459.5 ±8 MPa) and --8 o/o (400±21 MPa) reduction in tensile strength, respectively, conıpared to 20 %SiCtp/Al-2124 (471.5±9 MPa) and 30 %SiC(p/Al-2124 (424.4 ±18 MPa) coınposites. This trend of reduction in tensile strength w as also observed for 20.1O.AI. and 30.l5.Al. double core FGMs, as shown in Table 1. The variation in ductility for coınposites and FGMs is alsa shown in Table 1 and as was anticipated, it can be seen that the introduction of SiC particles in the alun1inium matrix alloy reduces the ductility of these ınaterials. However in FGMs the addition of more ductile cores in the high level SiC composites, for example the introduction of an Al-2124 alloy core with 20 vol% or 30 vol% surface layers, and the introduction of both Al-2124 alloy central core and 15 vol% SiC outer core with 30 vol% SiC surface layer, resulted in a marked increase in their ductility compared with that of conventional composites. In the T4 temper, the ductility increases from the value of 8.6±0.8 o/o elongation for 20 o/oSiCcp/Al-2124 composites to 13.5±0.7 °/o and 17.3± 13 % for 20.PJ. single core and 20.1O.Al. double core FGMs, respectively. The same phenomenon was also observed with 30 0/oSiCcp/Al-2 124 composite (6.6±1 %) and 30.Al. single core ( 1 0±1.2 %) or 30.15.AJ. double core (13.3:±; 1.5 °/o) FGMs.

IV.

DISCUSSION

on results obtained in the presen t study, it can be stated that 0.2 % yield strength and tensile strength of the SiCeP/Al-2124 compasİtes increase with increasing SiC volume fraction up to 20 vol%SiC but decrease if the SiC content is further i ncreased to 30 vol% (Table 1 ). B ased

Several different mechanisms of strengthening have been proposed in the literature to explain the strength of the SiC reinforced metal matrix composites. These mechanisms are surnınarised� as fo11ows: 1) the transfer of load from the aluminiuro alloy matrix to the SiC particles, 2) residual stress occurs in the alum iniuın alloy matrix and plastic strains are introduced near the SiC particles because of the difference in coefficients of therınal expansion (CTE) between SiC particles and ducti1e aluminium alloy matrix. The dislocation density is thus enhanced in the aluminiun1 alloy matrix due to the presence of the hard and brittle SiC paı1icles, 3) strengthening enhancement fronı constrained plastic flow in the aluminiuın alloy ınatrix. SiC particles can resİst the plastic flow of the ductile n1atrix. so an average internal stress in the ınatrix is gcncrated. 4) strengthening arising from inherent strengths of the reinforcement and ınatrix in the composite as per the rule of mixtures theory [5,6,7,8]. lt is assumed that the major contribution to strength of the SiCcp/Al-2124 composite is the high dislocation density generated due to m ismatch in thermal coeffıcient of expansion between SiC' particles and Al alloy matrix. The SiC(p/AI-2124 composite has a large CTE ınisınatch strain. the plastic deformation-induced dislocations would becoıne daıninant when the plastic strain exceeds the thermal misınatch strain. Dislocation generatian due to CTE ınisrnatch in the metal ınatrix composites has been confirmed by several investigators [9]. In the present case, when the SiC voluıne fraction exceeds 20 %, a slight decrease in 0.2 °/o yield strength (-- 6 %) was observed. This is in goo d agreeınent with Lin 's study [10]. He attributed this to the increasing an1ounts of agglomeration and poor conso1idation as the silicon carbide voluıne fraction increased. Therefore the anticipated strengthening effect of the high SiC content addition would be degraded and result in a Jess pronounced improvement in the strength. FGMs exhibit lower 0.2 % yield strength as coınpared with their corresponding composite counterparts. This is due to the bulk average SiC content of the FGMs being less than that of the conıposıte material. 'll '

85


Tensile Properties of Extruded SiC (P/AI-2124 Bulk Functionally Graded Materials

SiC volume fraction is attributable to the fact that investigators, but there is a general trend of an increase in strength with increase in volumc

It is agreed that reduced tensile strength for the high

the composites fail prematurely before they achieve their maximum strength due to defects such as SiC

clustering of the reinforcement offers preferential

fraction, but the data are not uniformly consistent The major causes of the differences jn the datc:

degradation in the overall strength of composites

include:

agglomerates. It has been widely reported that

reported

sites for void or crack initiation and causes a

previously reported by Lin

20 volo/o

content exceeds

[1 0],

particle

the

same

composite�

size differences,

lack

o�

hot working, different fabrication temperatures ane

that when the SiC

the fabrication of different shapes, such as rod

the agglomeration of SiC

,

SiC.

nominally

reproducibility from batch to batch, the aınount o·

In addition, it was observed in this work, and

[ll].

for

particles increases and this results in a lower

plate, ete.

distribution. Furthermore it has been established

The tensile strength of FGMs is proportional to thı

than

strength

expected

for

a

homogeneous

that an enhanced dislocation density is generated in

area fraction of the layer and cores. This w ili bı

It becomes

calculated and experimentally measured results. 1

the matrix during the plastic deformation and due to

discussed further in tenns of a comparison o

progressively more difficult to relieve the resulting

is believed that all the above mentioned factor

the presence of the local

stress

SiC particles.

concentrations

as

the

SiC

which affect the composite strength will also play

content

increases. Thus, tensile and yield strengths may

role in determining the properties in FGMs. Th

stresses araund the

than the corresponding composite depending on tb

tensile strength of an FGM may be slightly les

deerease at high SiC contents because the lo cal

SiC partictes

are high enough to

mitiate

failure before the composite' s potentia]

Other

studies

SiC content,

superior to that of coınposites.

strength is achieved.

based

Si CeP/ Al

on

the

and

tensile

-

The

2124

strength

yield

compaı·ed with that of

the

T4

strength

condition, as summarised in Table

2.

-

were utilised to calculate the predicted strength

It

FGMs. The yield strength and tensile strength

condition

treatment

unreinforced

composite in the same heat

2124

(T4)

<

reinforced constituent layer/core data of Table :

should be noted that there are differences in the

data for SiC/ A l

yield strength and tensile strength

using a siınple rule· of ınixtures approach. The Si

as

alloy base matrjx in

Al-2124

0.2 o/o

both single and double core FGMs were predicte

composite systeın also demonstrated an increase in

0.2 %

but the ductility of the FGMs :

alloy in the

Al-2124

T4

<

conditic

were taken from the reference of You et al.

obtained by different

<

[t

Tab le 2. Comparison of tensil e properties of some SiC particulate reinforced conıposites and their base matrix alloys available in the literature.

. : . ·: ]; " : · , � . : : · -· · : � , ' : } �; · �: � :; � · ::,; : : ,·· . �} :::, \�·. · · · _ .: . . . . ,E · : ' s�� t:: ··:·MA:: TE�RI� L �-· · ,·,·: /:;--:y:2 · J l 1 ; ; � �� ; ·:::.. "} i,:-:; �: :��. �t\,� .

. ': .=· ,::: ·: .. ..

. , ,:�,

'

,

·

·

·

·.·

S

.:

< .

.

·

,

,

.;· : · ,. �nem

;�... �:�:,

.

.�:· ·;;..

.

''

.

: :..

.

.

,

,

(

·

.

'

�l.i:.::. ··,::·:= ; :::. ; Strength .·· 2;-�!��:,, '�:�:i: �:�� Jf'.:ŞJ )�: . · ...,::'; ··-( MJ?.a) : ) ; ·x ::: ·�.: ::: :. ;;t·,�: .. . .'.,.·; .. ;. , ;�_ ,> �� j : . :

.

:

· .��

:

.

518 491 450

374 32 7 296

11 18 22

Lin

10 %SiCcp/Al-2124-T4 17.8 % SiCcp/Al 2124 T4

547 610

440 400

4.5

Lin

[10]

20 %SiC<PlAl-2124-T4

495 537 560 606 552

450 351 405 436 400

2

Lin

[10]

-4.7 7

Lloyd

543 593

387 441

5.2 4.5

Srivatsan et al.

Al-2124 (T4) "

"

-

-

,,

"

"

"

30 o/oSiC(p/Al2124-T4 "

86

�.

ı 0.5 --

[10]

Srivatsan et al. [ll]

You et al.

[12]

Lloyd [13]

Srivatsan et al.

[11]

[13] You et al. [12] Harrigan [14]

Harrigan [ 14]

[ll]


H.Uzun, N. Ait1nkök, R.Yalmaz

In terms of the rule of mixtures

layer/core in the materia1, thus the 0.2 °/o yield

% yield strength and tensile strength

strength and tensile strength of FGMs are given by

given in Table theory, the

0.2

2.

of FGMs depend on the area fraction of each

crFGM

(J'

TS

(J laycr 1

== a

I'Ci.\1

Alayer 1

O 2%YS

0.2% YS

A

JS tnyı:r 1

AFGM

ic�vıtr

1

---

A

+

+

a

fo ver

layer2

Alayer 2

T\' 2

!•(i \/

Alayer2

0'0 2%YS

---

A PG:\!

AFGM

the following expressions :

+

·

·

·

\'

T

+ . . . . + O" l�yc:r t 11)

·

Alayer( n)

+cr 0.2%_YS l ayer( n)

A1

(2)

A FG�f

aya 1 n )

(3)

A FGM

where; 0.2°/o YS cr FGM 0.2% YS

cr la�er 1

'

(J

'

O. 2% YS layeı· (

n

})

=the

O.2 % yield strength of

=the

0.2 % yield strength of each

=

r'\ TS V laycr

1

'

• •

J.

/mu 1 ., .

The

� rs ,V l::ı}eı· (

. .. '

n

constituent layer/core in FGM

the tensile strength of FGM

=the tensite stress of each constituent layer/core in FGM

)

A'·�\ ı:r( ll)

calculated

FGM

and

=the area fraction of each constituent Jayer/core

experimental

0.2

%

yield

strength and tensite strength of FGMs with different

o/oSiC series. The percentage differences between

calculated and experimental values for the 30 %SiC

SiC volun1e fraction are compared in Figures 1 and

series are higher than for the

values are within 20 o/o of the experimental values

agreement between experimental and calculated

°/o.

of agreement. This indicates that when the SiC

using a

volume fraction of the surface layer exceeds 20

of mixtures approach are generally

vol%, the increasing aınounts of agglomeration,

2, respectively. The calculated

O.2 o/o

yield strength

for 20 °/oSiC and 30 o/oSiC series, except for the

30.15.Al. double core FGM which is within The tensite simple within

rule

2

strength

values calculated

25

o/o of the experimental values for the 20

the

values, the 30 ��SiC series demonstrate a poor leve1

porosity,

ı

poor

consoJidation

and

delaınjnation

CExperim ental results

[ •Calculated results

-

...... ..

series. While

%SiC series FGMs exhibits very good

20

350 ('O a. �

20 %SjC

300

.s:

C) c:

tJ)

250

'"O -

Q)

·-

>-

� o

N

200

o

150

...__

_......

_

20 %SiC - Al-2124 single core FGM

20 %SiC-10 %SiC - Al-2124 double core

FGM

Figure 1. Comparison of experimental and calcuJated

30 %SiC- Al-2124 sıngle core

FGM

30 %SiC-

15

%SiC - Al-2124 double core FGM

0.2 % yield strength results for FGMs.

87


Tensite Properties of Extruded SiC (PyAI-2124 Bulk Functionally Graded Materials

between layers or cores have a significant effect on

surface layer

Also, it can be assumed froın the calculated tensite

FGM exhibits a catastrophic failure in a similar

20.Al. single core FGM, that as the 20 %SiC

composite.

the mechanical perfonnance of FGM specimens.

strength values for single core FGMs, for example

500

breaks,

the Al-2124 central core

cannot support the total transferred load, and the

manner to the 20 %SiCep) 1Al-2124 conventional

--------�

1 []Experm i ental results '

ı•Cal culated results

450

-----

r--- --

...

. .

-

-

-··

.. .

-

-···

.

-

-

� -

- -

-

-..

..

.c:

...,

g' Q)

... ..,

400

-t------t

(1) Q)

-

·-

350

Q) ı-

300

-

-

---- ---

-

---

20 %SiC - Al-2124 s ingle core FGM

20 %SiC-10 %SiC - Al-2124 double core FGM

30 %SiC - Al-2124 single core FGM

30 %SiC

-

15 %SiC

Al-2124 double core FGM

Figure 2. Comparison of experimental and calculated tensile strength results for FGNls.

[5] Zok, F., Jansson, S.� Evans� A.G., Wardone, V ...

V. CONCLUSIONS This investigation has shown that the fabrication of

the

SiC(p)IAl-2124

beneficial

FGMs

effects

show

bulk

on

FGMs

can

provide

ductility

due

to

tensile

improved

properties.

These

the

introduction of cores of unreinforced and/or lower

SiC reinforced content but slightly lower 0.2%

yield and tensile strengths with respect to their

conventional composite counterparts.

