Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

1-6

Authors: Mustafa YILDIZ1 , Ferhat BİNGÖL2*

Öz Türkiye çatı üstü güneş ve küçük ölçekli rüzgâr türbinleri gibi farklı olasılıklarda yeni düzenlemelere 2017 yılında gitmiştir. Her iki teknoloji için de ayrı çalışmalar yapılmış olmasına rağmen henüz hibrit sistem değerlendirme metodolojisi ve sonuçları ülke çapında yaygın değildir. Bu çalışma, verilen tesis alanın mikro ölçekli rüzgâr ve güneş esaslı toplam enerji kapasitesine göre iki kaynaktan üretilen enerjiyi azami noktaya ulaştırmak için önerilmiş, Hibrit Optimizasyon Aracı (Hybrid Otpimization Tool)-HOT-olarak isimlendirilmiş bir model içerir. Son kullanıcının basit aylık bilgileri girerek yıllık üretim tahmini yapmasına olanak verir. Modelin karşılaştırılması yaygınca kullanılan ve ticari yazılım HOMER ile yapılmıştır. Sonuçta yapılan tahminlerin mikro sistemlerin ekonomik modelini tehlikeye atmayacak belirsizlikte çalışarak fizibilite çalışmalarında ön-analiz için kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Anahtar kelimeler: Hibrit enerji, Rüzgâr, Güneş, Fizibilite Abstract: Turkey has announced the new regulations regarding roof-top solar and small-scale wind turbines in 2017. Although there are different studies conducted for both technologies, there is not a clear methodology to assess hybrid energy systems. This study includes a calculation model, named as Hybrid Optimization Tool abbreviated as HOT, proposed to get maximum amount of energy produced by micro scale wind-solar hybrid energy system, based on the total installed capacity of these two resources for the specified location. It provides the end user to estimate annual energy production via simple inputs. It has been compared with well-known commercial software; HOMER. As a result, it has been found that the model is able to predict results which can be used for the pre-analysis stage on the feasibility studies of micro scale hybrid systems, working with acceptable uncertainties which do not endanger the economic model.

13-19

Authors: Bülent ÖZDALYAN1 , Cüneyt UYSAL2* , Hüseyin KURT3

Abstract In this study, a spark ignition (SI) engine performance is exergetically investigated for different crankshaft speeds. The test engine is VSG413 SI type engine fueled with 95 octane gasoline. The test engine has 1.3 l volume, four stroke, four cylinder, 45 kW maximum power capacity and 98 Nm maximum torque capacity. The experiments are realized under fully loaded test conditions. The crankshaft speed is changed between 1200 rpm and 5000 rpm. In the calculations, actual operating data obtained by experiments are used. It is found that maximum energy and exergy efficiencies are obtained at crankshaft speed of 2500 rpm, which are 29.78% and 27.77%, respectively. Entropy generation rate increases with increase in crankshaft speed and ranged from 0.059 kW/K to 0.253 kW/K for all study. Öz: Bu çalışmada, buji ateşlemeli bir motorun performansı farklı krank mili hızları için ekserjetik olarak incelenmektedir. Test motoru 95 oktan benzin yakıtlı VSG413 SI türü motordur. Test motoru 1.3 l hacim, dört strok, dört silindir, 45 kW’lık maksimum güç kapasitesi ve 98 Nm’lik maksimum tork kapasitesine sahiptir. Deneyler tam yük test koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Krank mili hızı 1200 d/d ve 5000 d/d aralığında değiştirilmiştir. Hesaplamalarda, deneylerden elde edilen gerçek çalışma verileri kullanılmıştır. %29.78’lik maksimum enerji verimi ve %27.77’lik maksimum ekserji veriminin 2500 rpm’lik krank mili hızında elde edildiği tespit edilmiştir. Entropi üretimi krank mili hızının artmasıyla artmaktadır ve bütün çalışma boyunca 0.059 kW/K ile 0.253 kW/K aralığında değişmektedir.Öz Bu çalışmada, buji ateşlemeli bir motorun performansı farklı krank mili hızları için ekserjetik olarak incelenmektedir. Test motoru 95 oktan benzin yakıtlı VSG413 SI türü motordur. Test motoru 1.3 l hacim, dört strok, dört silindir, 45 kW’lık maksimum güç kapasitesi ve 98 Nm’lik maksimum tork kapasitesine sahiptir. Deneyler tam yük test koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Krank mili hızı 1200 d/d ve 5000 d/d aralığında değiştirilmiştir. Hesaplamalarda, deneylerden elde edilen gerçek çalışma verileri kullanılmıştır. %29.78’lik maksimum enerji verimi ve %27.77’lik maksimum ekserji veriminin 2500 rpm’lik krank mili hızında elde edildiği tespit edilmiştir. Entropi üretimi krank mili hızının artmasıyla artmaktadır ve bütün çalışma boyunca 0.059 kW/K ile 0.253 kW/K aralığında değişmektedir. Anahtar Kelimeler: Buji ateşlemeli motor, Ekserji analizi, Ekserji verimi, Ekserji yıkımı

