Araştırma, manyetik alan uygulandığında sertlik ve sönüm özellikleri değiştirilebilen manyetoreolojik elastomerlerden (MRE) yararlanarak ayarlanabilir bir koltuk titreşim izolatörü geliştirmeyi amaçlamaktadır. Çalışma yalnız bir kontrol algoritması önermemekte; MRE malzemesinin deneysel karakterizasyonundan başlayarak viskoelastik modelleme, elektromanyetik devre tasarımı, sonlu eleman doğrulaması, çok disiplinli geometrik optimizasyon ve yarı aktif titreşim kontrolünü tek mühendislik zincirinde birleştirmektedir.

Araştırmacılar %25 hacim oranında karbonil demir parçacığı içeren izotropik MRE numuneleri üretmiş ve bunları kayma modunda bir magneto-reometre ile test etmiştir. Manyetik akı yoğunluğu 0–0,6 T aralığında değiştirilmiş; depolama ve kayıp modüllerinin frekansa ve manyetik alana bağlı davranışı incelenmiştir. Üç Maxwell koluna ve toplam yedi parametreye sahip Generalized Maxwell modeli (GM3), deney sonuçlarını temsil etmek için seçilmiştir. Modelin depolama modülü için doğrulama hatası %0,25–1,73, kayıp modülü için %0,70–8,11 aralığında kalmıştır.

Bu malzeme modeli daha sonra elektromıknatıs içeren bir koltuk titreşim izolatörünün tasarımına aktarılmıştır. İzolatörde MRE tabakası kayma modunda çalışmakta, elektromıknatıs üzerinden uygulanan akım MRE'nin etkin sertliğini ve sönümünü değiştirmektedir. Analitik manyetik devre modeli, FEMM sonlu eleman sonuçlarıyla karşılaştırılmış; 1–3 A akım aralığında analitik ve sayısal manyetik akı yoğunluğu arasındaki en büyük fark %6,23 olarak bulunmuştur.

On geometrik tasarım değişkenini içeren optimizasyon problemi, doğal frekans ayar aralığını büyütürken toplam kütle, MRE manyetik doygunluğu, fiziksel boyutlar, MRE kalınlığı ve elektromıknatıs akımı gibi sınırları koruyacak şekilde kurulmuştur. Tek başına SQP'nin farklı başlangıç noktalarında yerel optimumlara ulaştığı görüldüğü için genetik algoritma ile SQP'nin birleştirildiği hibrit GA–SQP yöntemi kullanılmıştır. Optimum tasarım yaklaşık 53 kg toplam kütlede ve 3 A bobin akımında MRE bölgesinde yaklaşık 790 mT manyetik akı yoğunluğu üretmektedir.

Optimum yapı için alan kapalıyken doğal frekans 5,40 Hz, alan açıkken 17,03 Hz olarak hesaplanmıştır. Böylece doğal frekansta 11,63 Hz'lik mutlak ve kaynakta %215 olarak verilen göreli artış elde edilmiştir. Daha düşük 0,6 T alan için açık çevrim geçirgenlik analizinde rezonans frekansı 5,40 Hz'den 12,43 Hz'ye kaymıştır.

Yarı aktif kontrol simülasyonlarında pasif sistem, ON–OFF skyhook ve PID karşılaştırılmıştır. 3–9 Hz bandındaki rastgele taban titreşiminde RMS yer değiştirme pasif sistemde 1,844 mm, ON–OFF kontrolde 1,138 mm ve PID kontrolde 0,739 mm olmuştur. 5 mm genlikli ve 0,1 saniye süreli yarım sinüs darbe uyartımında karşılık gelen değerler 1,757 mm, 1,161 mm ve 0,555 mm'dir. Çalışmanın kullanılan PID ayarları altında PID, her iki simülasyon senaryosunda da en düşük RMS yer değiştirme ve ivme değerlerini vermiştir.

Bu sonuçların önemli bir sınırı vardır: MRE malzeme karakterizasyonu laboratuvarda gerçek numuneler üzerinde yapılmış olsa da, önerilen tam boyutlu optimize koltuk izolatörü fiziksel prototip olarak üretilip gerçek araç veya koltuk sistemi üzerinde test edilmemiştir. Elektromanyetik tasarım FEMM ile, kapalı çevrim titreşim kontrolü ise matematiksel model ve simülasyon ile değerlendirilmiştir.