Functionally Graded Materials", Materials World, Vol. 3, No. lO, pp. 474-475.

J.A., 1996, "Fracture Behaviour of

l1nperial College o f Science, Tech. and

Medicine, London.

Properties of SiC (P/Al-2124 Functionally Garded

Materials" PhD thesis, Imperial College of Science, Tech. and Medicine, London.

A.,

Sasaki, M., Maeda, S. and

Adachi, H., 1990, "Fabrication and properties o f

functionally

gradient

materials",

Powder Metall., 37, (2), pp. 3 13-316.

88

[6]

Flom� Y. , Arsenault� R.J., 1986, "Defonnation

of SiC / Al coınposites" 34. [7]

Arsenault,

Journal of Metals, pp. 31-

R.J.,

Fisher,

R.M.,

1983..

[8]

Kim, Y-H., Lee� S., Kim, N.J., Cho: K.,l 994.

"Effect of microstructure on tensile and fracture behaviour of cast A356A1/SiC P composite", Vol 31.

[9] Davidso, D.L., 1991, "Tensile defaımation and

fracture toughness of 2014

+

15 vol Pet SiC

particulate composite", Metall. Trans. A, Vol 22A, pp. 113-123.

[3] Uzun, H., 1998, "Fabrication and Mechanical

[4] Kuınakawa,

Vol. 22A, pp 2107-2117.

No 12, pp. 162 9-1634.

2124 Al- SiC Functionally Graded Materials", PhD

thesis,

matrix composite", 1991, Metallurgical Tr ans. A ..

Al compositess", Scripta Metall.� Vol 17, pp. 67-7 ı_

[ 1] Rawlings, R. D., 1 995, "Tailoring properties:

Imergy,

behaviour of a hybrid ınetal

"Microstructure of fiber and particulate SiC in 6061

REFERENCES

[2]

"The mechanical

J.

Jpn.

Soc.

[1O ] Lin, C-Y, 1994, "Fabrication and properties of

fonctionally

graded

materials",

lmperial College, London. [11]

Lewanski,

Ph.D.

Thesis,

J. J., Liu, C., Hunt, W.H., 1988,

Processing and Properties for Powder Metallurg)

Composites, Eds. P. Kumar� K. Vedula, A. Ritter. pp.l 17-125.


H.Uzun. N.Ait1nkök, R.Yılmaz

(12]

C.P.,

You�

Dollar

,

M.,

Thompson,

A.W.,

Bem stein I. M., 1991, Metall. Trans. A, Vol. 22A� ,

pp. 2445-2455.

[13]

Lloyd, D.J., 1994, fnt. Metal. Rew., 39,

pp.l-12.

[14] Harrigan, W.C., 1987, DWA Spe ci al it ies Ine., Engineered Materials pp. 50-85, ASM Intern atio n a L ,

1,

Composite Handbook,

89


,

' •

90


1 1

SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

ı •

1

4.Cilt 1. ve 2.Say1 {2000) 91-97

Fe-Cu ve Fe-Cu-C MALZEMELERiN SERTLiGiNE ISIL İŞLEMiN ETKILERI •

1

••

H.UZUN, C.O. OLMEZ 1Sakarya

2

2

Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Ozanlar, Adapazari

Sapanca Endüstri Meslek Lisesi, Sakarya.

kolu kılavuz topu, yağ plakası basınç plakası, düz vites

ÖZET

senkronize dişlisi ve anahtarları, debriyaj baskı plakası Demir-Bakır ve Demir-Bakır-Grafit karışunları olmak

ve sürücü dişlisi), askeri mühimmat parçaları (roket

üzere iki farklı demir esaslı malzeme toz metalurjisi

bilezikleri), fotokopi makineleri, yüksek hızda çalışan

yönteıni ile üretihniştir. Üretim işlemi ise, tozların

yazıcılar,

karıştırılması,

soğuk

presleme,

1

125°C' de

ve

alanlarda,

çamaşır

makinesi

n1alzen1elerin

parçalanmış amonyak atmosferi altında sinterleme ve

özelliklerinin

fırında soğunna

kullanılmaktadırlar [1,

kademelerini

içermektedir.

Bakır karışımlarında bakır yüzdeleri

Demir­

eksantrik

ınekaniksel

üstün

dişlisi ve

olmalarından

gibi

fiziksel dolayı

2,3].

%2 'den, %3.5' a

0.5 adımlarla arttırıhnıştır. Demir-Bakır-Grafit karışımlarında ise, bakır ıniktarı sabit (%3) tutulurken, grafıt ıniktarı %0'dan %1.25'e 0.25 adımlarla

Bu çalışmada, toz nıetalurjisiyle üretihniş olan deınir­

arttırılmıştır.

özelliklerini

etkilere sahip oldukları tespit edilmeye çalışılmıştJr. B u

120 dakika bekleyip sonra

ınalzernelerin ısıl işlem öncesi ve sonrasında se rtlik

kadar

Sinterlenen

geliştirmek için, soooc· de ha\ada

soğutına

Üretilen demir

y ap ıldıktan

ısıl

numunelerin

işlemine

esaslı yapısal

tutulmuşlardır.

parçaların

nıeydana

sonra

tabi gelen

ısıl işlemi

bakır

ve

denıir-bakır-grafit

ınalzem ele rin

sertliği

üzerinde, değişik toz oranlarının ve ısıl işleınİn ne gibi

ölçüm1eri yapılmış ve ın ikroyapısaJ karakterizasyon incelenmiştir.

ınikroyapısal

değişikliklerin neler olduğu ve malzeme sertliğine nasıl yaptığı

etki

incelenm iştir.

Yapılan

çalışmaların

II.

DENEYSEL ÇALIŞMALAR

sonunda nuınunelerin havada soğutulmasıyla oluşan

ince taneli yapı ve numune yoğunluğunun artn1asından dolayı

deınir-bakır

antığı

tespit

alaşımı

sertliğinin

aton1izasyon yöntemiyle ürettiği ticari saflıktaki ASC-

Demir-Bakır-Grafıt

1 00-29 deınir tozu kullanılı11ıştır. Bu tozun ortalama

numunelerin

edilmiştir.

Deney lllalzemelerinin tümünde, Högenas firn1asının

0.002 olup, ınax.simuın O;üO.l O karbon

numunelerinde ise, grafit 1niktarının artması ile perlitik

karbon oranı %

: apının

içermektedir. Toz çapları ortalama 45-75 ı.ım arasında

oluşınası

gerçekleşmekte

ve

sertlik

aıtışı

meydana gelrnektedir. Ayrıca ince taneli bir yapının

değişmektedir. Toz çapları

oluşınası da sert) i ği arttıran diğer bir faktördür.

ve

I.

%99.36 saflıktaki Sintek Toz Metalu�ji tarafından su

atomizasyonu

GİRİŞ

30-50 ı.ım arasında değişen

yöntemiyle

kullanılmıştır. Grafit tozu

üretilen

bakır

tozu

(%97 C, %0.08 S. %2.83

kül) olarak Högenas firması tarafından üretilen UF4 Den1ir esaslı toz metalurjisi (T/M) ürünleri, endüstrinin birçok dalında

büyük bir oranda kullanılmaktadır.

Otoınotiv parçaları,

el aletleri,

tarım

aletleri, büro

sertleştirici grafit tozu kullanılmıştır. YağlayıcJ olarak da çinko s treat kullanılnııştır.

malzemeleri, havacılık ve askeri alanlarda deınir esaslı

İlk

TM

Demir

yağlayıcı), belirlenen oranlarda hassas terazide ayrı

tozlarının diğer tozlarla birlikte kullanılması (nikel,

ayrı tartılın ı ştır. Tartılan tozlar ayrı ayn yatık kon ili

fosfor. bakır, polimerler) bu parçaları daha da stratejik

karıştırıcı içerisinde homojen karışım elde edinceye

duruma getirmektedir.

kadar ( yaklaşık

parçaları

vazgeçilmez

malzemelerdir.

aşama olarak tozlar (deınir tozu, grafit, bakır ve

8 dakika) karıştırılınıştır. Hazırlanan

toz karışımıarına ait kodlama işaretleri ve toz miktariarı Demir-Bakır-Grafit toz karışımları, özellikle otomotiv

Tablo 1 'de verilmiştir.

paçaları (motor, yağ pompası dişlisi, motor hareket

9:l


Fe-Cu ve Fe-Cu-C Malzemelerin Sertliğine Isli işlemin Etkileri

Tablo 1. Toz karışımiarına ait kodlamalar

Numune kodu

ve

kanşım oranları.

Demir

Bakır

Grafit

(o/o Ağırlık)

(0/o Ağırlık)

(0/o Ağırlık)

Al

98

2

-

0.6

A2

97.5

2.5

-

0.6

A3

97

3

-

0.6

A4

96.5

3.5

-

0.6

Bl

97

3

o

0.6

B2

96.75

3

0.25

0.6

B3

96.5

3

0.5

0.6

B4

96.25

3

0.75

0.6

BS

96

3

ı

0.6

B6

95.75

3

1.25

0.6

Hazırlanan

toz

karışımları,

yardımıyla

1050

(1Ox 1 Ox76

mm

MPa

80

basınçta,

tonluk bütün

bir

pres

numuneler

0/o Yağlayıcı

ortalama

brinel I

sertlik değerleri bulunmuştur. Brinell sertlik

değeri

noktadan sertlik ölçümü alınarak,

Presleme

tespit edilirken, 5 mm çapındaki sert bilye, 62.5 kgflik

sonrası kompaktlar karışunlarda kullanılan kodlamalar

bir kuvvet ile numune yüzeyine 30 saniyelik bir süre ile

esas almarak işaretlenıniştir.

tutulmuş ve yüzeyde oluşan izin çapı ölçülmüştür.

Tüın numuneler, parçalanmış amonyak gazı atmosferi

III.

ebadında)

preslenmiştir.

DENEYSELSONUÇLAR

altında çalışan sinter fırınında. 1125 oc sıcaklıkta 30 dakika

bekletilerek

sinterleme

işlemi

gerçekleştirilmiştir.

Sinterlenecek kampaktiarın fırın

içerisinde

oluşumu

bağ

esnasında

III. 1.

Fe-Cu Kampaktiarında Bakır Miktarının lsıl Işlemin Sertliğe Etkileri

birbirine

yapışmaması ve ısının kompakt bünyesinde homojen

Isı I işlem görmüş ve

ı sıl

kompaktlar amyant ile

nuınunelerinde (Tablo

1)

olarak dağıln1ası arnacıy la,

ve

işleın görmem iş A grubu bakır miktarının artmasıvia .,

sarılarak farklı tavalara konulmuş ve bu şekilde fırına

elde edilen sertlik değerleri Şekil 1 'de gösterilınektedır.

sürülmüştür.

Şekilde görüldüğü gibi, gerek ısıl işlem görınüş

ve

bu

Ön

ısıtma bölgesinde 20 dakika bırakılmış

bölgede

ısıtma

esnasında

yağlayıcıların

gerekse

ısıl

işlem

gönnemiş

numunelerde,

ve

bakır

bünyeden uzaklaşması ve mevcut oksit tabakalarının

miktarının aıtın asıyla numunelerin seıilik değerlerinin

giderilmesi sağlanmıştır. Esas sinter bölgesinde 30

de

dakika kahnmış ve bu esnada sinterleme işlemleri

numunelerin

gerçekleşmiştir. Soğuma bölgesinde ise yaklaşık 60

numunelerle karşılaştırıldığında daha yüksek oldukları

dakika beklenmiştir.

tespit edilmiştir.

arttığı

görülmüştür.

Ayrıca

ısıl

sertlik değerleri, ısıl

işlem

işlem

gönnüş

göınıeınış

Sinterleme yapılmış kompak.tlar, ısıl işlem fırınında 800°C sıcaklıkta, 2 saat bekletilerek ve daha sonra havada soğutularak ısıl Hoınojen

bir

işleme

ısıtına yapabilmek

tabi tutulmuşlardır.

numuneler

Fe-Cu-Grafit Kompaktlarında Grafit •

Miktarının ve Isıl Işlemin Sertliğe Etkileri

ve oksitlenmesini

önlemek için saç kutu içerisine dökme demir talaşı konularak

111.2.

birbirine değmeyecek şekilde

Isıl işlem görmüş ve ısıl işlem görmemiş B grubu Fe­ Cu_Grafit esaslı numunelerde (Tablo 1), bakır ıniktarı sabit tutularak (ağırlık olarak o/o3), grafit ıniktannın

dizilmiştir. numunelerin,

artmasıyla tespit edilen brinell sertlik eğrileri Şekil

mikroyapısal karakterizasyonu optik bir mikroskopla

2' de gösterilmektedir. Şekildeki eğrilerde görüleceği

yapılmıştır. Pariatılmış olan numuneler, fazlar arası

gibi, hem ısıl işlem görmüş hem de ısıl işlem görmemiş

kontrast farkının oluşturulması için nitrik asit ve metil

B grubu nuınunelerde, grafit miktarının

Sinterlenmiş

alko Iden

ve

oluşan

ısıl

işlem

%2' lik

görrnüş

nital

dağlama

reaktifi

artınasıyla

numunelerin sertlik değerlerinin de arttığı görülmüştür. Ayrıca ısıl işlem görmüş B grubu numunelerin sertlik

kullanılarak dağlanmıştır.

değerleri, ısıl işlem görmemiş B grubu numunelerle Kompaktların sinterleme sonrası ve sinterleme sonrası

karşılaştırıldığında

ısıl işlemden sonra, her numune üzerinden 3 farklı

edilmiştir.

