Kule vinç sisteminin yapısal analizi ve kontrolü

Basit Öğe Kaydı
dc.authorid0000-0002-4633-6672
dc.contributor.advisorTınkır, Mustafa
dc.contributor.authorÇoban, Ali
dc.date.accessioned2025-08-19T06:31:03Z
dc.date.available2025-08-19T06:31:03Z
dc.date.issued2025
dc.date.submitted2025
dc.departmentNEÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı
dc.descriptionYüksek Lisans Tezi
dc.description.abstractKule vinçler, yüksek yapılarda ağır yüklerin taşınmasında kullanılan ve hem yapısal hem de dinamik açıdan karmaşık davranışlar sergileyen sistemlerdir. Bu tez çalışmasında, flat top (tepesiz) tipi bir kule vinç sisteminin yapısal analizi, modal analizi ve vincin kule dönüş açısal konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, öncelikle kule vincin üç boyutlu katı modeli SolidWorks yazılımı ile tasarlanmış ve elde edilen model ANSYS sonlu elemanlar analiz (FEA) ortamına aktarılmıştır. Statik analizler kapsamında, vinç yapısının farklı yükleme durumlarında maruz kaldığı gerilme dağılımları ve deplasman değerleri belirlenmiştir. Ayrıca, sistemdeki elemanların serbest titreşim davranışları incelenmiş ve modal analizler sonucunda doğal frekanslar ile mod şekilleri belirlenmiştir. Yapısal analizlerin yanı sıra, literatürde benzeri bulunmayan 17 serbestlik dereceli ayrık sistem modeli oluşturulmuş, hareket denklemleri elde edilmiş ve kule vinç sisteminin matematiksel modeli oluşturulmuştur. Kule vincin matematiksel modelinde kullanılmak üzere, her bir yapısal bileşene ait rijitlik (k) katsayıları ANSYS programında yapılan analizler ile Hook Kanununa göre ayrı ayrı belirlenmiştir. Sönüm katsayısı (c) ise matematiksel yöntemlerle hesaplanarak modele dahil edilmiştir. Ayrıca, tasarımı yapılan kule vinç modeli, Matlab/Simmechanics ortamına aktarılmış ve sistemin üç boyutlu elastik modeli elde edilmiştir. Matematiksel model ile MATLAB/SimMechanics ortamında geliştirilen 3 boyutlu modelin en uç (sekizinci bomuna) kısmına 2 ton statik yük uygulanmış ve yer değiştirme (sehim) değerleri hesaplanmış ve her iki modelin sehim sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca çalışmada; kule dönüşünün açısal konum kontrolü Oransal+İntegral+Türev (PID) kontrol ve yapay sinir ağı tabanlı bulanık mantık (ANFIS) kontrolcüler ile gerçekleştirilmiş, kontrolcü performansları karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Elde edilen bulgular, geliştirilen kapsamlı modelin hem yapısal analizde hem de otomatik kontrol uygulamalarında güvenilir ve geçerli sonuçlar sunduğunu göstermektedir. Gerçekleştirilen yapısal analizler sonucunda sistemde gerilme ve yer değiştirme açısından herhangi bir problem olmadığı ortaya koyulmuştur. Oluşturulan matematiksel model ile Matlab/Simmechanics model üzerinde gerçekleştirilen bom ucu kritik yer değiştirme durumu kıyaslanmış ve her iki modelin sonuçlarının birbiri ile uyumlu olduğu ortaya koyulmuştur. Yapılan kontrol çalışmaları sonucunda hem PID hem de yapay sinir ağı tabanlı bulanık mantık kontrolcünün sistemi istenilen referans konuma hassas bir şekilde ulaştırabildiği ancak yapay sinir ağı tabanlı bulanık mantık kontrolcünün daha başarılı bir şekilde konum kontrolünü gerçekleştirdiği belirlenmiştir. Çalışmanın, kule vinçlerin yapısal analizi, matematiksel modellenmesi ve akıllı kontrol stratejilerinin geliştirilmesi konularında literatüre ve benzer mühendislik uygulamalarına katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
dc.description.abstractTower cranes are systems utilized for lifting heavy loads in high-rise buildings and exhibit complex structural as well as dynamic behaviors. In this thesis study, the structural analysis, modal analysis, and angular position control of the tower rotation for a flat-top type tower crane system were conducted. Within the scope of the study, the three-dimensional solid model of the tower crane was first designed using SolidWorks software, and the resulting model was transferred to the ANSYS finite element analysis (FEA) environment. In the context of static analyses, the stress distributions and displacement values experienced by the crane