Türkiye açısından değerlendirme: Çalışmanın yöntemi Türkiye'deki kara taşıtları, iş makineleri, traktörler, ağır ticari araçlar, askeri platformlar ve titreşime maruz operatör koltukları için yürütülen akıllı süspansiyon çalışmalarına uyarlanabilir bir araştırma çerçevesi sunmaktadır. Özellikle pasif sistemlerin tek bir tasarım frekansına bağlı kalması yerine manyetik alanla doğal frekansı değiştirebilen yarı aktif yapı fikri dikkat çekicidir. Ancak gerçek yol profilleri, Türkiye'deki araç platformları, uzun süreli bobin ısınması, elektrik tüketimi, mekanik yorulma, insan konfor standartları ve üretim maliyeti bu çalışmada test edilmemiştir. Bu nedenle araştırmanın sayısal performans değerleri doğrudan yerli bir araç koltuğuna aktarılmış saha performansı olarak değerlendirilmemelidir.

Manyetoreolojik elastomer nedir?

Manyetoreolojik elastomerler, manyetik parçacıkların elastomerik bir matris içine dağıtılmasıyla oluşturulan akıllı malzemelerdir. Bu çalışmada elastomer matris olarak Ecoflex 00-20 silikon kauçuk, manyetik faz olarak ortalama 3,9–5 µm boyutunda karbonil demir parçacıkları kullanılmıştır. Parçacık hacim oranı %25'tir.

MRE'lerin temel avantajı, dışarıdan uygulanan manyetik alan değiştirildiğinde malzemenin mekanik özelliklerinin de değişebilmesidir. Manyetik parçacıklar alan etkisinde birbirleriyle daha güçlü manyetik etkileşim oluşturur; bunun sonucunda malzemenin depolama modülü, kayıp modülü, eşdeğer sertliği ve sönüm karakteristikleri değişebilir.

Bu özellik, sabit sertlikli klasik kauçuk izolatörlerden farklı olarak sistemin doğal frekansının çalışma sırasında ayarlanabilmesine olanak verir.

Neden MRE, manyetoreolojik sıvıya alternatif olabilir?

Manyetoreolojik sıvılar çok hızlı tepki verebilmesine rağmen parçacık çökelmesi, sızıntı ve parçacıkları tekrar homojen dağıtma gibi uygulama sorunlarına sahiptir. MRE'de parçacıklar katı elastomer matris içinde tutulduğu için bu sorunların önemli bölümü ortadan kalkmaktadır.

Araştırmanın hedefi, MRE'nin bu avantajını düşük enerji gerektiren yarı aktif bir koltuk titreşim izolasyon sistemine dönüştürmektir.

MRE numuneleri nasıl üretildi?

Üretilen izotropik MRE numuneleri:

• 20 mm çapında,
• 2,0 mm kalınlığında,
• %25 hacim oranında ferromanyetik parçacık içeren

dairesel örneklerdir.

Karbonil demir parçacıkları Ecoflex 00-20 ile karıştırılmış, karışım karıştırılıp gazdan arındırılmış, 3B baskılı kalıba dökülmüş ve oda sıcaklığında 24 saat kürlenmiştir.

Malzeme karakterizasyonu nasıl yapıldı?

Numuneler Discovery HR-3 magneto-reometre üzerinde salınımlı kayma hareketi altında test edilmiştir. Deneyler 20 °C sıcaklıkta gerçekleştirilmiş ve manyetik akı yoğunluğu 600 mT'ye kadar çıkarılmıştır.

Çalışmada küçük deformasyon bölgesinde kalmak amacıyla %0,1'in altında düşük gerinim genliği varsayılmıştır. Bunun nedeni, daha yüksek gerinimlerde dolgu–dolgu ve dolgu–polimer ağlarının bozulmasına bağlı Payne etkisinin ortaya çıkması ve malzemenin doğrusal viskoelastik varsayımdan uzaklaşmasıdır.

Araştırmacılar birden fazla izotropik MRE numunesi kullandıklarını, her ölçümü her numune için üç kez tekrarladıklarını ve raporlanan sonuçların ortalama değerler olduğunu belirtmektedir. Numuneler arasındaki değişim ihmal edilebilir düzeyde bulunmuştur. Bununla birlikte toplam numune sayısı kaynakta belirtilmemektedir.

Generalized Maxwell modeli neden seçildi?