27-33

Authors: Levent KIRKAYAK1*

Öz Yapıştırma bağlantılı kompozit yapılarda, bağlantı bölgelerinde oluşan soyulma ve kayma gerilmelerinin azaltılması ve gerilme yığılmasının önlenmesi, tasarımın toplam mukavemeti açısından önemlidir. Bu amaçla gerçekleştirilen çalışmada, tek tesirli bindirme bağıntılarda, farklı geometrik desenlerde ve iki farklı rijitliğe sahip yapıştırıcıların hibrit olarak bir arada kullanılmasının gerilme dağılımına etkisi, sonlu elemanlar yöntemi kullanarak incelenmiştir. Sonuç olarak, iki farklı yapıştırıcının bir arada kullanıldığı ve farklı yapıştırma geometrilerine sahip hibrit modellerde, tek tip ve sürekli yapıştırıcının kullanıldığı modele göre, soyulma ve kayma gerilmeleri açısından önemli azalma olduğu, ayrıca yapıştırma geometrisinin gerilme dağılımı etkilediği gösterilmiştir. Anahtar kelimeler: Yapıştırma bağlantılı kompozitler, Hibrit yapıştırma bağlantısı, Soyulma ve kayma gerilmeleri, Sonlu elemanlar analizi (SEA) Abstract Reducing shear and peel stress and stress concentrations is important in terms of increasing the total strength of adhesively bonded composite joints. In this regard, two types of adhesives with different rigidity and geometric pattern are used together by employing the hybrid bonding method and the effects of the geometric shape and rigidity on the stress distribution of the single lap joints are examined via the finite element method. As a result, the peel and shear stresses are reduced significantly by using hybrid models in which two different adhesives with different adhesive pattern are used when compared to single adhesive bonding joints.