92

daha

yüksek

olduklan

tespıt


• •

H.Uzun, C.O.Oimez

~

öi"'"" C) � .._..

...

·-

(1) >Cl cu "C � ·-

-

90 80 70

� ---

50

--·-

40

-

·-

.

--

cu

·-

-

-

----�-

� -=-�···--. -

��--·

-

-� ----

ls ıl işlem görmemiş

-'

10

c: ...

-

--

--�·

20

-

-·- ----

60

30

Q) tl)

-

Karakterizasyonu

lsıl işlem görmüş -

1

III. 4. Fe-Cu-Grafit Kom paktların Mikroyapısal

-

--

.

.

o

al

numunesinin gözenek ıniktan ile A2 numunesının gözenek miktarı karşılaştırıldığında, A2 numunesinde gözeneklerin çok daha az olduğu görü Imektedir. Ayrıca gri bölgelerin yani bakır miktarının arttığı da görülmektedir. Kısacası bakır ıniktarı arttıkça gözenek azaldığı miktarının numuneler birbirleri ile karşılaştrrıldığında tespit edilmektedir.

4

3

2

5

Bak1r içeriği (0/o ağ1rhk)

Şekil 1. Fe-Cu kampaktiarında ilave bakır miktarına göre sertlik değerlerinin değişiini.

Fe-Cu-Grafit esaslı B grubuna ait mikroyapı fotoğrafları Şekil 4'de görülmektedir. Mikroyapıda gözüken siyah bölgeler gözenek!eri, beyaz bölgeler demiri, gri bölgeJer bakırı ve koyu gri bölgeler de grafiti göstermektedir. Grafit ıniktarı arttıkça, koyu gri bölge miktarının da arttığı görülmektedir. Beyaz bölgelerin yani deınir miktarının ise azaldığı nıikroyapıda fark edilmektedir.

IV.

�40 �120 � �

·�100 Cl)

� cu tn

-

cu c

60

-

-- ---..

40

20

--

-

- ·--

-

.

...

..

o

aJ

lsıl işlem g:meniş lsıl işlem gCxrrüş

--

..

--

-

--

-··--

..

..

-

-··

...

......

-

-�

.

-

·-

,_

.

-

1

2

3

4

5

6

7

Grafit içeriği (0/o ağtr1tk) Şekıl

2.

Isıl işleın görmeıniş Fe-Cu esaslı A grubu num unelerinde bakır ilavesine bağlı olarak meydana gelen sertlik artışı (Şekil 1 ) bakır ıniktarının artınasıyla nuınune içerisindeki gözenek miktarının azalnıasına dayandınlabilir (Şekil 3 ) I sıl işlem gönnemiş A g rubu numunelerdeki sinterleme sıcaklığının ( 1125cC). bakırın ergime sıcaklığının (1 083cC) üzerinde olnıası; tüm numunelerin sıvı faz sinterlemesivle sinterlenmesine ve gözenekJerin en aza indirilınesine yol açınıştır. Sinterleme sıcaklığında numune içerisindeki bakır ergiyerek� portiküller arasına ve tane sınırlarına sızın ış, dolayısıyla ergiyen bakır tünı yapı içerisine yayınına yolu ile taşınınıştır. Buda gözeneklerin azahnasına sebep olmuştur ve böyle ce nuınune yoğunluğu da artmıştır. Dolayısıyla yüksek miktarda bakır içeren numuneler, düşük miktardaki bakırlı numunelere göre, sertliğinin daha fazla olduğu tespit edilıniştir. ...

·-

....

SONUÇLARlN IRDELENMESI

.

'g' 80--

·-

,

..., yt'

-c �

Fc-Cu-Grafıt koınpak1. 1annda ilave grafıt miktarına bağlı

olarak sertlık değerinin değişimi.

111.3.

Fe-Cu Kom paktların Mikroyapısal Karakterizasyonu

lsıl iş1eın görrnüş A grubu Fe-Cu esaslı numunelerin o p tik m ikroskopla çekilmiş mikroyapı fotoğrafları Şekil 3, de görülmektedir. Mikroyapılarda gözüken siyah bölgeler gözenekleri, beyaz bölgeler demiri ve gri bölgeler ise bakırı ifade etmektedir. A 1 1

93


Fe-Cu ve Fe-Cu-C Malzemelerin Sertliğine Isli işlemin Etkileri

Gözenek (siy-ah olarak gözüken bölgeler) .

-

Balar (Gri renk) ..:

.

. ,. . .., r· -... ··. ···tıL..·"'1 :' \. ... =-� . i�·� ...

.

.

,. ·..

..

-·ı·- ·-:�-

. ;_.. .. .. · •

...

..

. -.� ... -::;,.,.:. . -�-� . . . .f -�

i·� '1

.,

Beyaz

-.. ,

..t,.� , -

.,

-

.

-

-

.....

_.,

--

....·. .

... -

tL

-·'

...... --.....

....

:...i .

:(Demir)

-

.....

'

.. "

.... . .

.

. .

.. •

'

�,�· -�

.

. ·-

.

..

·'

....·:!'0.� ... 1 (.�.

.,

.•

. .

..

ait mikroyapı fotoğrafı (500x)

. .•

ait mikroyapı fotoğrafı (500x)

...

.

.

.�

.

-

.

.

. .

·'

•••

·- -·

J! � . .r·•

..

� �

.

,

;.. -.�- . \. ......

.

• •

(b) !sıl işlem görmüş A1 nwnunesine

Al nınnunesine

'

.

-.,,

-

. (a) Isıl işlem göımüş

.,

...

. -

.

.

, - ..«

.

·

..

�: . ,�-�

i ) r � t � · ···�J.i' -

1

.

. ...

-

•:1 ....

r:.

.

-

.:

t'ı ..

.

� -�.,­ ��

,

\. ..;. - ...-=

.

-�-

'

.....

� f �.

·ı ''J ...

��-- - ..C�

.

. ..

_

.

r ıE :.. ·--·ı....

..

,.· .

.

·

r

...... �

.

� _:

.

., ... }

tJ

� L'

f*;.. ::... �., � ·�

...

·

.

f/ -;

":)..r'

� ··:0:.::- �. � . ·� ri. .1�� ç;; l. .

.

" -;-. r - ....... .:...:.:....� .

.

·-

� ·

(d) Isıl işlem göııııüş A+ numunesine

ait mikroyapı fotoğrafı (500x)

mikroyapı fotoğrafı ( 500 x)

A

grubu

.

,1� -···

(c) Isıl işlem göıınüş A3 numunesine

Şekil 3.

94

,.

� r::

....)·

-

..

.."r ı...

· ·. .

.

.

.

..

. -:

..

.

... . ...

..

· ..t;P-:�ı'-:, .

��--r

.

'

�-- .

-

,.

·.

�:

. ��----� .. .

. .. c· . ...,

·__

. r ·

Fe-Cu esaslı numune !ere att mikroyapt fotoğrafları

-

.-

.... --


H.Uzun, C.O.Öimez

Beyaz

(demir)

Siyah

Bakır

Grafit

(Gözenek)

(Gri renk)

(Koyu gri) -··-

· · ..

\

-

. .

L

.

.. ...''· . . .. ,. . .. , .. . . �

• '

-.

. '.

...

. - �..?

lt

-···-

. " .1 : . :.* f

·

--

"

...

,

.

'

' ;,. . ·

••• •

. .\

....

_,_

,.

'

.

.

,. • t�

.

·,

--1 .

-

.

'

• •

-

(a) Isıl işlem görmüş Bl numunesine

(b) !sıl işiem görm� B2 numunesine ait

ait ınikroyapı fotoğrafı (500x)

mikroyapı

f'

.

fotoğrafı (500x)

"'!\

'

. �.

..

.... r.

l. .iaıi �

-�-

\ . \ ..., . ..

'

,...

.,/ .

'.

-

.

�-- �,1

:

· ""

,

"'

'...

.

• 1 . 1. •"(, '..

.

.

... ,

:-4

.. tt'

� '

"·"

. .

:.

.

.

..

.

..

1

"-. .. Y. 'Y.�-t" ·l

.

..,·-

.,

� .

·.r

-

.

" .

..li1'>

...

.

-... .

-.o�.

ı:

.

·-

.

. .. ·, .. . .

. .,. . .

'

... · 7vA _

.

(c)

t:- ..

••

. �· • •

.

.

ait milcrayapı fotoğrafı (SOOx)

Şekil 4.

...

� 4 ·

...

.

ı-)�.., -:

··�---

Is ıl işlem gönnüş B3 numunesine

.. ·-

... .... . ..

·"· ( .:. .. .:2111' •• --·

••

-

� ��� .� .

·.-tt... ..;_.._ . �·

,

. ·'-·.

�w;..

·

,

.

i.•'

. ·, -· ·�. ....

. ,�..·.:

.

-

·-·

.4�·

.. ı

,..

11

.

1 . ,

.

�·-

4

..

•' r

.. ·..

"' ')w "' ,.

.

.

...

,

1

(d) I sıl işlem görmüş B4 numunesine ait mikr oyapı

fotoğrafı (500x)

B grubu Fe-Cu-Grafıt esaslı nuınunelere ait ınikroyapı fotoğratları.

95


Fe-Cu ve Fe-Cu-C Malzemelerin Sertliğine lsrl işlemin Etkileri

(Şekil 2). B u nuı11unelerde sinterleme sırasında grafit. ostenit taneleri içerisine yayınır ve sağuma sırasınde ostenit taneleri perlite dönüşür. Perlit teşekkülü osteni: tane sınırında sementit çekirdeği ile başlar ve bJ çekirdeğin büyümesi ile dönüşüm devam eder (Şekil 4). Perlit, sementit (Fe3C) ve ferrit (a) fazlarından meydana geldiğinden, yapıdaki sementit sertlik artış1na sebep olacaktır. Çünkü sementit sert ve kınlgan b=; yapıya sahiptir.

Is1l işleme tabi tutulan Fe-Cu esaslı A grubu numunelerde ise, ısıl işlem sayesinde sinterleıneye katı hal sinterlemesi olarak devarn edilmiş ve gözenekterin daha da azalmasına neden olunmuştur. Böylece ı sıl işlem görmüş Fe-Cu esaslı nuınunelerin sertlik değerleri, ısıl işlem görmem iş yani katı hal sinterleınesi uygulanmamış numunelere göre fazla olmuştur. Ayrıca ısıl işlem görmüş Fe-Cu esaslı numunelerin sertlik artışı, sadece katı hal sinterlemesine bağlı olmay1p, tanelerin incelmesiy le de ilişkilidir. [sıl işlem sıcaklığında görmemiş numuneler sinterleme bekletildikten sonra fırında yavaşça soğumaya terkedilmişlerdir. Bu işlem malzemenin kaba taneli bir yapıya sahip olmasını sağlamıştır [4]. Isıl işlem tatbik 800°C' de edilm, iş numunelerde ise, numune bekletildikten sonra havada soğumaya terkedilmiştir. Havada sağuma işlemi ise numunelerde ince taneli bir yapının oluşmasına neden olmuştur (Şekil 3). Genellikle tane ineelmesi malzemelerin mekanik özelliklerinde bir iyileştinne meydana getirdiği literatürde belirtilmiştir [5]. Dolayısıyla ısıl işlem, ince taneli bir yapıya sahip olan Fe-Cu esaslı numunelerin sertlik miktan, ısıl işlem görmemiş kaba taneli bir yapıya sahip olan numunelerden fazla olacaktır. Deneysel sonuçlar da bunu göstcrınektedir.

Isıl işleın görmüş Fe-Cu-Grafit esaslı B e o-rubu numunelerin, 800°C' de ısıl işleme tabi olduktan sonra havada soğutulmuşlardır. Bu durum sertlik art1şın: sebep olmuştur.Çünkü yavaş sağuma şartıartnda (fırında) kaba perlit, hızlı soğuma şartlarında (hayada1 ise ince perlit oluşur. Isıl işlem sayesinde yapı hem homojen hale gelir hem de ince lamelli perlit oluşur. Böylece sertlik artışı meydana gelir. Isıl işlem gönnüş ve görmemiş Fe-Cu esası numunelerde, o/o3 Cu ilaveli nuınunelerde brinell sertlik 2 2 değerleri sırasıyla 56.5 kgf/mm ve 71 kgf/mın 'dir. 0/o3 bakır ın iktarı sabit olan ısıl işleın görmüş \,.: gönnemiş Fe-Cu-Grafit esaslı numunelerin se:-rlik değerleri ise, Tablo 2'de de görüleceği gibi Fe0/o3Cu'ın sertlik değerinden oldukça fazladır. Bu ser:lil\ artışı ise deın ir ile grafitin reaksiyonu sonucuada teşekkü1 eden perlitjk yapın ın varlığına bağlanabilıt. Fe-%3Cu nuınunelerinde perlitik bir yapının varlığı söz konusu değildir. Dolayısıyla sertlik de düşük olacaktır

Isıl işleın görn1en1 iş Fe-Cu-Grafit esaslı B grubu numunelerin sertlik artışı, numune içerisindeki grat1t miktannın artışı ile doğnı orantılı olduğu görülınüştür

Tablo 2. Fe-o/o3Cu ve Fe-%3Cu-0�ı0.5Gratit nuınunelerin

Malzeme

Fe-0/o3Cu Fe- �lo3 Cu- o/o0.5 Grafit

2.