Kelvin–Voigt, Maxwell, Standard Linear Solid ve Generalized Maxwell gibi klasik fenomenolojik modeller değerlendirilmiştir. Araştırmacılar geniş frekans ve manyetik alan aralığında doğruluk ile hesaplama maliyeti arasında en uygun dengeyi üç kollu Generalized Maxwell modelinin sağladığını belirtmektedir.

Üç kollu modelde depolama modülü genel olarak:

\[ G' = a_1+ \sum \frac{a_{k+1}^{2}a_k\omega^2} {a_k^2+\omega^2a_{k+1}^2} \]

kayıp modülü ise:

\[ G'' = \sum \frac{a_{k+1}a_k^2\omega} {a_k^2+\omega^2a_{k+1}^2} \]

biçimindeki frekans bağımlı ilişkilerle temsil edilmektedir.

GM3 modeli toplam yedi parametre içerir ve depolama ile kayıp modülleri için \(R^2>0,93\) değeri sağlamıştır.

Model deney verisini ne kadar iyi tahmin etti?

Doğrulamada kullanılan veri setleri model parametrelerinin belirlenmesinde kullanılmayan koşullardan seçilmiştir. Çalışmanın Tablo 1 sonuçlarına göre depolama modülü hata oranı %0,25–1,73 arasında, kayıp modülü hata oranı ise %0,70–8,11 arasında değişmiştir.

1 Hz, 0,2 T ve %0,01 gerinim genliği koşulundaki gerilme–gerinim histerezis çevrimi de GM3 modelinin deneysel çevrimi yakından takip ettiğini göstermektedir.

Önerilen koltuk titreşim izolatörü nasıl çalışıyor?

İzolatör eksenel simetrik ve silindirik bir elektromanyetik yapı olarak tasarlanmıştır. İçi boş silindirik MRE'nin iç çevresel yüzeyi hareket eden koltuk çerçevesine, dış yüzeyi ise sabit elektromıknatıs gövdesine bağlanmaktadır.

Koltuk çerçevesi yukarı–aşağı hareket ettiğinde MRE tabakası kayma deformasyonuna uğrar. Elektromıknatısa uygulanan akım değiştirildiğinde MRE içindeki manyetik akı yoğunluğu değişir; böylece MRE'nin etkin sertliği ve sönümü ayarlanır.

Kaynakta yer alan 8. sayfadaki kesit şeması MRE tabakasının koltuk çerçevesi, bobinler, elektromıknatıs tabanı ve hareket sınırlayıcı arasında nasıl konumlandığını göstermektedir. 9. sayfadaki üç boyutlu kesit ve patlatılmış görünüş ise yapının koltuk çerçevesi, MRE, stroke stopper, bobbin, winding coils ve base bileşenlerini ayrı ayrı göstermektedir.

Hangi malzemeler kullanıldı?

Koltuk çerçevesinin üst bölümü ve bobin taşıyıcısı manyetik olmayan Alüminyum 6061-T6 olarak seçilmiştir. Bu malzeme manyetik akının istenmeyen bölgelerde dolaşmasını azaltmak amacıyla kullanılmaktadır.

Manyetik akıyı taşıyan taban ve koltuk çerçevesinin alt bölümü ise düşük karbonlu 1020 çelik olarak modellenmiştir.

Bobinlerde yaklaşık 1,0237 mm çapındaki 18 AWG tel kullanılmış ve maksimum akım aşırı ısınmayı önlemek amacıyla 3 A ile sınırlandırılmıştır.

Manyetik devre nasıl modellenmiştir?

Analitik yaklaşım Ampère yasası ve manyetik akı korunumu üzerine kuruludur:

\[ NI=\sum H_i l_i \]

ve:

\[ \Phi=B_i A_i \]

Manyetik doygunluk öncesinde:

\[ B_i=\mu_0\mu_rH_i \]

ilişkisi kullanılmaktadır.

Manyetik yol sekiz ayrı bağlantıya bölünmüş ve her bağlantının etkin uzunluğu ile kesit alanı geometri parametreleri üzerinden hesaplanmıştır.

Analitik manyetik model FEMM ile ne kadar uyuştu?

Analitik model; kaçak akı, kenar saçılması ve uzaysal alan düzensizliği gibi etkileri ihmal ettiği için manyetik alanı hafifçe yüksek tahmin etmektedir. Bu nedenle sonuçlar FEMM 4.2 ile oluşturulan 2B eksenel simetrik manyetostatik modelle karşılaştırılmıştır.