43-48

Authors: Ferda MİNDİVAN1*

Öz Grafen türevleri (grafen oksit-GO, indirgenmiş grafen oksit-RGO, çok tabakalı grafen-MLG vb.) polimer malzemelerin özelliklerini iyileştirmek için yüksek potansiyele sahip dolgu maddeleri olarak bilinmektedirler. Bu çalışmada kompozitlerin mekanik özelliklerinde ki değişim dolgu tipine ve dolgu miktarına göre incelenmiştir. Kompozitler, dolgu maddeleri olarak GO ve RGO, matriks olarak polivinil klorür (PVC) ile hazırlanmıştır. X-ışını kırınımı (XRD) sonuçları, GO ve RGO tabakalarının polimer matriksde homojen dağıldığını göstermiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) çalışmaları, RGO içeren kompozitin düz ve pürüzsüz, GO içeren kompozitin ise dolgu- matriks etkileşimi daha iyi olduğu için yüksek oranda gözenekli morfoloji sergilediklerini ortaya koymuştur. Yüksek GO (ağırlıkça %1) ve düşük RGO (ağırlıkça %0.1) içeren kompozitlerin mekanik özellikleri önemli bir iyileşme sergilemiştir. Dolgu maddesi içermeyen PVC’ye nazaran ağırlıkça %1 GO ve %0.1 RGO içeren kompozitlerin çekme mukavemetleri sırasıyla %84 ve %42 artmıştır. RGO ilavesi kompozit yapıyı rijitleştirdiğinden, RGO içeren kompozitler GO içeren kompozitlere kıyasla daha yüksek mikrosertlik ve daha düşük yüzde uzama değerleri sergilemişlerdir. Anahtar kelimeler: Grafen oksit (GO), İndirgenmiş grafen oksit (RGO), PVC kompozit, Mekanik özellikler Abstract Graphene derivatives (graphene oxide-GO, reduced graphene oxide-RGO, multi-layer grapheme-MLG, etc.) generally are considered to be extremely significant fillers to improve properties of polymer materials. In this work, the mechanical properties of the composites according to filler type and filler loading were investigated. The composites were prepared using GO, RGO as the fillers and polyvinyl chloride (PVC) as a matrix. The X-ray diffraction (XRD) studies on the composites showed that the GO and RGO layers well-dispersed in polymer matrix. The scanning electron microscopy (SEM) showed that the composite with RGO exhibited smooth and clean surfaces, but the surface images of the composite with GO showed highly porous morphology because of the good filler-matrix interaction. The composites at a high GO loading (1% wt.) and a low RGO loading (0.1% wt.) indicated a prominent improvement in the mechanical properties. When compared the unfilled PVC, the tensile strength of the composite with 1 wt.% loading of the GO and 0.1 wt.% loading of the RGO increased by 84% and 42%, respectively. The composite with RGO showed a higher microhardness value compared to that of the composite with GO, but the elongation at break of the composite with RGO decreased because RGO loading increased the brittleness of composite structure.

56-59

Authors: Muharrem KUNDURACI1*

Öz Fe3O4/FeO/CoNikompozit malzemesi iki aşamalı proses kullanılarak üretilmiştir. Birinci aşamada, oksit prekürsörü (öncül malzeme) ıslak sentez esaslı Pechini yöntemi kullanılarak düşük sıcaklıkta üretilmiştir. İkinci aşamada prekürsör malzemesi 500, 600, 700 veya 800 °C’ye hidrojen gazı altında ısıtılarak indirgenmiştir ve metal/oksit kompozit malzemesi elde edilmiştir. Farklı sıcaklıklarda üretilen malzemelerin yapısal, morfolojik ve manyetik özellikleri X-ışını kırınımı, tarama elektron mikroskobu ve titreşen örnek manyetometresi kullanılarak incelenmiştir. 600 °C’den 700 °C’ye geçişte manyetik özelliklerde ani değişiklikler gözlenmiştir. Doygunluk mıknatıslanması iki katına çıkarken, koersif kuvvet yarıya inmiştir. Bu değişiklikler manyetik CoNi fazın amorf bir yapıdan kristal bir yapıya geçişiyle ve Fe3O4 fazın parçacık boyutunun yaklaşık olarak iki katına artmasıyla açıklanmıştır. Anahtar kelimeler: Yumuşak manyetik kompozit, Hidrojen indirgeme, Pechini Abstract Fe3O4/FeO/CoNi composite materials were produced using a two-step process. In the first step, oxide precursor was produced at low temperature by wet-synthesis based Pechini method. In the second step, the precursor was heated to 500, 600, 700 or 800 °C under reducing hydrogen gas and metal/oxide composite material was obtained. The structural, morphological and magnetic properties of materials produced at different temperatures were investigated using X-ray diffraction, scanning electron microscope and vibrating sample magnetometer. Sudden changes in magnetic properties were observed during transition from 600 °C to 700 °C. The saturation magnetization doubled while coercive force was halved. These changes were explained with the crystallization of magnetic CoNi phase from an amorphous state and nearly doubling of particle size of Fe3O4 phase.

