COMPUTATIONAL MODELING OF MECHANICAL METAMATERIALS
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SİNAN FIRAT DAL
Danışman: Serdar Göktepe
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışma, hiperelastik, viskoelastik ve elektromekanik malzemelerden oluşan, periyodik gözenekli metamalzemelerin kapsamlı, çok ölçekli kararlılık analizini sunmaktadır. Bu çerçevede, Bloch-Floquet dalga analizi ve Detaylandırılmış Özdeğer Analizi (DÖA) adlı iki gelişmiş yöntem, hiperelastik ve geometrik olarak doğrusal olmayan viskoelastik yapı modelleri için uygulanmış ve sistematik olarak doğrulanmıştır. Bu yöntemlerin farklı yükleme hızları ve malzeme davranışları için uygulanabilirliği açıklığa kavuşturulmuştur. Gevşeme kaynaklı burkulma dahil olmak üzere temel kararsızlık mekanizmaları incelenmiştir. Bu mekanizmada, sabit deformasyon altında rijitliğin anlık kaybı, desen dönüşümünü tetiklemektedir. Ayrıca, mikroskobik kararlılık üzerinde mekanik ön gerinimin etkisi de araştırılmış ve ön çekme veya basma gerinimlerinde, deformasyon şekillerini değiştirmeden kritik gerinim eşiklerini orta derecede değiştirdiği gösterilmiştir. Ek olarak, periyodik metamalzemelerde elektromekanik etkiler incelenmiş ve belirlenen elektrik alanlarının kritik asal şekil değişimlerini ve burkulma sonrası desenleri nitel olarak değiştirebileceği ortaya konmuştur. Sonrasında, homojen olmayan yanal sınırlama altında iki tür dairesel delikli metamalzemelerde ani sıçrama ve ani bırakma kararsızlıkları analiz edilmektedir. Yay uzunluğu benzetimleri, içsel mekanik tepkinin, enerji tüketmeyen ani bırakma davranışı ile karakterize olduğunu doğrularken, yer değiştirme kontrollü dinamik benzetimler, geometrik ve atalet etkilerinden ve yükleme protokolünden kaynaklanan görünüşte enerji tüketen tepkileri üretmektedir. Viskoelastik konfigürasyonlarda, tamamen doğrusal olmayan hıza bağlı benzetimler ani sıçrama kararsızlıklarını yakalamakta ve daha yüksek yükleme hızlarının kararsızlık başlangıcını geciktirdiğini, enerji kaybını artırdığını ve deformasyonun belirli bağ bölgelerinde yoğunlaştığını göstermektedir. Sonuç olarak, bulgular, geometri, hız etkileri ve çoklu fizik etkileşimlerinin kararsızlık davranışını nasıl yönettiğine dair anlayışı bütüncül olarak geliştirerek, programlanabilir mekanik metamalzemeler için doğrulanmış hesaplama araçları ve tasarım stratejileri sağlamaktadır.