3.

96

karşılaştırılması.

Brinell Sertlik Değerleri (kgf/mm

·')

Isıl işlem görmemiş

lsıl işlem Görmüş

56.5±3. 5 86±3

71±4 91±

varlığından dolayıdır. Perlit ıniktarının artinası ik sertlikte artmaktadır.

V. GENELSONUÇLAR

1.

sertl ik) erinin

Isıl işlem gönnemiş Fe-Cu esaslı malzemelerde, bakır miktarının artınasıyla gözenek ıniktarı azalmış ve sertlik artışı meydana gelmiştir. Isıl işlem görmüş Fe-Cu esaslı malzeınelerde bakır ilavesine bağlı olarak meydana gelen sertlik artışı, katı hal sinterlemesiyle yoğunluğun artması ve havada soğutmadan dolayı ince tane yapısının meydana gelmesinden dolayıdır.

Isıl işlem görmemiş Fe-%3 Cu-Grafit esaslı malzemelerde, grafit ilavesinin artmasıyla sertlik değerleri de artmaktadır. Sertlik artışı, grafit perlitik oluşan yapının ilavesi nedeniyle

4.

Isıl işlem gönnüş Fe-%3 Cu-Grafit esa�· ınalzemelerde sertlik artışı, ısıl işlem esnasınd� havada soğutınadan dolayı perlitik yapL11:1 incelmesinden dolayıdır.

KAYNAKLAR

[l] WH ITTAKER, D. "Ferrous P/M Coınponents Where From Here", Po w der Metalurgy, Volume 38. Number 2, 1993.


. H.Uzun, C.O.Oimez .

[:]

CRA WSON, A

. .

··p, M Ferrous Malerials·�, Metal

[4]

..

..

GULSOY, Demir

..

0..

"Toz

Esaslı

Metaluı�jisi

Yapısal

Pcırçaların

Handbook, Volunıe 7, p. 623, 1993. USA.

Uretilen

[3] JAMES, B.i\., ''Liquid Phase Sintering in Ferrous

Marnıara Üniversitesi, Istanbul, 1996.

Özelliklerinin

İncelennıesi'',

Süreçleriyle

Yüksek

Mekanik

lisans

tezi,

Po Vv der Metallurgy'', Powder Metalurgy. Volunıe 28, Nunıber 3. 1985.

[5]

TOPBAŞ, A.,

··ısıl

işlen1ler".

Yıldız

Teknik

Universitesi, IstanbuL 1993.

97


.

.

.

.

.


SAÜ

Enstitüsü Dergisi 1.ve 2. Sayı (2000) 99-101

Fen Bilimleri

4.Cilt

TELEFON HATTlNI KULLAN

Ayhan

ÖZDEMİR

BINA OTOMASYONU

......

*

..

....,

*

Ali GULBAG

*Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakü/tes i Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü-SAKARYA

ÖZET Bu

çalışmada

telefon

tabanlı

mikrokontrolör

olduğundan,

sabit

donanım

kullanarak esnek yazılımlar yapabilmekteyiz. Oysa ki

hattı

kullanılarak

bina

analog sistemlere, ek bir özellik getirınek için donanıma

otomasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaç için geliştirilen

ilave yapılması gerekecektir. Mikrokontrolörlerin, tüm

kontrol setinde MCS-51 ailesinden bir mikrokontrolör kullanılmıştır.

DTMF

Telefon hattından kontrol

(Dual

Tone

çevre birimlerini bünyesinde barındııınası ve fıyatlarının

setine gelen

Multi-Frequency)

da

tonları,

giderek

yazılımda

gerçekleştirilen ara devreyle algılanarak dört bitlik say1sal

düşmesi

sistemin

yapacağımız

maliyetini

ufak

düşünnekte,

değişiklikler

sayesinde

sisteme ek özellikler kazandırabilmekteyiz.

bilgi oluşturulmaktadır. Bu sayısal bilgi mikrokontrolör tarafından yorumlanarak, girilen şifrenin doğru olması

ll.

durunıunda, kontrol edilmek istenen tüketici cihazlar

devreye alınmakta veya çıkarılmaktadır.

Telefon

I. GİRİŞ

TELEFONUN ÇALIŞMA İLKELERi sistemi

ile,

bilgisayar

bilgi

i1etişimL

işlem

yürütülmesi çeşitli aygıtları uzaktan kontrol etme işlevleri mümkün olabilmektedir. Telefon ağının dünyanın her yerine yayılm1ş olması, telefon aygıtının ucuz ve kolay

Yapılan

çalışmada,

telefon hattı

kul lanılabilen

kullamlarak uzaktan

bir

aygıt olması

ve

temini

kolay

bir

donanım gerektirmesi bu işin avantajlarındandır. Bugün

kontrol amaçlanmıştır. Bu amaç için geliştirilen kontrol

seti yardımıyla, bina ve büro otomasyonu yapılabilir. Bir

iki çeşit telefon aygıtı kullanılmaktadır. Bunlar;

(termosifon, kombi, kat kaloriferi, klima vb. ) on/off

telefonlar hattı açıp kapayarak sinyal gönderirler, DTMF

olarak kontrol edilebilir.

telefonlar ise iki ses tonu gönderirler.

bina

Bu

içerisinde

alanda

az

bulunan

çok

sayıda

elektrikli

gönderen

cihaz

yerine

sayıda

yapılmıştır.

çalışma

kısıtlı

görebiliriz.

olduğunu

DTMF

DTMF

(Dual

telefonlardır.

Tane

Puls

gönderen

Puls gönderilmesi

Multi-Frequency)

sinyal

gönderilmesi iletişim hızını yaklaşık 20 katına çıkarınıştır

Yapılan

(Bkz. Şekil 1 ) .

çalışmalara bakacak olursak maliyetlerinin yüksek ve özelJiklerinin

ve

puls

Mevcut

sistem] erin bir kısmı analogtur. Tasarladığımız sistem

_oOP ·:-vR�E.f\1" J

ı

l"lA

-

l-

.. �

...._

f f

-

-ı-----�

ı

-

DIG'T

• .. •

ı

__ __ _

t ı

1

....

--.ı-ı .� ıN l f�OtGI-AL ll\ TP�,!AL 40 M' C"r:.�

���� �-----��----���-�ı- T�e CT'MF' OıGITS

CIAL 'fQNE

Şek ill.

DTMF

ve PULS Telefonlann Karşı taştınlması

99


Telefon Hattını kullanarak Bina Otomasyonu

Genel telefon şebekesinin üç elemanı vardır: Telefon bölgesel

aygıtı,

santral

(Central

Office)

şebekesi (Tall Network). Telefon aygıtları iki telli telefon hattı ile bölgesel anahtarlama santraline (Bölgesel Santral bağlanır.

"CO")

Bu

santraller

ise

anahtarlama

ara

merkezleri aracılığı ile birbirine bağlanır.(Bkz. Şekil kaldırılması

Alıizenin

telefon

2).

kapayarak hattan akım geçmesini sağlar. Bölgesel santral o abo neye ait röleler vasıtası ile bu durumu tespit eder. Alıizenin yerine konması ile akımı keser,

200-300

içinde de bağlantı kesilir. Alıize kaldırılmışken telefonun empedansı, alternatif akım halinde

600 Ohın,

doğru akım

100-200 Ohm' dur. Uygulanan doğru gerilim -36V ile -60V arasında değişir. Bu değer ülkemizde -48V' dur. Bunun yanında hat akum 20 mA ile 100 mA, DTMF sinyallerinin genligi ise 50 mVnns ile 1000 halinde

mVrıns

arasında

olabilmektedir.

Bu

değer

hattın

1 209

1477

1633

ı

2

3

A

4

5

6

· B

7

8

9

c

o

#

D

770

ms.

rJ).

1336 697

anahtan

aygıtındaki

KOLON

santral

ve

852

*

941

empedans�na göre değişir. Şekil3. DTMF Frekans Karşılıkları

IV. SİSTEM TASARIMI

TOLL

NETWORK

CENTRAL OFFtCE

TELEPHONE LINE

2.

Bu çalışma deneysel olarak gerçeklenmiştir. Temel olarak

OFFICE

dört kısımdan

TELEPHONE,

TELEPHONE LINE

,.___,.

Şekil

CENTRAL.

oluşmaktadır (Bkz.

devres i ve sürücü devredir.

DTMF

sinyal

�-+---+TonAlgılam�

ikrokontrolör

Devresi

Sürücü Devre ·

Sürücü Devre

ı---+---+ Hattı Açma

DTMF SİNYALLERi

şekli

t------:

Devresi

Devresi

lll.

Elektrikli Cihaz

Zil Algılaına

Genel Telefon Şebekesi

Bunlar;

mikrokontrolör devresi, zil algılama devresi, ton algılama

LINE

LOCAL CALLEQ STATION

4).

Şekil

Bel]

___.

,

___

Elektrikli Cihaz

TİP RiNG

Laboratuarlan

tarafından

Şekil 4. Sistemin Blok Şeması

geliştirilmiştir. Bu sistemde haberleşme hızının artması Mikrokontrolör hattan gelen DTMF bilgilerini ve santral

aşağıdaki sebeplere bağlanmaktadır.

1. 2. 3. 4.

bilgilerini

değerlendirmektcdir

(Bkz.

Şekil

5).

Zil

Tamamen elektronik olarak çalışması,

algılama devresi için bir optokuplör kullanılmış ve zil

Arada sinyalin tekrarlanmaması,

çaldığında

Ses sinyalİ olması,

sağlanmıştır (Bkz. Şekil

Arayan ile aranan arasmda kullanılmaya uygun

hattan gelen tonların algılanıp, bu analog sinyallerin

olması.

mikrokontrolörün anlayacağı dile yani sayısal bilgiye

hattın

otomatik

6).

olarak

devreye

alınması

DTMF devresinde esas olan

çevrilmesidir (Bkz. Şekil?). Hattı açıp-kapama devresi Telefonlar arasında konuşma bağlantısı sonra

DTMF sinyalleri

yapıldıktan

üretilebilir ve karşı tarafa

sayesinde kullanıcı ile kontrol seti arasında bağlantı kurulur (Bkz. Şekil

iletilebilir. Bu, DTMF sinyallerinin çeşitli amaçlar için

8).

de

Sistemin güvenilirliğini sağlamak için şifreleme yöntemi

muhtemel onaltı değişik DTMF sinyali gösterilmiştir.

kullanılmıştır. Kullanıcı dört rakamdan oluşan bir şifreyle

kullanılabilmesine imkan

vermektedir.

Şekil

DTMF alıcıların standart frekans değerinden Hz.

sapmaya

kadar

sinyalleri

3'

%1 .5+ 2

algılayabileceği

varsayılır. DTMF sinyallerinin alçak ve yüksek diye iki gruba

bölünmesi,

kolaylaştırınaktadır.

b unlann DTMF

sinyali,

sinyalinin toplanmasından oluşur.

çözümlenmesini kolon

ve

sıra

sisteme müdahale edebilir. Herhangi bir girilmesi durum unda bırakılmaktadır.

hat otomatik olarak

Şifrenin

doğru

olması

yanlış şifre devre dışı durumunda.

kullanıcı istediği cihazı telefon tuş takımını kullanarak uzaktan kontrol edebilmektedir. Kullanıcı şifreyi doğru olarak girdikten sonra, her cihaza özel olan iki dijitlik kodlama yapar. İlk girilen dijit ilgili cihazm seçimi için

100


A.Gülbağ

A.Özdemir,

V. SONUÇLAR ve ÖNERiLER

kullanılır. Son girilen dijit " 1 " ise ilgili cihaz devreye

alınır, "O" ise devre dışı bırakılır. Kullanıcı gerekli işlemleri yapıp, telefonu kapattıktan sonra, kontrol setinin

Sistem tasanmı bölümünde anlat1lan özellikler deneysel

bağla ndığ1 telefon hattı da devre dışı bırakılır.

olarak gerçeklenmiştir. İlgili cihazıarı temsil etmek için LED diyotlar kullanılmıştır. Sisteme tüketici cihazları

-

: , --> "'! -

' -·--�--<-

---="' .