71-81

Authors: Rahime SANCAR EDİS1 , Emrah Bünyamin EDİS2*

Öz Üniversitelerde, ilgili fakültelerde veya bölümlerde sınav çizelgelerinin hazırlanması oldukça uzun süreler alabilmekte, oluşturulan sınav çizelgeleri çoğu zaman ne öğrencileri, ne öğretim üyelerini ne de yöneticileri memnun etmektedir. Bu çalışmada bir üniversitenin bir bölümüne ait yılsonu sınavı çizelgesi oluşturma problemi ele alınmıştır. Tanımlanan problem için, ilk aşamada sınavlar bir tam sayılı programlama modeli ile zorluk derecelerine göre gruplandırılmıştır. İkinci aşamada ise öğrencilerin çalışma ve odaklanabilme verimlerini en üst düzeye çıkaracak sınav çizelgesini elde etmek üzere bir tam sayılı programlama modeli geliştirilmiştir. Modelin amacı, aynı günde birden fazla sınava girme durumu olan öğrenci sayısını, ilgili sınavların zorluk dereceleri toplamı ile ağırlıklandırarak en küçüklemektir. Gerçek verilerden yola çıkarak bir öğretim dönemi için veri kümesi oluşturulmuştur. Oluşturulan veri kümesi üzerinden önerilen çözüm yaklaşımı uygulanarak çözümler alınmış ve elle yapılan çizelgeyle karşılaştırılarak, önerilen yaklaşımla oluşturulan çizelgenin üstünlükleri tartışılmıştır. Anahtar kelimeler: Sınav çizelgeleme, Tam sayılı programlama, Öğrenci/Öğretim üyesi memnuniyeti, Zorluk derecesi Abstract: In the faculties or departments of universities, preparing the examination timetables takes quite a long time, and often could not satisfy neither the students nor the instructors or managers. In this study, the final exam timetabling problem of a department of a university is considered. For the problem, in the first stage, the exams are classified into the groups according to their difficulty levels by an integer programming model. In the second stage, an integer programming model is proposed in order to find an exam timetable which will increase the concentration and study efficiency of the students. In the model, the number of students taking more than one exam on the same day is minimized by weighting the difficulty levels of the relevant exams. The proposed solution approach is applied by using a real data set of a semester. By comparing the exam timetable obtained with the schedule prepared by hand, the advantages of the proposed solution approach are presented.

89-97

Authors: Sinem HAN1 , Begüm ÖZER2 , Barış ALİOĞLU3 , Özgür POLAT4 , Ayşe Tülin AKTİN5*