FEMM ağı 12.015 düğüm ve 23.521 üçgen elemandan oluşmaktadır.

En yüksek fark 1 A'da %6,23'tür ve akım yükseldikçe iki model birbirine yaklaşmaktadır.

MRE'nin sertlik ve sönümü izolatör modeline nasıl aktarılıyor?

MRE'nin eşdeğer kayma sertliği:

\[ k_{\mathrm{MRE}}= \frac{G'A_{\mathrm{MRE}}}{h_{\mathrm{MRE}}} \]

eşdeğer sönüm katsayısı ise:

\[ c_{\mathrm{MRE}}= \frac{G''A_{\mathrm{MRE}}} {\omega h_{\mathrm{MRE}}} \]

olarak tanımlanmıştır.

MRE'nin yanında ayrıca sabit 10 kN/m sertlikli doğrusal bir yay bulunmaktadır. Bu yay 80 kg'lık yük altında MRE'nin aşırı statik kayma deformasyonunu azaltmak amacıyla kullanılmıştır.

Toplam eşdeğer sertlik:

\[ k_{\mathrm{eqv}}=k_{\mathrm{MRE}}+k_c \]

ve doğal frekans:

\[ \omega_n=\sqrt{\frac{k_{\mathrm{eqv}}}{m}} \]

olarak hesaplanmıştır.

Optimizasyonun amacı neydi?

Optimizasyonun temel amacı, manyetik alan kapalı ve açık durumlar arasındaki doğal frekans farkını olabildiğince büyütmektir. Çalışmanın amaç fonksiyonu:

\[ f= \frac{\omega_{n,\mathrm{field-off}}} {\omega_{n,\mathrm{field-on}}} \]

şeklinde tanımlanmış ve minimize edilmiştir. Böylece paydanın, yani alan açık durumdaki doğal frekansın alan kapalı duruma göre mümkün olduğunca yükselmesi hedeflenmektedir.

Optimizasyonda on geometrik değişken kullanılmıştır:

\[ X=[F,H',G,E,M,Z,Q,W,J,T] \]

ve aşağıdaki temel kısıtlar uygulanmıştır:

• Toplam izolatör kütlesi ≤ 55 kg,
• MRE içindeki manyetik akı yoğunluğu ≤ 0,8 T,
• Yarıçap ≤ 130 mm,
• Toplam yükseklik ≤ 205 mm,
• MRE kalınlığı ≥ 10 mm,
• Mekanik hareket için en az 15 mm serbest alan,
• Maksimum bobin akımı = 3 A.

Neden yalnız SQP kullanılmadı?

Sıralı kuadratik programlama (SQP) üç farklı başlangıç noktasından çalıştırıldığında farklı çözümlere yakınsamıştır. Çalışmanın 17. sayfasındaki Şekil 15, alt sınır, üst sınır ve ortalama başlangıç vektörlerinin farklı amaç fonksiyonu değerlerinde durduğunu göstermektedir.

Araştırmacılar bunu problemin doğrusal olmayan ve birden fazla yerel optimum içeren yapısının göstergesi olarak değerlendirmiştir. Bu nedenle genetik algoritma önce global optimum bölgesini araştırmış, ardından GA'nın bulduğu yakın-optimum çözüm SQP'ye başlangıç noktası verilerek yerel iyileştirme yapılmıştır.

GA–SQP hangi geometriyi buldu?

Optimize edilmiş amaç fonksiyonu yaklaşık 0,31 olarak verilmiştir.

Optimum tasarımın fiziksel özellikleri ne oldu?

• MRE etkin kayma alanı: 72 cm²,
• MRE kalınlığı: 10 mm,
• \(A_{\mathrm{MRE}}/h_{\mathrm{MRE}}\): 72 cm,
• Toplam kütle: yaklaşık 53 kg,
• Yükseklik: 196,9 mm,
• Yarıçap: 126,9 mm,
• Bobin sarım sayısı: 1977,
• 3 A'da MRE manyetik akı yoğunluğu: yaklaşık 790 mT.

MRE kalınlığı optimum çözümde izin verilen alt sınır olan 10 mm'ye yakınsamıştır. Araştırmacılar daha büyük MRE hava aralığının MRE içindeki manyetik akı yoğunluğunu düşürerek alan açık durumdaki doğal frekansı olumsuz etkilediğini belirtmektedir.