structure under various loading conditions were determined. Furthermore, the free vibration behavior of the system components was investigated, and as a result of modal analyses, the natural frequencies and mode shapes were identified.In addition to structural analyses, a novel discrete system model with 17 degrees of freedom unprecedented in the literatüre was developed, the equations of motion were derived, and a comprehensive mathematical model of the tower crane system was established. For use in the mathematical model, the stiffness coefficients (k) of each structural component were individually determined in accordance with Hooke’s Law, based on analyses performed using the ANSYS software. The damping coefficients (c) were calculated using mathematical methods and incorporated into the model. Moreover, the designed tower crane model was transferred to the Matlab/SimMechanics environment, allowing a three-dimensional elastic model of the system to be obtained.A static load of 2 tons was applied to the tip (eighth jib) of both the mathematical model and the three-dimensional model developed in the MATLAB/SimMechanics environment, and the resulting displacement (deflection) values were calculated. The deflection results obtained from both models were then compared.Additionally, in this study, the angular position control of the tower rotation was performed using both Proportional+Integral+Derivative (PID) controllers and artificial neural network-based fuzzy logic (ANFIS) controllers, and the performances of these controllers were compared and evaluated. The findings indicate that the developed comprehensive model provides reliable and valid results in both structural analysis and automatic control applications. Structural analyses revealed that there were no issues related to stress or displacement within the system. The critical tip displacement of the jib, calculated using the mathematical model and the Matlab/SimMechanics model, was compared, and the results of both models were found to be consistent with each other. Control studies demonstrated that both the PID controller and the artificial neural networkbased fuzzy logic controller were able to accurately drive the system to the desired reference position; however, the artificial neural network-based fuzzy logic controller achieved superior performance in position control. It is considered that this study will contribute to the literature and to similar engineering applications in the areas of structural analysis, mathematical modeling, and the development of intelligent control strategies for tower cranes.
dc.identifier.citationÇoban, A. (2025). Kule vinç sisteminin yapısal analizi ve kontrolü. (Yayımlanmamış yüksek lisans tezi). Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Konya.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12452/19628
dc.language.isotr
dc.publisherNecmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
dc.relation.publicationcategoryTez
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.subjectAyrık Sistem Modeli
dc.subjectDinamik Analiz
dc.subjectElastik Model
dc.subjectFlat Top Tip Kule Vinç
dc.subjectKonum Kontrolü
dc.subjectModal Analiz
dc.subjectPID ve Yapay Sinir Ağı Tabanlı Bulanık Mantık Kontrol
dc.subjectYapısal Analiz
dc.subjectDiscrete System Model
dc.subjectDynamic Analysis
dc.subjectElastic Model
dc.subjectFlat-Top Tower Crane
dc.subjectPosition Control
dc.subjectModal Analysis
dc.subjectPID Artificial Neural Network-Based Fuzzy Logic Control
dc.subjectStructural Analysis
dc.titleKule vinç sisteminin yapısal analizi ve kontrolü
dc.title.alternativeStructural analysis and control of tower crane system
dc.typeMaster Thesis

Dosyalar

Orijinal paket
Listeleniyor 1 - 1 / 1
Küçük Resim
İsim:
AliÇoban_YL_2025.pdf
Boyut:
5.61 MB
Biçim:
Adobe Portable Document Format
Açıklama:
Yüksek Lisans Tezi
İndir
Lisans paketi
Listeleniyor 1 - 1 / 1
Küçük Resim Yok
İsim:
license.txt
Boyut:
1.17 KB
Biçim:
Item-specific license agreed upon to submission
Açıklama:
İndir

Koleksiyon

Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Koleskiyonu