ı-" !

.. .... ��

-

'

;-

� • � _..,� ..·, .. ·.

�t -

�--

-

1' '

� �'

...

.

.

;-

. .. . ..,

J ·-�=---

•. 1\·:

,

-

;s ' '"

___ _ .

,

..

' •" . __ .__ ___ _ . "

;

l)

·

.�

...

J

L

-

-nt

...._

..- .o .

.,

�.. "t :i

=:-::, -

.

........

_.

-

.;

) .

� b .

bilgisi

kurulması

devresi

kısa

mesaj

olarak

kişinin

cep

telefonuna

gönderilebilmektedir. Fakat bu tip sistemlerin maliyetleri

·.- ıV "• V i•

yüksektir ve altyapısı tam olarak hazır değildir. Bu amaç

'

için kablolu sistem daha uygundur. Çünkü hemen heme n

......,� ı

herkesin işyerinde ve evinde bir kablolu telefon vardır.

...

i !r1

·�:

Bundan dolayı altyap1 hazırdır.

�·ı'! \l'

Şe kil 5. Mikrokontrolör Devresi

Günümüzde

yapılacak

--

U"4 i..\· l'

t.

!

" " .:...

...ı._ '

ı•

)\:' ik-;ıt

1 -

J

I -

-

..�.-•

....

.,.._

-

ı

·x

.

' -

-

___. ____. ._

sistemin,

kumanda

olması istenmektedir. PC

internet

bağlantılı

Tasarladığımız

çalışmalarla

uzaktan

sistem

yaygınlaşan

bu

cihazlar

de

yeni yapıya

'

) ...

.,

ı

türlü

dönüştürülebilir.

·r.

. .., :\. 1 , , , -- . .

ı ..

veya

yaygınlaşmaktadır.

\• r... ....,..

her

edilebilme özelliğine sahip bağlant1lı

___ _ __

süıücü

çeşitli yerlerine konulmuş sensörlerden okunan durum

!

\ . ""

..

bir

kullanılan cihazlar vardır. Bu tip cihazlar sayesinde, evin

-

"

basit

gerçeldenebilir. Örneğin ; piyasada durum kontrolü için

��

.

.-� ...

için

yeterlidir. Yaptığımız bu çalışma kablosuz olarak da

" '

__

·--

1

��.4

_

• ıi

'1

·�·--

--

t'l q l . . ..� r.. .., ı

,

/

�.:'

;---

1

-

(-;-·--�--.,. ;r'J � ' 1:

....

o

...-� _:·

.�,. ilo ·'

.... •

, .... . ', L.lY

ı-. 'i,l If: ��-1.

.Pt!. l • J I1 ,• • ·.� ,, i '

bağlamak

.

'-

.-

KAYNAKLAR [1] GÜMÜŞKAY A, H., "Mikroişlemciler ve 8051 Ailesi"

Alfa Basım Yayım Dağıtım Ltd. Şti.

·� •

.... ! ' . •'

[2] TELTONE, "Application Guide", Teltone

Şekil 6. Zil Algılama Devresi -

----

ı

·--- ... -- ----· ·

,,. .. ıırı ,_

j

r--· -.. _ _ ___

1\.

__..

ıı

t 1 •

11

--- �-�---·-·

..

(1

.

·

-

1

'

'-r1

!)!._lı,,. 1

Hıııı�

i

ı

1

r..

ı l

---ı ı L�, .

ı

1

.

- -:

'

i-)

,ı,. ... -,, ,. o--.-. __ ._ ,_, f,·

� , '7';.ı · . . l ı.�

r--. ı

� ._....! '---::- "-

ı rı-:-� l �--_ ı

ıi"�

.:.

...--·------

--

�1'\lı·�

ı

j

-:

• '·

-

[ 4] Dali as Semiconductor, "Soft Microcontroller

ı 1. 1

-· ---· - ·- ·--�

�·

o

Sistemi", Y.Lisans Tezi, ITU, 1987

1 1

o

[3] ÖZNERGİZ, E., "Mikroişlemci Kontrollü Telefon

C:\."'" �'ı .>ıoc-

\

r-

C]

-

-

'

ll

-·r· •

1

i j

i,

!·"'

ı·

..

c-ı·

DataBo ok''

! .......

o •• ·'·

.-ı--\ rı--� ; Lı /) ,

,

_

..J..:.r � , ı: ---.1

/.';._ .:.;... ,... 2 l .:.:... ... .!

--

.

K'

�-'l 1

'

�-)

,�,' .

1 ; .:.. �...: ;\ :_

-_ _

tı � , ....

·-�v�:

· --

Şekil 7. Ton Algılama Devresi T1P

' �"'• -..ı ,"' .... [' "" " ' '\ J.·; . ..

J r-----'----. --\ ••

...

�·

....

.,

_

lL-.-.-------{--t==::Jl- f...- �

.

\.

!"-.. -

.

-

:::.-;.. ''i

�-· -"\l ..

Şekil

1

)

8. Hattı Açıp-Kapama Devresi

101


102


iAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi .. Cilt 1.ve 2. Sayı (2000) 109-113

TIME TRADEOFF TRANSPORTATION PROBLEMS in CASE CHANGE ofCOSTS in CERTAIN INTERVALS H. KOCAMAN1

Eyüp Sabri

TÜRKE R2

Mustafa

SİVRİ3

1 Sakarya University, Faculty oj'Science and Art,

Slakarya-TÜRKJJrE

2 Sakarya University, Faculty ofScience and Art,

Sakarya-TÜRKiYE

3 Yıldız Technica/ Üniversity, Deparflnent ofJ\;fathenıatical Engineering, Yıldzz;1S1:4.lv'BUL

Abstract- Objective function has constant cofficient in rnost of transportation problems. Ho,vever in probleıns

which comes to face in real life� costs can not be constant. Also, it is fact that, in transportation problems tiıne is im portant [2]

can be converted to In addition, our n1odel ınultiobjective transportation problem by order relation. Then ( 1) , (2) objective functions can be written m

. Mın zk (x) _ L.; " Lı "' c k ıJ xiJ ı= ı j=1

In this paper, \Ve propose a solution \Vith time-tradeoff in

case change

of costs in certain intervals. ınaking transportation probleıns as a multiobjective transportation probleın by order relations.

to

j.

Aij

Min T k ={min p

Aij

inteıvals where cij's , t. reprcsents transportation time frorrı i �ı

Then forınulation of transportation problen1 can be

giYen as follo\vs

MinZ(x)

Min T=={

n

=LLAijxij i=l j=l

tij : xij '

(1)

(2)

Constraints : n

Lxij=ai j::.l. m

L i-l

x ij

1J

tij: xij

:1:-

O

}

(7 )

\vhere P� is the nuınber of alternative solution of k solution.

Besidcs, It is acceptcd that the model is balanced ınodel, m

that is

(3)

n

I a i =Lb j i-1

Objective function : m

ınax

-th

I. INTRODUCTION

changes on

(6)

.

.

Lct S be a feasiblc region�

n

j=l

equality holds.

As in all of multiobjective programıning problems, of instead optimuın solution in multiobjective transportation probleıns it is proposed the best feasible solution or set of solutions, for decision maker. One of the most important factors of transportation is time. Either for in defoıınation of transporting goods or for responding of demands in time. Time is very irnportant. For transportation problems, solution techniques which refletcs interaction with tin1e of objectives, have been developed [3,6, 7]. II. INTERVAL ANALYSIS

=bj

(4) tlJ >o ..

(5)

Let

be Iefi -liınit and a

a

right -limit.

L R interval is defıned by ordered pair as

A

=

< a < a [ aL , aR ] = { a . aLa - R, ·

E

R}

Then

an

(9)

109


Time Tradeoff Transportation Problem s in Case Change of Costs in Certain lntervals

intervals is also denoted by its center and

Similarly, width as

(20) on the other words A

Where, ac is center and a w is width. It is clear that (ll) The operations on inteıvals used in this paper may be ex1Jlicitly calculated from defınation (9) as

s*Re B <=>

Definition there is no right limit

A

s*LRB

and �* c wB

(21)

( 1) if and only if x' E S which satisfies Z(x') s* RcZ(x). The ZR (x) of interval objective function Z(x) in x

:

E

S is a solution of

(1) may be calculated from (13) and (15 ) as In the case of x 2 O

ZR(x)

(acıxı+acı x ı+ ... +a cnXn ) +(a,vı xı+ aw2 x 2+ . + a wnXn )

=

·

kA= k[a

(14)

a] = R

L'

(15)

.

(22)

Where aci is the center and awi is the 'vidth of the coffıcient Ai of Z(x). At the same time, the center Zc (x) of

Z(x)

in (1) ınay be calculated from as

(23) The solution set of ( 1) can be obtained as the Pareta optimal solutions of the following probleın

llL ORDER RELATIONS for MINIMIZATION

PROBLEM

Definition: Order relation

B = [bL · bR ]

and

s 'iCLR •

is defined as

It is should be noted that the objective functions (24) are to minimize Z (x) and Zc(x). It seems that our R

model converted to multiobjective model.

and A

B <)_R_

<:::>

�*LRB

and

A :;tB

(17)

Similarly, order relation �* cw between A=<ac, a w> and B = < be , bw > is defıned as

IV. MULTIOBJECTIVE witb.TIME TRADEOFF

TRANSPORTATION PROBLEM

In this section, following symbols and concepts will use x

: decision vector : k-th objective function zk (x) Z (x): objectives vector

(18)

�*cw B

<:::;>

A <*cw B

and

A :tB

Let

Here, It is notice that A is preferable to B if A *

A � cw B condition

and there is no pair A,

B �*cw A

B

11 o

�*LR B

or

vvhich satisfıes

Px * k

be p-th alternative optimum solution for

k-tb objective of probleın. Let us denote objectives taken values ve etar for Pxk* solution with

[ 9] .

Now,define the follo\ving order relation two above relations

(19)

* < Re

related

and corresponding transportation time with PTk.


.Kocaman, E.S.Türker, M.Sivri

Let

-th

N(k) be number of nondorninated pairs for k

objective after elimination of dominated from pairs

( Pzk , PTk ).. Operation is finished if there is solution set

\vhich decision maker accepts from these solutions.

If,

any solution is not accepted by decision maker releases

where

xk

*

reprcsents only one altemative optimuın

solution of objective zk (x). Then all dominated solution set (qz, q T) submitted to decision maker by interacting objective

the solution to us; we may construct joint objective

q

Z(x)

Qz(x)

ı

L W f Zk(x)

=

...

ı

,

ı

.

'k =1

Lw f = ı

solution set of zk (x)-th objective. (

k-1

Besides. as in Ringuest and Rinks's article[lO]. vr·eights

(k= ı, 2,

..

.

written:

for every joint

1)

LLriJxij i.=l j=l

·,

,o

.

.

'

.

(29) .

.

With transporta"tion 'tinie. q = 11!-aX T A

,. l?J .

{ İ .

.

i'

ı

under the constrains (2)-(3)-(4) . Clear

-

a solution set

If

.

.

. ..

.

ij .

: X

ij

::f:-

Ü}

ı

iY , fiJ = L w f c t . k=l '

·'

which decision maker admits then

operation is fınished. Othenvise, If

doesn't

=

·

.

n

i=l j=l

k=l

·.·

)

m

q""c�x .. w " � k �� lJ lJ

=

'

x is to be a solution of system (3) - (4) (5)­ iff it is an optimal solution of LP problem (3) - (4)

".kq

=

n

l

(5) - (26) .

-

m

k=l

th where wkq is the weight of q(q l 2, ... , IT N(k)r

(6)

Lw�Zk (x) k=l

=

(26)

=

Theorem

ı

decision maker

choose any solution set or leave ·us decision,

solution set corresponding to;

objective can be

n ı inR q

q

= nıi n q

nıin r

q

zr + 1

-q zr

(30)

qTr -q1�+l

is proposed to decision rnaker since that solution set

makes the least cost-tiıne slope. Here r represents tiıne interaction step vvith objective

(8Z

'

. ..

'

W.q ı -

ı

1 +1

j=l

by using

=

x

j =l

vv

+

...

ı

... + .

,

V. COROLLARY . ...

,

w{ +w i

+

q

(27)

zj

L �ıZ j ( � ) L iZ j (x;) \V

corresponding to

L cx r ) j=l

from the equality ı

ı

\V

sT)

proposcd solution to decision maker.

q

__:_ � -

_

,

Thus, solution set q. minR =Rs is our last q

ı

==

=

.

=

1.

w

=

\V

�ı

obseıved that-there is no difference betWeen solutions of

computer and manuel. The program .. includes a main menu procedures and subreports. Here, functions and

procedures ınakes follo\ving solutions.

We obtain

*

Least Cost Method

ı

*

Modi Test

Lzjcx;) j=l

*

Finding Alternative Solutions

*

Time Tradeoff with Alternative Solutions

*

Computing

+ ı

ı

L [ Z j (x İ ) j=l

. • .