Doğal frekans ne kadar değiştirilebildi?

Optimum tasarımda:

Kaynak bu değişimi 11,63 Hz mutlak ve %215 göreli doğal frekans artışı olarak raporlamaktadır.

İzolatörün kütlesi neden önemli?

Post-optimalite analizinde toplam kütle sınırı 40, 45, 50 ve 55 kg gibi farklı seviyelerde yeniden optimize edilmiştir.

40 kg üst sınırında alan açık/kapalı frekans oranı yaklaşık 2,35 iken 55 kg sınırında yaklaşık 3,17'ye çıkmaktadır. Araştırmacılar bunun frekans oranında yaklaşık %34 iyileşmeye ve göreli frekans kaymasının yaklaşık %59 artmasına karşılık geldiğini belirtmektedir.

Bununla birlikte 60 kg'a çıkıldığında frekans oranında önemli ek kazanç oluşmamaktadır. Daha büyük yapı daha fazla bobin sarımı gerektirmekte ve çelik çekirdeğin erken manyetik doygunluğu tasarım kazancını sınırlayabilmektedir.

Açık çevrim geçirgenlik analizi ne gösterdi?

80 kg aktif yük ve 10 kN/m paralel yay için taban uyartımı altında titreşim geçirgenliği:

\[ TR= \sqrt{ \frac{k_{\mathrm{isolator}}^2+\omega^2c_{\mathrm{isolator}}^2} {(k_{\mathrm{isolator}}-m\omega^2)^2+ (\omega c_{\mathrm{isolator}})^2} } \]

olarak hesaplanmıştır.

Çalışmanın 20. sayfasındaki Şekil 20, manyetik alan arttıkça rezonans tepesinin sağa, yani daha yüksek frekanslara kaydığını açık biçimde göstermektedir.

0–0,6 T aralığında rezonans frekansı 5,40 Hz'den 12,43 Hz'ye, yani yaklaşık %130 oranında yükselmiştir.

Yaklaşık 7 Hz neden kritik bir nokta?

0 T ve 0,6 T geçirgenlik eğrileri yaklaşık 7 Hz civarında kesişmektedir. Çalışmaya göre 7 Hz'nin altındaki uyartımlarda yüksek manyetik alan kullanmak titreşim geçirgenliğini azaltabilirken, 7 Hz'nin üzerindeki koşullarda alanı kapatmak daha iyi izolasyon sağlayabilmektedir.

Bu özellik yalnızca manyetik alanın sürekli değiştirilmesiyle değil, çok basit ON–OFF kontrol mantıklarıyla bile adaptif davranış sağlanabileceğini göstermektedir.

ON–OFF skyhook kontrolü nasıl çalışıyor?

Skyhook yaklaşımında kontrol kararı aktif kütlenin mutlak hızı ile tabana göre bağıl hızına göre verilmektedir:

\[ B_{\mathrm{MRE}}= \begin{cases} B_{\max}, & (\dot{x}-\dot{y})\dot{x}\geq0\\ B_{\min}, & (\dot{x}-\dot{y})\dot{x}<0 \end{cases} \]

Çalışmada:

• \(B_{\min}=0\) T,
• \(B_{\max}=0,6\) T

olarak kullanılmıştır.

Bu değerler ayarlanabilir kontrol kazançları değil, MRE sisteminin fiziksel OFF ve ON sınırlarıdır.

PID kontrolü aktif kuvvet mi üretiyor?

Hayır. Çalışmadaki PID kontrolü klasik tam aktif süspansiyon gibi doğrudan istenen herhangi bir kuvveti üreten aktüatöre komut vermemektedir. PID çıktısı MRE'ye uygulanacak manyetik akı yoğunluğuna dönüştürülmektedir.

Dolayısıyla PID, pasif bir mekanik elemanın sertlik ve sönüm özelliklerini fiziksel sınırlar içinde değiştiren yarı aktif kontrolcü olarak çalışmaktadır.

PID kazançları nasıl seçildi?

Araştırmada kullanılan nihai değerler:

• \(K_P = 86\,447\) T/mm,
• \(K_I = 347\,894\) T/(mm·s),
• \(K_D = 3923\) (T·s)/mm,
• türev filtre katsayısı \(N = 22\) rad/s

olarak raporlanmıştır.

