A-Ztech Ltd. A to Z Advanced Engineering Technologies A dan Z ye İleri Mühendislik Teknolojileri

Transkript

1 1 ABAQUS Sonlu Elemanlar Programı Giriş Eğitimi Ders Notları Örnek Uygulama Bir Kirişin Lineer Statik Analizi A-Ztech Ltd ABAQUS, Inc. Copyright

2 2 Giriş Bu çalışmada Şekil-1 'de gösterilen ölçülerde basit bir kirişin katı olarak modellenmesi ve şekilde görüldüğü gibi bir basınç yükü ve ankastre sınır koşulu ile çözümü işlenecektir. Bu örnekte kullanıcıya ABAQUS/CAE 'de bir sonlu elemanmlar modelinin hazırlanma adımlarının bilgisinin genel itibari ile verilmesi amaçlanmaktadır. Şekil 1 Örnek uygulama yapılacak kiriş, geoemetrik ölçüler ve sınır koşulları. İlk Yapılacaklar 1. Bu çalışma için bilgisayarınızda aşağıdaki gibi bir çalışma dizini yaratın.../abaqus_giris/calisma/kiris 2. Yaratılan bu çalışma dizininde açılacak bir ABAQUS/CAE arayüzünü aşağıdaki komutla açın. abaqus cae İşletim sisteminin komut satırında yazılacak olan bu komut size ABAQUS/CAE arayüzü açacaktır. 3. ABAQUS/CAE açıldıktan sonra karşınıza çıkacak ekranda Create Model Database ikonuna tıklayarak yeni bir model dosyası oluşturun. ABAQUS/CAE açıldığında oluşturmaya başladığınız sonlu elemanlar modeli ile ilgili bilgilerin yazıldığı Model Ağacı sol kısımda gözükmelidir. Eğer görünür değilse Model Ağacı 'nı görünür yapmak için View komut kümesi altında Show Model Tree seçeneğine tıklamanız gerekmektedir. Model ağacı, ABAQUS/CAE 'yi kullanan kullanıcının fonksyonelliğini arttıran hiyerarşik bir şekilde kullanıcın modele eklediği unsurların yazıldığı kısımdır. Buradan kullanıcı değiştireceği veya sileceği unsurlara doğrudan ulaşabilmektedir. Şekil-2 'de de bu model ağacı içindeki bir modelin alt seceneklerinin nasıl açılacağı gösterilmiştir. Değiştirmek, silmek veya alt seceneklerini açmak istediğiniz bir kısım için bu işlemleri yapmanızı sağlayacak Şekil-2 'deki menüye ulaşmak için değiştirmek istediğiniz kısma farenizin sağ tuşu ile tıklamanız yeterli olacaktır. 2

3 3 Şekil 2 Models menusü. 4. Şekil-2 deki gibi model ağacında Models kısmına sağ tıklayarak Create seçeneği ile yeni bir model yaratınız.. 5. Karşınıza Edit Model Attributes iletişim penceresi çıkacaktır. Buradan yeni yaratacağınız modelin ismini BEAM giriniz. Ardından OK ' e tıklayınız. Model ağacında BEAM isimli model Şekil-3 'teki gibi gözükecektir. Bu yeni model altı çizili olarak görünmektedir. ABAQUS/CAE 'de model ağacında altı çizgili olarak gördüğününz ögeler o an sizin üzerinde çalışıyor olduğunuz ögelerdir. 3