+w�

ı

This study is supported with a comp�ter program. It is

ı:zlcxr) j=l

]

(28)

Weiglıts

at

Con1promise

Objective

function. *

Time Tradeoff with Compromise Solutions

*

Det ernıining of optimum solution

111


.....

-.l..

3

">

Cl)

� .,

� o. (l) o ::ı; -( � ::ı en

-w

1 2 3

············ ················ ·····-········ ·· ·

·····•·wrrw-�

4 433� 55

····················· ······· ·-····· ·· ·-· ·················

ı:r:;Nz:ı *CO«

· · ·-

1 2 3+-

···· · --· · ··· ·· ··· ·· ··· ···· ·· ········ ·· ·· ----- ······· -· -- ·· · ·-· ·· ···· · · -- ···· ..... ... ·····----· .... -·--···

--�----�------���----

o

4

"'' o ;ı.

31 3322

· ······· -·--- ...... ··· ··············A· - ······ · · ·· - -····· ······-·········· --·... ··•· · •·· •· ····· · ··· ··-···· ·· ·············

o ::s '"'C .., o C"'

----------� -----�-� � ---

(1)

-

3 en

::s o � (fJ CD () :r A) ::ı (Q CD o

1�

········-------·-··-----·-J·-· ----· ··-····-

1i

-------·-�---··············•4••·-----

=

11

5

3j

--------·-··--�---------------------···

-··-

11 2!

9

········-····························-········· - · · · ·

23

17;

• ...•••..•....... ..... .......• ...... ······· -·-···-· •

21 � : ..,. 11s

··--··-·············----····-···-·······------·�·····-··-

1�: 2i

. 4-ır

1

10

22�

2

2

12

16:

2:

3

8

4

4

1f·······-···-··--·---·-··--· ·····-··· �-�--------------------------·

····

'

2

-------····-- -----··-·�-----··--·-···

3

3

····-···

7

1

11

2

7

(") o en ,.... en ::::J

-· ·-·--············--···············-·············-··-----

5

("') CD

;ı.

15

su

:s

::ı

-

14� 18� .............................................1""17; ğ"i"""""""""

CD

< su

13;W,W 2

en

-

---- -··--·--�--- ----·-····-··-----·--·---�- --·----····-·- --·-----�--·-

.

.. ... . ... ..

.. . ..

.. .

.

.

. .... ...... ... .. ..... -r.: .... . .

'

Figure 1. Main Menu


H.Kocaman, E. S.Türker, M.Sivri

VI. A SOLUTION ALGORITHM Srep

1:

Convert the single objective prograınming pr oble ın that changes its costs in certain intervals. to ınultiobjective problem by interval analysis.

Step 2: Find the all alternative optimal solutions. Step 3: Let Pxk * Pz

k

,

-

'

'

· · ·

whi c h

satisfying

s ol u i o

\/0.

< P Xk * )J

If ( P zk ,PT k) is a dcsired

For all alternative solution of objective,

If

( Pzk _PTk ) is

bv k

obj ect ive and not elin1inated.

Step 6:

Considering alternative optin1al solution, constnıct associatcd objective

qZ(k)=

ı

l

L w�zk (x) (q =ı. 2 . . . [I N(k) ) .

k -ı

.

k=l

(qz. qT) to decision ınaker. If decision maker accepts

this solution. STOP. Othe nvise go to step 7. ,

I nterac t the transportation tiıne witlı objective

qZtx) and delcrminc the ratio .

nun R

q

q

Step h: If all R q \\Crc c

=

,

(q

r

==

qTr -qTrq

1 . 2, . . .

ı

n N (k)

k=l

)

onst nı cted go to step 9. Othenvise return step 6. .

[8]. A. K. GUPT A and J. K. SH ARMA( 1987) An . Techniquc for Tiıne-Cost Tradeoff ın lterativc Journal of Probleıns. Solid Transportation Mathematical and Physical S cience s. 21� 133-147. [9]. H. ISHIBUCHI and H. TANAKA(1990) Multiobjective Programıning in Optimization of the lnterval ObjectiYe Function. European Journal of Operaticnal Research. 48� 219-225.

D. B. RINKS( 1 9 87) [10]. J. L. RINGUEST and Interactive Solution for the Linear Multiobjective Journal of Transportation Problem. European Operational Research 32, 96-106.

. . qz -qz r nun ının ·r�ı q

[7]. S. GEETHA and M. N. WARTAK(l989) Tiıne­ Cost Tradcoff Analysis in Soıne Constrained Assigment Problcıns. J. Opl. Res. So c. 40,1:ı 97-101. ,

By opti nl i z ation of this objective.. propose solution set

Step 7:

[4]. A. BEN- ISRAEL and P. D. ROBERS(l970) A Dccoınposition Method for Interval Lineer Programn1ing. Ma nagc n1 ent Scienc. 16. 5, 374 - 387.

[6]. S. GEETHA and M. N. WARTAK(l989) Tiıne­ Cost Tradeoff in a Tree Diınensional Assigment Problcn1. � European Journal of Operaticnal Research .. 38, 255-258.

N(k) be the nuınberof solutions \vhich are obtained -tlı

[3]. V. P. ANEJA and K.P.K. NAIR(l973) Bicriteria Transportation Problcın. Management Scie nce . 25, 73 78.

undesired solution of ( P zk _PTk) .

ii)defined. goto step 5.

Let

[2]. M. AHLATÇIOGLU and M. SİVRİ Çok Amaç Ile Zan1an Etki1 eşinıl i Taşuna Problcıni.

[5]. J. A. DIAZ(l979) Solving Multiobjective Transportation Problems. Ekonon1icko-Matematicky Obzor. 15. 73-78.

,

5.'tep 5: El i ın i n at e

VII. REFERENCES

alternative

i) undefined goto step3, by tak i ng next

solution.

ınaker.

,.

t n of decision nıaker then current solution is the best solution. STOP. Otherv�ise go to step 4.

.)'tep -1:

q

.

max and denote transportation tiıne \vith pTk. As P T k== ı.j tij for

.

[1]. M. AHLATÇIOGLU, M. SiVRi and R. KARPAK (1990) Multiobjective In te rv al Transportation Probleın. 1� Youngstown State Work ing paper Univer sity

val ues veetar of objective be

[ zı ( P Xk * ) zı ( P Xk * )

-

Step 9: Solution set ( S z� ST) corrcsponding to ratio min Rq R is our fı nal proposition to d ecis ion

[ 1 1 J. R. E. STEUER( 1981) Algorithn1s for Liııear Prograrnming Problen1s with Interval Object i ve Ma the n1a ti cs of Oprerations Function Coeffıcicnts. Rcsearch. 6� 3� 333 ]48 ..

113


sAÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

tCilt 1.ve 2. Say• (2000) 115--120

KUMAŞLARlN DOKUNMASIZ KALDlRlLMASlNDA ARALIK-BASlNÇ İLlŞKİSİNİN İNCELENMESİ

Babür

ÖZÇELİK1 Fehmi ERZİNCANLI1

Fehim FINDIK2 İbrahim ÖZSERT2 ..

-sA U, Teknik Eğitim Fakiiltesi, '

'Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü,

SAKARYA

Bilgisayar Afüh. Bölümü, GEBZE

ÖZET

adlandırılmaktad ır.

Gerek

rijit,

gerekse rijit olmayan

malzemelerin robot eli yardımıyla kaldırılması üzerine

Bu araştırmada bir nozul (meme) sistemi yardımıyla kumaşların dokunmasız olarak kaldırılması incelenmiştir.

birçok çalışma yapılmış; değişik sistem ve yöntemler

Kumaşların kaldınlması, belirli bir basınca ve debiye

vakumlu [ 4], kıskaçlı robot elleri [ 1,2,5,6], sıkıştırma

sahip

hava

kaldırılacak

tarafından

kumaş

sağ lanmıştır

yüzeyine

.

Bu

hızla çarpması

havanın sonucu,

nozttl ile kaldı rıl acak kumaş yüzeyi arasında bir vakum olarak oluşmakta ve kumaşlar dokunmasız kaldınln1aktadır. Bu araştırmada hava basıncına bağlı olarak nozul-kumaş aralığının değişimi incelenmiş ve sonuçlar değerfendiri Imiştir.

Anahtar

Kelimeler:

Nozul

geliştirilmiştir. Bu sistem ve yöntemler: iğneli [1,2,3], [6,7,8], elektrostatik tutma [9,10], yapışkan bant [2,6,71 kimyasal yapışma [11,12] ve dondurına [7 !18] (yüzeye su emdirip dondurma), yöntemleridir. Bu yöntemlerin; birden fazla kumaş kaldırma [13,14], vakum deliklerinin kumaş kırıntılarıyla tıkanınası [1 5], yüksek maliyet [16], kumaş dokusunda bozulma [1,4,6, 7,ll ,14], robot elinden kumaşın ayrılması için ilave ekipman ihtiyacı [1,8,13 ],

(meme),

Dokunmasız

Kaldırma, Kumaşların Kaldırılması.

birden fuzla yüzeyin tutulması [4,8,12] gibi sakıncaları bulunmaktadır. Bu sistem ve yöntemlerden başka, rijit demir malzemeler için mıknatısh robot elleri [2,13,17]; piliç, elma, cam bardaklar gibi hassas dokuya sahip veya

ABSTRACT In this st ud y non-contact handling of fabrics by means of a nozzle system is examined. Handling of fabrics is ,

realized by air Which has speci:fic pressure and flow. As result of air striking on the swface of the fabrics, a vacuum form s between the nozzle and the surface of the

a

kırılgan malzemeler için de hijyen koşullanna uygun ve ürüne zarar venneyen kıskaçlı eller geliştirilmiştir [1]. Rijit olmayan malzemeler için geliştirilen yöntemlerden birisi

de

yöntemde

dokunmasız nozu1

tutma

yöntemidir

[18].

Bu

(meme)'u oluşturan iki paralel disk

arasından

radyal

fabric) and this way the fabrics can be handled without

tutulacak

malzeme

In this research, the change in the distance ber�·een nozzle and the fabric depending on the air pressure is investigated, and results are evaluated.

Nozuldan gönderilen hava hızlı bir şekilde kaldınlacak

any

co ntact .

Keywords fabrics.

:

Nozzle, Non-contact handling, Handling of

olarak

akıtılan nozul

ile

hava

yardımıyla, arasında v akum

- edir. oluşturularak tutma işlemi gerçekleştirilmekı

malzerney e çarptıktan sonra malzeme yüzeyini yaJayarak radyal

yönde

dağılmakta

ve

bu

sırada

nozul

kaldınlacak malzeme arasmda vakurn oluşmaktadır [19].

ı. GİRİŞ Bir kaynaktan gönderilen basınçlı hava (Şekil

Kumaşlar momen t uygulandığında şekil değiştitınelen nedeniyle olarak olmayan malzeler rijit

ile

I)

O st

diskin merkezinden girer ve alt diske çarptıktan sonra radyal

olarak

dışarıya akar.

Havanın

radyal

olarak

11b


Kumaşiann Dokunmasaz Kaldirıimasında Arallk-Basınç ilişkisinin incelenmesi

yönlendirilmesi, silindirik milin eğik yüzeyi ile sağlanır.

arnlığın, nozuldaki radyal akış aralığı ve merkezi k2:

Paralel diskler arasındaki havanın radyal akışı, diskler

çapına göre çok küçük olmasına bağlıdır [18,20,21].

arasında

bir

oluşması,

çekme

nozul

itmeye

veya

ile

kaldırılan

Çekimin

yolaçar.

malzeme

arasındaki

s ilindirik: mil

Üst disk

Akış yönü

Alt disk

(KaldınJan malzeme)

ı ı... Şekil

I.

Nozulda Radyal Akış Oluşumu

Diskler arasındaki akış, diskler arası arahğa ve akışkan

aras·1nda itnıe kuvvetleri oluşmaya başlar ve alt d

debisine bağlı olarak laminer veya türbülanslı olabillı·

uzağa itilir. Diğer bir an1atımla, radyal akış nozulu

[22]. Oldukça küçük disk aralığında ve düşük Re)'nold

hava nozulu olarak çalışır.

sayısı durumunda radyal kanaldaki akış, laminerdir [23]. Türbülanslı akıştan laminer akışa ters geçiş, yarıçaptaki artışın yolaçtığı hız azalması nedeniyle olabilir. Akış., nozul ağzı kenarında cidardan ayrılır ve bu bölgede çember şeklinde bir aynlma kabarcığı oluşmasına yol açar. Kabarcı ğı aşan akış tekrar yukarı yöne i erek

üst

diske yapışır. Böylece alt diskte rahatsız edilmemiş bir

Bir

giysi

oluşur.

birçok

Bu

kumaş

kumaş

parçasının

parçalar

ise,

ı

birleştirilmesi�

üst

üste

kouu�

kumaşların belirli kalıplara göre kesiiınesiyle elde edi Kesilen bu parçaların konfeksiyon imalaruı birleştirilmesi için öncelikle tek tek kumaş istifuıd kaldırılması gerekir.

sınır tabakası oluşurken, üst diskte de yapışmadan sonra bir

sınır

tabaka

oluşmaya

başlar.

akışın

Toplam

Bu

araştırmada geliştirilen bir dokunmasız kaldut

artmasıyla., boğazdaki Reynolds sayısı kritik bir değere

sisteminde, değişik ölçülerde ve sayılarda tasariani

ulaşabilir ve akış boğazdan belirli bir uzaklığa kadar

nozulJar

türbülanslı olarak devam edebilir. Böylece türbülansh

malzemenin

akış ağız ucunda yer yer alt akış için Yançapın

artmasıyla

hızın

ve

var

dolayısıyla

basıncın

dağıtı lmasını

üstün

gelir..