Yazarlar bu kazançların titreşim cevabını iyileştirmek amacıyla adım adım ve heuristik biçimde ayarlandığını, nihai karşılaştırmanın yalnız bu belirli tuning için geçerli olduğunu özellikle belirtmektedir.

Rastgele titreşim altında hangi kontrolcü daha başarılıydı?

Rastgele taban titreşimi 3–9 Hz aralığında band-sınırlı beyaz gürültü olarak uygulanmış ve taban yer değiştirmesi yaklaşık −2,5 ile +2,5 mm arasında tutulmuştur.

Pasif sisteme kıyasla ON–OFF kontrol RMS yer değiştirmeyi yaklaşık %38,3, PID ise yaklaşık %59,9 azaltmıştır. PID'nin RMS yer değiştirmesi ON–OFF kontrolünden yaklaşık %35,1 daha düşük olmuştur.

Kontrol kuvvetleri ne kadardı?

Rastgele titreşim senaryosunda mutlak maksimum yarı aktif kuvvet:

• ON–OFF skyhook: 480 N,
• PID: 340 N

olarak hesaplanmıştır.

RMS kontrol kuvveti ON–OFF yöntemde 301 N, PID'de 190,5 N'dir. Kaynak PID'nin RMS kontrol çabasını yaklaşık %36 azalttığını bildirmektedir.

Darbe uyartımı nasıl modellenmiştir?

İkinci senaryoda tabana:

• 5 mm genlikli,
• 0,1 saniye süreli,
• yarım sinüs biçimli

bir bump/darbe uygulanmıştır.

PID kazançları değiştirilmemiş; rastgele titreşim deneyinde kullanılan aynı değerler korunmuştur.

Darbe altında sonuçlar nasıldı?

Pasif sisteme göre ON–OFF kontrol RMS yer değiştirmeyi %33,9, PID ise %68,4 azaltmıştır. PID ayrıca ON–OFF yöntemine göre yaklaşık %52,2 ek azalma sağlamıştır.

Darbe sonrasında PID cevabının salınımları daha hızlı sönümlemesi nedeniyle yerleşme süresi de daha kısa görünmektedir.

Darbe sırasında gereken kuvvet neydi?

Darbe senaryosunda mutlak maksimum hesaplanan kontrol kuvvetleri:

• ON–OFF skyhook: 1970 N,
• PID: 440 N

olarak verilmiştir.

RMS kontrol kuvveti ON–OFF kontrolünde 345 N, PID'de 88,4 N'dir. Böylece PID'nin RMS kontrol çabasındaki azalma kaynakta yaklaşık %74 olarak raporlanmaktadır.

ON–OFF kontrolün temel sorunu neydi?

ON–OFF skyhook yapısı 0 ve 0,6 T arasında hızlı biçimde anahtarlanmaktadır. Yazarlar bu yüksek hızlı anahtarlamanın enerji kaybı ve ısı üretimi açısından özellikle yüksek frekansta sorun oluşturabileceğini belirtmektedir.

Ancak çalışmada bobin sıcaklığı veya elektrik tüketimi doğrudan ölçülmediği için bu nokta deneysel termal doğrulama sonucu değil, kontrol yapısının pratik uygulanabilirliğine ilişkin mühendislik değerlendirmesidir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• %25 karbonil demir içeren izotropik MRE'nin depolama ve kayıp modülleri uygulanan manyetik alana ve frekansa bağlı olarak değişmektedir.
• Üç kollu Generalized Maxwell modeli incelenen küçük gerinim rejiminde deneysel MRE davranışını düşük hata ile temsil edebilmiştir.
• Analitik manyetik devre modeli 1–3 A aralığında FEMM sonuçlarından en fazla %6,23 sapmıştır.
• GA–SQP optimizasyonu, belirlenen kütle, boyut, manyetik doygunluk ve akım sınırları altında ayarlanabilir bir izolatör geometrisi üretmiştir.
• Optimum modelde manyetik alan değiştirilerek doğal frekans 5,40 Hz'den 17,03 Hz'ye çıkarılabilmiştir.
• 0–0,6 T açık çevrim analizinde rezonans frekansı 5,40 Hz'den 12,43 Hz'ye kaymıştır.
• Kullanılan PID ayarları altında PID kontrolü rastgele ve darbe uyartımlarında pasif ve ON–OFF yöntemlerinden daha düşük RMS yer değiştirme ve ivme üretmiştir.
• PID'nin hesaplanan RMS kontrol kuvveti her iki uyartımda da ON–OFF skyhook yönteminden daha düşük olmuştur.