Abstract Öz Logistics sector aims to distribute merchandise to designated places on time, while focusing on the entire process that starts from storing the goods at warehouses. Transportation by land is the most common and preferred way in logistics in terms of cost and service. Studies have been going on for drone transportation with the purpose of reducing the service time and making the process automated. Advancement of this technology has led to an increase in transportation with drones. Traffic is a huge problem in land transportation causing delays in delivery time. Furthermore, nature and economy are affected because of the CO2 emission, which is a consequence of intense traffic. In this study, utilizing drones for delivery is proposed with the aim of increasing customer satisfaction and minimizing transportation cost per delivery in a green way. İstanbul’s Bakırköy district is selected as the implementation region, and daily drug delivery to pharmacies with drones is examined. In the first stage, a mathematical model that uses pharmacy coordinates as an input is developed for clustering analysis. In the second stage, one of these clusters is selected, and the location of the drone center that will serve pharmacies in the cluster is obtained by center of gravity method. Then, a vehicle routing model is proposed for finding the drone routes and calculating the total distance travelled within this cluster. Mathematical models are solved with GAMS/CPLEX solver. It is believed that this study will trigger new studies in “green delivery” literature in near future. Lojistik, bir ürünün nakliyesinin yanı sıra, depolanması, ambalajlanması ve dağıtımı gibi süreçleri de kapsamakta ve tüm sürecin, ilk üreticiden nihai tüketiciye kadar doğru bir biçimde çalışmasını hedeflemektedir. Maliyet ve hizmet bakımından uygun bulunan karayolu taşımacılığı, günümüzde tercih edilen ulaşım sistemlerinin başında gelmektedir. Ancak gelişen teknolojiyle birlikte, birçok ürünün dağıtımında drone’lardan da yararlanıldığı görülmektedir. Bekleme zamanlarını azaltmayı ve insangücü maliyetini ortadan kaldırmayı amaçlayan bu sistem, yeni bir teslimat aracı olarak lojistik sürecinde yerini almıştır. Karayolunda oluşan trafik yoğunluğu, ürünlerin müşteriye ulaşmasını geciktirmekte, bu sırada artan CO2 salımı da çevre ve ekonomi üzerinde olumsuz etkilere neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, drone kullanımı ile hızlı ve doğa dostu bir teslimat gerçekleştirmek suretiyle müşteri memnuniyetinde artış ve taşıma maliyetlerinde azalma sağlamak ve yukarıda bahsedilen problemlere bir çözüm sunmaktır. Çalışmada, eczanelerin günlük ilaç gereksinimlerinin drone’lar yardımıyla karşılanması ele alınmış ve bu amaçla, İstanbul’un Bakırköy ilçesi pilot bölge olarak seçilmiştir. Önerilen iki aşamalı yöntemin ilk aşamasındaki matematiksel model, kümeleme analizi yapmaktadır. Bölgedeki eczanelerin koordinatları modele girdi olarak verilmiş ve eczane kümeleri oluşturulmuştur. İkinci aşamada ise, oluşturulan kümelerden birisi seçilerek, ağırlık merkezi yöntemiyle, burada bulunan eczanelere hizmet verecek olan drone merkezinin yeri bulunmuştur. Daha sonra, bu kümeye ait eczanelere ilaç dağıtımı yapılırken, aralarındaki toplam mesafeyi enküçükleyecek şekilde drone’ların teslimat rotalarını belirleyen bir araç rotalama modeli geliştirilmiştir. Modeller, GAMS/CPLEX çözücüsü ile çözülmüştür. Bu çalışmanın yakın gelecekte literatürdeki “yeşil teslimat” alanındaki yeni araştırmaları tetikleyeceğine inanılmaktadır. Öz Lojistik, bir ürünün nakliyesinin yanı sıra, depolanması, ambalajlanması ve dağıtımı gibi süreçleri de kapsamakta ve tüm sürecin, ilk üreticiden nihai tüketiciye kadar doğru bir biçimde çalışmasını hedeflemektedir. Maliyet ve hizmet bakımından uygun bulunan karayolu taşımacılığı, günümüzde tercih edilen ulaşım sistemlerinin başında gelmektedir. Ancak gelişen teknolojiyle birlikte, birçok ürünün dağıtımında drone’lardan da yararlanıldığı görülmektedir. Bekleme zamanlarını azaltmayı ve insangücü maliyetini ortadan kaldırmayı amaçlayan bu sistem, yeni bir teslimat aracı olarak lojistik sürecinde yerini almıştır. Karayolunda oluşan trafik yoğunluğu, ürünlerin müşteriye ulaşmasını geciktirmekte, bu sırada artan CO2 salımı da çevre ve ekonomi üzerinde olumsuz etkilere neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, drone kullanımı ile hızlı ve doğa dostu bir teslimat gerçekleştirmek suretiyle müşteri memnuniyetinde artış ve taşıma maliyetlerinde azalma sağlamak ve yukarıda bahsedilen problemlere bir çözüm sunmaktır. Çalışmada, eczanelerin günlük ilaç gereksinimlerinin drone’lar yardımıyla karşılanması ele alınmış ve bu amaçla, İstanbul’un Bakırköy ilçesi pilot bölge olarak seçilmiştir. Önerilen iki aşamalı yöntemin ilk aşamasındaki matematiksel model, kümeleme analizi yapmaktadır. Bölgedeki eczanelerin koordinatları modele girdi olarak verilmiş ve eczane kümeleri oluşturulmuştur. İkinci aşamada ise, oluşturulan kümelerden birisi seçilerek, ağırlık merkezi yöntemiyle, burada bulunan eczanelere hizmet verecek olan drone merkezinin yeri bulunmuştur. Daha sonra, bu kümeye ait eczanelere ilaç dağıtımı yapılırken, aralarındaki toplam mesafeyi enküçükleyecek şekilde drone’ların teslimat rotalarını belirleyen bir araç rotalama modeli geliştirilmiştir. Modeller, GAMS/CPLEX çözücüsü ile çözülmüştür. Bu çalışmanın yakın gelecekte literatürdeki “yeşil teslimat” alanındaki yeni araştırmaları tetikleyeceğine inanılmaktadır. Anahtar kelimeler: Drone, Araç rotalama, Matematiksel modelleme