Basınç,

olur

ve

sonuçta

belirlemede yarıçap

artışıyla

taraftan

şartlan

kuvvetiere

radyal

yönde

malzeme

ve

nozul

yüzeyi

arasındaki kanal genişliği artarsa akış, ağız köşesinden ayrılır ve bir kabarcık halkası oluşturularak yeniden üst diske yapışır. Kuşkusuz bu kabarcık halkası, yapışma işlemi

gerçekleşene kadar büyüyecektir.

Bu

nedenle,

kanal genişiliği artınlırsa, bu akış üst diskte bir radya1 akış jeti olarak şekillenir {23]. Bu durumda iki disk

116

vakum yardımıyla kumaşlar dokunmasız olarak tek

B u makalede, sistemde kulanılan hz

kaldırılmıştır.

basıncı ile nozu l-kumaş aralığı değişimi

aras mdalci

il�

incelenrrıiş ve sonuçları değerlendirilmiştir..

II. Araştırmada

kaldırılan

h2

basınçlarda

!

yükselir [23,24]. Diğer

kın

Reynolds

atalet

vizkoz

değişik

nozulardan

gönderilmiş; kumaş yüzeyi ile nozul arasmda oluşturJ:

geçiş mümkün olur. Eğer akış daha da artarsa akış türbüJanslı

üzerine

Bu

olacaktır.

sa)'1Stnın düşmesi, türbülanslı akıştan laminer akışa ters tamamen

kullanılınıştır.

MA TERY AL VE YÖNTEM

iki değişik nozul kullanılmıştır:

KU

•.

nozul ve büyük nozul. Nozullar nozul tutucu)ıa de� 2 olarak yerleştirilmiş ve 90 x 90 mm ölçülerindeki k'­ örneklerini t üm yüzeyde tutacak şekilde merkezlenmir. Nozul ölçüleri ve yerleşimi Şekil2.'de verilmiştir.


• •

s.özçelik, F.Erzincanh, F.Fandık, I.Ozsert

1

Nozul

CM.eme)

Nozul Tutucu

ı •

.:��·

':�--:-t-

...

-=-�

...··.·

---

..�

·�·..

:-"':. �.... -

-

_ı ı..� -�

.. ----�·�-:..__.:...._--

Kaldırılan Malzeme

�-..

(Kumaş)

a

j\;ozul

dı(mm)

Küçük

9

d (mm) 2 lO

Büyük

13.5

15

Durdurucu

a(mm)

Pimier

0.5 0.75 [J 90

Şekil 2. Nozul Ölçüleri ve Nozulların Yerleştirilmesi Dokunmasız nozul sistemiyle değişik fiziksel ö zelliklere

sahip beş dokuma kumaş malzeme kaldırılmıştır. Kumaş malzemeler 90

x

90 mm2 ölçülerinde hazırlanmış ve

birden

fazla

kumaş

üst

üste

konulmuştur.

Kumaş

özelJikleri Tablo.1'de verilmiştir.

Tablo I. Çahşmada kullanılan beş kumaş ile ilgili test sonuçları Tekstil

Kumaş

yuzeyının ••

no

yapı çeşidi

1 no' lu

2 no'lu

(ad 1 cm2)

3 no'lu

4 no' lu kumaş 5 no' lu .

32

44

42

25

Dokuma

42

24

Dokuma

Kalınlık(mm)

(ad 1 cm2)

19

Dokuma

kumaş

sayısı

17

Dokuma

kumaş

kumaş

Atkı sayısı

Dokuma

kumaş

Çözgü

29

55

'

0.85( 20

g/cm2bas.) 0.70(15

g/cm2bas.) 0.45(1 o

g/cm2bas.) 0.6(10

g/cm2bas.) 0.4(1o

g/cm2bas.)

Ağırlık (gr)

Hava geçirgenliği

Malzemesi

1

Ml J(cm2/ s)

2.98

2.62

1.08

2.19

ı .09

%100

18

Pamuk %100

6.25

Pamuk %100

ll

Pamuk %100

3.75

11.75

Pamuk %100

Pamuk

-

Deneylerde konulan

no·zuııar

kumaş

istifi

sabit

tutulmuş,

nozullara

kriko

değineyecek

üzerine şekilde

1 mm) yaklaştırılmıştır. Daha sonra basınçlı hava kumaşlar üzerine gönderilmiştir. H erbir kumaş için ilk kaldırma basınçları manometreden aralık değerleri ise (yaklaşık

bu çalışma için geliştirilen bilgisayar destekli kamera sistemiyle

belirlenmiştir.

Herbir

deney

için

aralığın

fotoğrafi çekilmiş ve piksel sayıJan yardımıyla nozulkumaş

aralığı

ölçülmüştür

[25].

1 17


Kumaş larin Dokunmasiz Kaldtrllmasında Arallk-Basınç ilişkisinin incelenmesi

,

kaymasına

Deneyler sırasında fazla basınç kumaşiann nozulların

kumaşın

altından

altında uygulanmıştır.

değeri,

kaymasına ilk

kaldırma

yolaçmıştır. işlemi

Bu

nedenle

değerinin

üstünde,

basınç

neden

olan

basınç

değerlerinin

fakat

III. ARAŞTIRMA SONUÇLARI

Dolrunmasız n ozul sistemiyle kumaşiann kaldırılmasında hava basıncı ile nozul-kumaş aralığı değişimi belirlenmiş ve sonuçlar Şekil 3. ve Şekil4.' de verilmiştir.

. 1

'· t

1

e o,4 E

+--1--k--:�----'

� 0,3

+--+���b�������0 .-

0,2

+--t--(._--r''----'---'---,

-

<C

.1 ,08

O,1 +----+---ı----�

o

5

1o

02,62 15

20

.6. 2,19

• 1,09

Kumaş ağır, (gr)

)K2,98 25

30

35

40

Bas1nç (kPa)

Şekil 3. Dörtlü Küçük Nozul ile Aralık-Basınç grafi�.

O6 1

....-.----·�---,-.--·-;-----,.--�.-----,.:-,....,-.-�--

.1,08 o ,1 -+-----+--+ı

02,62

.1,09

X 2,98

--... ---ı•

A2 19 ..

Kum�

ağır. (gr)

o +---�---+====+===�===+==� o 25 5 10 15 20 30 Bastnç (kPa)

Şekil4. Dörtlü Büyük Nozul ile Aralık-Basınç grafiği.

Anılan

şekillerin incelenmesiyle

ulaşılan sonuçlar ile

1

.

Yığın

halinde

deneyler sırasında belirlenen kimi gözlemler şu şekilde

malzemeler

belirtileb ilir:

kaldırılmıştır.

118

üst

başarıyla

üste

korun uş

kuınaş

dok:unınasız

olarak


. ..

B.Özçelik,

2.

F.Erzincanll, F.Fındık, I.Ozsert

Basınç-aralık grafiklerinden de görüleceği gibi

[3] Seliger, G., Gutsche, C., and Hsieh, H., "Proces

basıncın artırılmasıyla aralığın önce azaldığı, bir

Planing

noktadan sonra sabit kaldığı görülmüştür.

Technical Textile Fabrics", Annals of the CIRP, VoL

Kaldırma

3.

işlemi

esnasında

kumaşların

yatay

and Robotic

Assembly

System

Design

for

41/1, pp. 33-36, 1992.

yönde kaydığı görülmüş, bu nedenle kayma kullanılmıştır. Bu iğneler

önleyici iğneler

4.

[4] Parker, J.K., and Becker,

R.J., "Robotic

fabric

dokunmasız kaldırma prensibini etkilememiştir.

handling for automating garment manufacture", pp. 175-

Kumaş

188, 1986.

esnekliklerinin

artması

elastikiyet

katsayısını artırdığından, kumaş yüzeyine hava

gönderildiğinde yüzeyde dalgalanma meydana Bu

gelmiştir.

da

kaldınna

şartlannı

zorlaştıımıştır. Kumaş kalınlığı ve ağırlığının artması, kaldırma

5.

şartlarını

yüzeyinde

kumaş

dalgalanmayı

azalttığı için, olumlu yönde etkilemiştir.

JV.

Üst

ü s te

konulmuş

önce

sistemler

uyg ulanan

üzerine

kaldırılması bu

kumaş

çalışmadaki

yüzeyinin

zarar

gömıemesi, düşük maliyet gibi daha olumlu sonuçlar alındığı görülmüştur.

Ça.hşnıada,

üst

üste

konulmuş

kumaşlar

kaldırılmıştır.

tek

tek

Kumaşların

kaJdınlması işleminde kumaş ve nozul yüzeyi arasındaki aralığın basıncın

artırılması durumunda azaldığı, bir

noktadan sonra ise sabit kaldığı görlllmüştür. Dokunmasız

n ozul

artırılması

ve

sisteminin

tekstil

birim zamanda üretilen gibi

sektörünUn

olumlu

sonuçlar

parça sayısının

elde

edileceği

düşlinülmüştür.

,

Robotic Gripping System with Consideration ofGrasping Materials",

IEEE

1994,

Industrial

Electrnics Conf., Vol.2, pp. 936-941, 1994. Kemp, D.R., Taylor, P.M., Taylor, G.E., and Pugh, A., "A Sensory Gripper for Handling Textiles'', trends

[7] S chulz, I.G., "Grippers for flexible textiles", ieee-91 icar, 5th int. Conf. On advanced robotics in unstructure envir., pp.759-764, 1991.

in

Manufacturing

Technology

HROBOT GRIPPERS", edited by Dr D. T. Pham and

Professor W. B. Heginbotham, OBE, IFS (Publications)

Ltd, UK, pp. 15 5-163, 1986.

Materials", Assembly Auto ma ti on, VoL 15 No. 3, pp.33-

35, 1995. [9] Monkman, G.J., Taylor, P.M., and Farnworth, G .J., ''PrıncipJes of Electroadhesion in Clothing Robotics",

1 Journal of Clothing Science & Technology, \7 :3, pp.14-20, 1989. '

:

1, Pt

[1 O] Monkman, G.J., ''Compliant Robotic Devices, and Electroadhesion", Robo rica, Vol. 1O, pp. 183-185, 1992.

[12]

Tella, R., Birk, J.R., and Kelley, R.B., "General

Purpose

Hands

for

Bin-

Picking

Robots",

IEEE

Transaction s on Systems, Man and Cybernetics, V ol. SMC-12, No. 16, 1 9 82.

[2]

International

plane

Research, Vol. 14 No. 2, pp. 144-151, Aprill995.

[1] Karakerezis, A., Doulg eri Z., and Petridis, V., "A Non R igid

of

[1 ı] Monkmaıı, G.J.,, "Robot Grippers for Use with Fibrous �1aterials'', The International Journal ofRobotics

KAYNAKLAR

Fiat

out

robotics in unstructure envir., pp. 775-780, 1991.

in t

ototnasyonuna adapte editınesi durumunda maliyetierin azalması

req uiring

[8] Taylor, P.fvL, ''Presentation and Gripping of Flexible

olarak

dokunmasız

tasks

bandiing

manipulation", ieee-91 icar, 5th int. Conf. On advanced

sistemlerle,

karş laş t ırıJd ığın da

[6] Taylor, P .M., Wilkinson, A.J., Gibson, L, Palmer, fabric

Avrupa ve Uzakdoğu'da çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Daha

robotics in unstructure envir., pp.769-774, 1991.

G.S., and Gunner, M.B., ''The antomation of complex

SONUÇ

kumaşiann

[5] Ono, E., Ichijou, H., and Ai saka, N., "Robot hand for ttı bandiing cloth", IEEE-91 icar, 5 int. Conf. On advanced

[13] Pham, D.T., And Tacgın, E., "Grippex: A Hybrid Expert System for Selecting Robot Gripper Types", Int. J . Mach. Tools Man., Vol. 32, No. 3, pp. 349-360, I 992. [14] Pham, D.T., and Yeo, S.H., "'A Knowledge,Based System

for Robot

Gripper

Selection:

Criteria

for

Choosing Grippers &ıd Surfaces for Gripping'\ Int. J. Mach. Tools rv1anufuct., Vol. 28, No. 28, pp.301-313, 1988.

119 .. .. ____ ..

_


Kumaşların Dokunmasaz Kald1rılmasanda Aral1k-Basanç ilişkisinin incelenmesi

[15]

Khodabandebloo,

Packaging

of Poultry

K.,

"Robotic

Products",

Handling

Robotica,

·

and

Vol.