Çalışmanın kanıtlamadığı veya test etmediği sonuçlar

• Optimize edilmiş tam boyutlu koltuk izolatörünün fiziksel prototipte aynı doğal frekans aralığını sağlayacağı deneysel olarak doğrulanmamıştır.
• Gerçek otomobil, kamyon, traktör, iş makinesi veya arazi aracında yol testi yapılmamıştır.
• İnsan katılımcı üzerinde konfor, yorgunluk veya whole-body vibration performansı ölçülmemiştir.
• Uzun dönem MRE yorulması ve mekanik dayanıklılık değerlendirilmemiştir.
• Bobin sıcaklığı ve uzun süreli termal kararlılık fiziksel prototip üzerinde ölçülmemiştir.
• Gerçek elektrik enerji tüketimi deneysel olarak karşılaştırılmamıştır.
• PID'nin bütün olası kazançlar ve bütün dış uyartımlar altında ON–OFF kontrolden üstün olduğu gösterilmemiştir.
• Kayma geriniminin büyüdüğü doğrusal olmayan Payne-etkisi bölgesinde GM3 doğruluğu doğrulanmamıştır.
• Anizotropik MRE yapılarının bu tasarımdan daha iyi veya kötü performans göstereceği belirlenmemiştir.
• Seri üretim maliyeti, servis ömrü ve endüstriyel güvenilirlik değerlendirilmemiştir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Araştırma zinciri

Deneysel malzeme karakterizasyonu

GM3 doğrulama özeti

Manyetik model doğrulama özeti

Analitik modelin FEMM'e göre farkı akım arttıkça küçülmüştür. Analitik sonuçların tamamı FEMM değerlerinden yüksektir; bu eğilim analitik modelin akı kaçağı ve fringing etkisini ihmal etmesiyle uyumludur.

Optimizasyon sonucunun özeti

Rastgele titreşim kontrol sonuçları

PID, çalışma koşullarında hem RMS yer değiştirmede hem RMS ivmede en düşük değeri vermiştir.

Darbe kontrol sonuçları

Darbe uyartımında PID'nin pasif sisteme göre RMS yer değiştirme azalması kaynakta %68,4 olarak bildirilmiştir.

Kontrol çabasının karşılaştırılması

Kaynakta kullanılan PID tuning'i altında PID yalnız titreşim cevabını değil, hesaplanan kontrol kuvveti gereksinimini de ON–OFF skyhook yöntemine göre azaltmıştır.

Araştırmanın temel sınırlılıkları

• MRE malzemesi deneysel olarak karakterize edilmiştir; tam optimize izolatör prototipi üretilmemiştir.
• Manyetik devre doğrulaması fiziksel manyetik ölçüm değil FEMM karşılaştırmasıdır.
• Kontrol sonuçları matematiksel simülasyona dayanmaktadır.
• Gerçek yol profili ve araç titreşim verileri kullanılmamıştır.
• İnsanlı koltuk deneyi yapılmamıştır.
• MRE modeli küçük gerinimli doğrusal viskoelastik bölgede geçerlidir.
• Yüksek gerinimde Payne etkisi ve diğer doğrusal olmayan davranışlar kapsam dışıdır.
• Toplam deneysel MRE numune sayısı raporlanmamıştır.
• PID kazançları heuristik olarak ayarlanmıştır.
• Bobin ısınması ve elektrik tüketimi fiziksel cihaz üzerinde ölçülmemiştir.
• Uzun dönem yorulma, çevrim ömrü ve malzeme yaşlanması incelenmemiştir.
• Yazarlar prototipleme, elektromanyetik gövde üretimi, hassas bobin sarımı ve anizotropik MRE çalışmalarını gelecek araştırma olarak belirtmektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Modeling, Design Optimization and Control of a Practical Seat Vibration Isolator Featuring Magnetorheological Elastomer

Yazarlar: Sina Tavassoli Naini, Alireza Moezi ve Ramin Sedaghati.

Sorumlu yazarlar: Sina Tavassoli Naini ve Ramin Sedaghati.

Eş katkı/eş birinci yazarlık: Kaynakta böyle bir beyan bulunmamaktadır.