106-114

Authors: Yusuf ŞAHİN1* , Kenan KARAGÜL2

Öz Gezgin Satıcı Problemi (GSP), bir satıcının bütün şehirleri sadece bir defa ziyaret ederek başlangıç noktasına dönmesini sağlayan en kısa rotanın belirlendiği problemdir. GSP, araç rotalamadan baskılı devre kartı montajına kadar birçok problemin temelini oluşturur. Bu problem, optimizasyon alanında çalışan kişilerden büyük ilgi görmüştür, ancak özellikle büyük ölçekli veri kümeleri için çözülmesi zordur. Bu çalışmada, GSP’nin çözümü için Akışkan Genetik Algoritma, En Yakın Komşu ve 2-Opt sezgiselleri üzerine kurulu melez bir yöntem sunulmaktadır. Önerilen yöntemin performansı literatürde bulunan En Yakın Komşu, Genetik Algoritma, Tabu Arama, Karınca Kolonisi Optimizasyonu ve Ağaç Fizyolojisi Optimizasyon algoritmaları kullanılarak elde edilen çözüm değerleri ile kıyaslanmıştır. Önerilen yöntemin sonuçları çözüm süresi ve kalitesi bakımından üstünlük göstermektedir. Anahtar kelimeler: Gezgin satıcı, Meta-sezgiseller, Akışkan genetik algoritma Abstract Travelling Salesman Problem (TSP) is a problem in which the shortest possible route enabling a salesman to return to the starting point after visiting all the cities exactly once is determined. Travelling Salesman Problem is the basis for many problems ranging from vehicle routing to printed circuit boards assembly. This problem has been attracting great attention from researchers in the field of optimization; nevertheless it is difficult to solve TSP, especially for large-scale data sets. This paper presents a hybrid solution method based on Fluid Genetic Algorithm, Nearest Neighbor and 2-Opt methods for the solution of TSP. The performance of the proposed method is evaluated with the solution values of the Nearest Neighbor, Genetic Algorithm, Tabu Search, Ant Colony Optimization and the Tree Physiology Optimization algorithms in the literature. The solution results show the superiority of the proposed method in terms of solution time and quality.

121-131

Authors: Mert KARABIYIK1 , Barbaros YET2*

Öz Futbol maçları yüksek belirsizliğe sahiptir ve sonuçlarının tahmin edilmesi zordur. Sadece veriye dayalı tahmin ve yapay öğrenme yöntemleri futbol tahminlerinde kısıtlı performans elde edebilmektedir. Uzman bilgisine dayalı modeller başarıya sahip olmuştur, fakat bu modellerin başka yerlere uygulanması için yine uzman bilgisi ve analistler tarafından gözden geçirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada Türkiye futbol ligleri için geliştirilmiş özgün bir Bayes ağı modeli önerilmektedir. Önerilen model futbol müsabakası yapan takımların hücum ve savunma gücünü maça ilişkin birçok gözlem ile belirleyerek maç sonucunu tahmin etmeyi amaçlamaktadır. Modelin yapısı ve parametreleri uzman bilgisi ile geliştirilmiştir. Modelden tahmin üretirken geçmiş maç verisi ile maça ilişkin uzman bilgisi girdi olarak kullanılabilmektedir. Önerilen model Türkiye Süper Ligi’nden gerçek maç verisi ile değerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: Futbol analitiği, Bayes ağları, Tahmin modelleri Abstract The results of football matches are difficult to predict due to their high uncertainty. Previous applications of data-driven machine learning approaches had limited performance in this prediction problem. Models that use expert knowledge had relatively higher performance but it is difficult to adapt these models to different cases as they need to be reviewed by experts and analysts based on specific requirements of the new application. This paper proposes a novel Bayesian network model to predict the results of football matches in Turkish football leagues. The Bayesian network model predicts the match results by estimating the attack and defense capability of the teams based on multiple observations about the football match. The structure and parameters of the model is defined based on expert knowledge. The model is able to use statistical data from previous matches and expert knowledge about these factors to generate predictions. The proposed model is evaluated by using data from the Turkish Super League.