8,

pp.285-297' 1990. [16] Jarvis, S.D.H., Wilcox, K., Chen, X.Q., Mccharty, R., and Sarhadi, M., "Design of A Handling Device for Composite Ply Lay-up Automation", IEEE-91 ICAR, 5th Int. Conf. on Advanced Robotics in Unstructure Envir.. , pp. 790-795, 1991. [17] Cho, J.S., Malstrom, E.M., and Even, J.C., Jr., "Use of Coding and Classification Systems in the design of Universal Robotic Grippers", Robotica, Vol. 11, pp. 345350, 1993. [18] Erzincanli, F . and S harp, J.M., "Development of A ,

Non-contact End effector for Robotic Haı1dling of Non­ rigidmaterials", Robotica , Vol. 15, pp. 331-335, 1997. [19] Dore, A.M., He, D., Erzincanli, F., and Sharp, J.M., "Linear drive manipulators and non-contact gripping", Proceedings ofEUROSCON'94, European Robotics and Intelligent Systems Conference, Vol. 2, pp. 543-548, Malaga, Spain, 22-25 August, 1994. [20] Erzincan H, F . and S h arp� J.M., "Meeting The Need ,

for Robotic 1-landling of food Products", Food Control, Vol. 8, No. 4, pp, 185-190, 1997. [2 1] Erzincanli, F ., S harp, J .M., and Erhal, S., '•Design Operaticnal Consideration of A Non-Contact Robotic HandJing System for Non-Rigid Materials", Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol. 38, No. 4, pp. 353-361, 1998., [22] Asawa, G.L., Pande, P.K., ve Godbole, P.N.,"Radial Turbulent Flow Between Parallel plates", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. l l 1/4, pp:695-712, 1985. [23] Moller, P.S., "Radial Flow Without Swirl Between Parallel

Discs",

PhD.

Tbesis,

McGill

University,

Montreal, 196 3. [24] Mo ller, P.S., "Compressible Radial Flow Between ParaUel Di ses", The Aeronautical Quarterly, pp: 219238, August, 1964. [25] Özçelik, B., "Dokunmasız Robot Eliyle Kumaşların Kaldırılması",

Doktora

Kasım, 1999, Sakarya""

120

Tezi�

Sakarya

Üniversitesi,

..


SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

4. Ci lt 1. ve 2. Sayı (2000)

121


. ORNEK MAKALE .

Shielding Study of Electrostatic Discharge S.Selim Şeker, F.Ülkü Gayretli, Avni Morgül, Abstract

The electric and magnetic fıelds radiated by an

by

Osınan

using

the

Çerezci experimental

setups,

radi�

the

ESD event are cal cu lated theoretically by using the dipole

electromagnetic field from ESD is measured

model. Experiments are perfonned and the ESD currents are

outside and inside of the paraHel plate enclos ure

measured

for

experiments

the

different electric

discharge and

voltage.

rnagnetic

In

these

are

fields

also

measured and compared \vith the theoretical results. Effect of shielding from

ESD

pulses

is studied

theoretically and

experimentally. The results are conıpared 'vith the literature wherever possible and agreement is obtained.

Index Ternıs

shielding effectiveness, electromagnetic interference.

2It

experimentall. 1 Theoretical and experimental results are compared arı

shielding

effectiveness

is

obtained

effects of shielding on the ESD radiated fields are sho� both theoretically and experimentally. II. MODELLING

Electrostatic discharge, radiated fields,

n{

froin

OF

THE

ELECTROSTA Tl

DISHARGE (ESD) O bjects accum ulate charge either triboelectrical1 y

<'

I.INTRODUCTION

inductively [ 1 ,2]. Triboelectric charging is a mechanic<:

Static electricity has been a source of problems for users

charge. Charge transfer depends on the amount of contacı

and designers of electronic equipınents. In the last few

tht

process whereby relative surface motion transfers

years the probleıns have increased e xtr eınely

because

,

ne\ver electronic devices such as integrated c ircuits are much more susceptible to ESD probJeıns than previous devices such as vacuum tubes. The ain1 of this study is to give an insight to the ESD p rob l e n1 by r ep roduc ing the ESD currents with different ınodels and also ınodelling the ESD radiated e l ec tr i c and nıagnetic fıelds and supporting these models w i t h the experinıental results. A dipole ınodel is

u sed

surface

smoothness,

humidity,

contact

pressure,

triboelectric properties of the rubbing materials, and th< rate of relative motion. lnduction charging is the rest.! lt ol exposing an ungrounded object to an electrostatic

f. etd

The voltage difference between the two objects will inducc a current, transfering enough charge to equalize

the

voltages. This rapid transfer of charge is known as ESD. During this process, it causes potentially devastating currents and electromagnetic fıelds to occur. In the present advanced stage of integrated circuit technologies, ESD is

to cal cu Iate the electric and

magnetic fıelds ra di atc d by ESD currents. l n this model,

great threat and have potential destructive effects on chips. The major irnpact comes from the Human Body

ESD

ESD spark is ideal ise d as an electrically sh ort, time­

events. In a typical environment of shoes and carpets,

dependent,

charge of about 0.6 JlC can be induced on

linear

soLıı·ce

(dipole)

situated

above an

a

a

bod}

a

infn ı ite, perfectly conduction ground plane. The electric

capacitance of 150 pF, leading to electrostatic potentials of

and magnetic fıelds were also

experiınentally

4kV or greater [3]. Any contact by the charged hum�m

and theoretical and experinıental resu I ts are co ınpared In

body with a uncharged pin such as an IC pin can result in a

this way ESD radiated fıelds are exan1 ine d. Shielding of

discharge for about

ıne as u red

.

m eth ods

the electronic devices i� one of the protective againts

the

fıelds

radiated

by

ESD.

The

1 00 ns with

peak currents

in the

am peres range.

shielding

effectiveness is derived by solving the �-Ieln1holtz Equat ion

ESD stress model s are designed in order to reproduce the

for the given type of the n1aterial and shape of the

typical discharge pulses that the electronic equipme nt ma;

enclosure.

be exposed. Three standart models have been developed which are Human Body Model (HBM), Machine Model

The time don1ain analysis of the shielding effectiveness is done by consi der i n g the outer nıagnetic field as an

(MM) and the Charged Device Model (COM). The nam es are derived from the origin of the ESD pulses.

impulse which is an ESD pulse. For the special case of two parallel

copper

calculated by

plates,

usi n g

the

sh ielding

effectiveness

is

the tinıe domain analysis. In addition, '

with the F ac u l ty of En g inee r i ng Department of Electronic Engineering, Boğaziçi Un i vcrsity. İstanbuL Turkey. -..�k�r dhouıı c du.tr

S.S.Şeker

,

The HBM is the ESD test method used in this w o rk T\ı.; .

test method attempts to reproduce an ESD wavefrom generated by the discharge of a human being through

a

lO\\

impedance path.

.

F.Ü.Gayretli with Department of Electroııic Engineering, Boğaziçi University, istanbul, Turkc). A.Morgül with the Faculty ol" Engineering. Department of Electronic Engineering, Boğaziçi U n İ\· ers ıt v, istanbuL Turkey. ııwr�ul· d boun. cdu.tr O.Cerezci with the Facult) o{ Engineering. Depcırl���;r -�t' El��-tro·�� Engineering, S a k arya University, Sakarya, Turkey, ı..;erezcirn:esen tcpe. sa u. ed u ır

The discharge circuit was based on the requirements for generating

the

double

exponential

pulse

wh ich

was

determined to be a typical of that generated by a charg-ea human body. The rise time of the pulse transtates into

an

effective inductance, and the equivalent LCR circuit is

given in ref [1-4].

122

..


SAÜ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DERGiSi YAZlM ESASLARI Saka rya Cln iYersit L ') i Fen Biliınleri Enstitüsü Dergisi. bütün Fen ve Mühendislik alaniaı tnda \apılan önenıli özotin ve kal i teli araştıı·nıa \ L çalışnıaları içere n bir dergidir. Dergide yayı nlanacak makalelerin yazım esasl� n aşağıda veri ıne tedir .

l

1.

k

'la.yınlar A4 norm kağıtlara çift sütun haJinde hazırlanacaktr. Gönderilen yayınlar gönderildi ği ş e kıl de (boyutlar . degışın�dcn) basıl�ıcaklır. yayınlarda büyütülüp küçültme vb. ilave düzeltmeJer yaptlmayaca ktır. I ütfcn "a\ fanın ön vüzüne Sa) ra nunıarası \ crıneyiniz. Sayfa nunıaralannı bütün sayfa ların arkasına birinci savfadan baslaYarak \ u;ıı usak bir k u r s u n -. kale mle işaretle� ini;. _

*

·

*

'

2. Yüksek kaliki i A4 nornıunda kağıt kullanılnıası ve bütün rnetinlerin 300 dpi veya daha i� i çö;ünlirlüğe sahip ( Laser : a/.ıcı tercih ed il i rı h i r kaliteli yazıcıdan alınması gerekir. 3. Herbir sa; t�ı için k.enar boşlukları aşağıdaki gibidir.

..ı.

cnı.

soldan

: 1

üstten

: ' Cl11.

sağdan alttan

...

2 cm . : 3 cm. :

sadece ilk

- Lıd.ı

o..;.ı,

(i.,tkı:

�C'"'"�

1 lerbir kolonuıı genişliği 8. 1 cn1. ve kolonlar arası boşluk 0.6 cm. olnıalıdır.

5. f\. 1 a kalen in ilk �a� f�ısndaı yayın başlığının. altında yazar isin1leri ortalanarak yazılınalıdır. Yazarla ilgili h ilgiler ilk savfada ilk -.;ütunun altında 8 punto ile yazılınalıdır. İlk sayfada başlık için tepe boşluğu S cm'dir. Konu b aş lığı )aLar isinıleri aras� nda 2 satır h o � lu k olınalıdır. \ lakalenin ilk sayfası örnek olarak yan sayfada verilmiştir. .

6. C)7ct 1 00 kelime� i aşnıanıalı ve yayının başlangıcında ve sol kolonun başında olnıalıdır. 7. � al ı � ı nalar V/ord 6.0 veya 7.0'da, Tiınes Nevv Roman fontu ve tek aralık ıaztın fonnatı kullanılarak 1. zırlanacaktır. El "'

\

a/ISI. SClllbolkr

\C

!'ornıüller kabul edilemez.

*

8. 1\)nl büyüklüklerı a�ağıdaki gibi olma lıdır.

Başlık

: 1 4 koyu, hepsi büyük harf

Alt indisler

:7

Yazarlar

: ı2

TJst indisler

:7

'{a;:ar adrc�lcri

: ı O. vatık

B aşlık 1ar

: I O. ko)

Kaynaklar

: 1O

()zet

!\na nıeti n

.

lO

: ıo

u

Şekil ve tablo isimleri : 8 \'e

bütün bölün1 başlıkları

1 O. Dipnotlardan olabildiğince kaçınılınalı. eğer çok gerekliyse sayfanın (aynı zanı an da koloııuıı) en kısa \ e nunı ara konularak yazılnıalıdır. D ipnotlar çalışnıaya i li şkin önen1li bölünıler i çe r n ıc nıcIiJi r.

altına çizgi ile ayrılarak

Bölünı başlıkları hepsi büyük harflerle ve ronıa rakan1ıyla nun1aralandırılarak yazı ln ıalı

9.

bu lunduğu kolonu unalan1alıdır. '-

11. I ab 1o içernıe� en bütün görüntüler ( fotoğra[ çizin1. d i yagranı vs.) şeki1 olarak isinılenui ri 1111 elidır. Tablo ve ş eki Ilerin

ıııclin içerisinde gırcceği yer açık olarak gösteriln1elidir. Şeklin üst ve alt tarafından n1etin ile şekli ayıracak yeterli boşluk bırakılnıaınalıdır. r�k SÜtuna çizilecek şekil \'C tabloların genişliği 8 Cin'den küçük olnıalıdır.

Ma"-alcde <.lL�innilen kaynaklar. nıetin içerisinde verildiği sıraya göre köşeli parantez

12.

[ 1 içinde nLtınaralandınJarak

ı ı ne 1 idir. Ka� ı �ıklarla ilgi li bilgiler. bi.i tün )azarların ad ları� ınakale. patent ve rapor adt. c ilt nuınnrası. �ayfa n uınaraJarı b a sını Larihi sırdyla YCrilnıelidir.

\ c ri ve

13.

Yayınlanması istenen çalışmalar. en fazla iki sayfa olup, biri asıl 3 nüsha halinde. diskete kop� alannıış olarnk koruyucu

,·c s a ğ lan ı

ı ..ı.

bir zarr ik aşağıdaki adrese gönderilınelidir.

) az ın ı dili T ü rk ç e veya İngilizce'dir. '


SAKARYA ÜNİVERSİTESİ

FEN BiLiMLERİ DERGiSi

Cilt4 sayi1 2 2000  
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you