Kurumlar:

1. Department of Mechanical, Industrial and Aerospace Engineering, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.
2. Department of Bioresource Engineering, McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, Quebec, Canada.

Dergi: Actuators.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Bibliyografik bilgi: Actuators 2026, 15, 275.

DOI:10.3390/act15050275

Yayın tarihi: 18 Mayıs 2026. Çalışma 23 Mart 2026'da alınmış, 11 Mayıs 2026'da revize edilmiş ve 12 Mayıs 2026'da kabul edilmiştir.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Actuators'ta yayımlanmış araştırma makalesidir. Kaynakta alındı, revize, kabul ve yayın tarihleri açıkça bulunmaktadır.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Önceki çalışma ilişkisi: Makale, “Mechanical characterization and dynamic modeling of magnetorheological elastomers under shear mode” başlıklı ve 25–28 Mart 2024'te Long Beach, California'daki SPIE Smart Structures + Nondestructive Evaluation etkinliğinde sunulan çalışmanın önemli ölçüde revize edilmiş ve genişletilmiş sürümüdür.

Finansman: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) ve Concordia University Faculty Research Support (FRS) desteği belirtilmiştir.

Etik kurul: Uygulanabilir değildir.

Bilgilendirilmiş onam: Uygulanabilir değildir.

Veri erişilebilirliği: Yazarlar çalışmanın özgün katkılarının makalede bulunduğunu ve ek soruların sorumlu yazara yöneltilebileceğini belirtmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bulunmadığını beyan etmektedir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma Sina Tavassoli Naini ve Ramin Sedaghati; metodoloji Sina Tavassoli Naini, Alireza Moezi ve Ramin Sedaghati; yazılım Sina Tavassoli Naini; doğrulama Sina Tavassoli Naini ve Alireza Moezi; biçimsel analiz Sina Tavassoli Naini; araştırma ve deneyler Sina Tavassoli Naini ile ilgili ortak yazarlar; danışmanlık, proje yönetimi ve finansman edinimi Ramin Sedaghati tarafından yürütülmüştür.

Deneysel kapsam: MRE malzeme numuneleri fiziksel olarak üretilmiş ve magneto-reometre üzerinde test edilmiştir. Buna karşılık önerilen tam koltuk titreşim izolatörünün geometrisi, elektromanyetik davranışı ve kontrol performansı analitik, sonlu eleman ve simülasyon yöntemleriyle değerlendirilmiştir.

Modelleme sınırı: GM3 modeli küçük gerinimli doğrusal viskoelastik bölgede kullanılmaktadır. Büyük gerinimlerde görülen Payne etkisi ve diğer doğrusal olmayan davranışlar ana kontrol modeline dahil edilmemiştir.

Frekans aralığı notu: Malzeme deneyleri bölümünde frekans taraması 1–20 Hz olarak tanımlanırken, model parametre belirleme bölümünde 0,1–20 Hz aralığı belirtilmektedir. Kaynak bu fark için ayrıca açıklama yapmamaktadır.

Doğal frekans ve rezonans notu: Optimum 3 A çalışma noktasında yaklaşık 0,79 T ile doğal frekans 5,40 → 17,03 Hz olarak raporlanmaktadır. Açık çevrim geçirgenlik çalışması ise 0–0,6 T aralığıyla sınırlıdır ve bu aralıkta rezonans 5,40 → 12,43 Hz değişmektedir. Bu iki sonuç farklı manyetik alan seviyelerinden gelmektedir ve birbirinin yerine kullanılmamalıdır.

Kontrol sınırı: PID kazançları heuristik tuning ile seçilmiş ve tüm raporlanan simülasyonlarda sabit tutulmuştur. Dolayısıyla PID'nin raporlanan üstünlüğü bu belirli model, uyartım ve kazanç ayarlarına aittir.

Endüstriyel uygulama sınırı: Çalışma gerçek araç koltuğu, insan katılımcı, yol testi, uzun dönem mekanik yorulma, bobin sıcaklığı veya saha güvenilirliği ölçümü içermemektedir. Yazarlar prototipleme ve üretimi gelecek çalışma olarak belirtmektedir.

Bu Verianla içeriğinin bilimsel bulguları yalnızca incelenen çalışmaya dayanmaktadır. Kaynakta bulunmayan deneysel performans, saha başarısı veya ticari uygulama sonucu eklenmemiştir.