4 4 Şekil 3 Model Ağacı. 6. Şu ana kadar oluşturmuş olduğunuz modeli kaydetmek için yapmanız gereken tek şey File/Save As veya File/Save Model Database As kısmından modelinizi kaydetmektir. Bunun sonucunda çalışma dizininizde.cae uzantılı olarak modeliniz kaydolacaktır. Parça Yaratma Bu kısımda dikdörtgen kesitli, üç boyutlu, deforme olabilen bir katı parça, kesiti iki boyutta çizilip üçüncü boyuta girilen bir derinlik değeri kadar ötelenerek (extrude) oluşturulacaktır. Model ağacından BEAM isimli model altında Parts 'a tıklayarak yeni bir parça oluşturma komutunu alın. Bu komutla beraber karşınıza Create Part iletişim penceresi çıkacaktır. Parça yaratma iletişim penceresinde yaratacağınız parçanın ismi olarak Beam, ve approximate size olarak gördüğünüz ve programın sizi götüreceği eskiz kağıdının boyutunu girerek Continue 'a tıklayınız. Bu seçim işlemi yapıldığında program kullanıcıyı parça oluşturma işlemi olarak Extrusion seçildiğinden yapılacak parçanın iki boyutlu eskizin çizileceği Sketch 'e atacaktır 4

5 5 Şekil-4. Parça yaratma Eskize gelindiğinde Şekil-5 de gösterilen komutla bir dikdörtgen oluşturulacaktır. 1. Create Lines: Rectangle komutuna tıklayınız ve (-100, 0.0) ve (100,-10) noktalarından oluşan Şekil-6 daki dikdörtgeni çiziniz. Şekil 5 Eskizde dikdörtgen oluşturma komutu 5

6 6 Şekil 6 Parçanın eskizdeki dikdörtgen çizimi 2. Bundan sonra aktif komutunuz yoksa ekranın alt kısmından Done komutunna tıklayınız. 3. Karşınıza çıkan ekranda extrusion depth olarak 25 giriniz ve OK leyiniz. Şekil-7 de parça üç boyutlu olarak görülmektedir. Malzeme özelliklerini tanımlama Şekil 7 Parçanın üç boyutlu hali Parçaya malzeme özelliği olarak elastisite modülü MPa ve Poisson s oranı 0.3 olan lineer elastik bir malzeme tanımlanacaktır. Malzemeyi tanımlamak için: 1. Modül Property ye getirilir ve Create Material komutu seçilir. Ekranda Edit Material iletişim penceresi gözükecektir. Burada malzeme ismi olarak celik girilir. 6

7 7 Şekil 8 Açılır-kapanır menü Malzeme editöründen Şekil-8 de görüldüğü gibi Mechanical seçilir. Karşınıza Elastik malzeme formu çıkacaktır. Elasticity / Elastic Şekil-9 daki gibi Young modülünü 209.E3 ve Poisson oranını da 0.3 girerek elastik malzeme özelliklerini tanımlayınız. OK diyerek malzeme editöründen çıkınız. Şekil 9 Malzemel editorü Kesit özellikleri tanımlama ve parçaya atama Bundan sonraki adım kesit özelliklerini tanımlamak ve bu kesit özelliğini parçaya atamaktır. Homojen bir katı kesit özelliği tanımlama: 1. Modül kısmı Property 'deyken Create Section komutunu alarak katı kiriş için bir katı homojen kesit özelliği yaratılacaktır. Bunun için, Komut alındığında Create Section iletişim penceresi ekranda belirecektir. Create Section iletişim penceresinde a. Kesit özelliğinin ismi olarak BeamSection. Giriniz. b. Ekranda Solid ve Homogeneous kısmını seçiniz.. c. Continue seceneğine tıklayarak devam ediniz. Katı kesit editörü ekranda görünür. Edit Section iletişim penceresinde: Malzeme olarak daha önce yaratılmış celik malzemeyi seçiniz. 7

8 8 d. Plane stress/strain thickness. Değeri için ekranda gözüken değeri seçiniz. e. OK seçeneğine tıklayınız. Note: Üç boyutlu katı geometriler için bu değer kullanılmaz. Bu değer sadece iki boyutlu geometrilerde anlamlıdır. f. Yaratılan malzeme ve kesit özelliğini parçaya atamak için Assign Section komutunu seçiniz ve fareniz ile tüm parçayı seçerek kesit özelliğini parçaya atayınız. Bu aşamadan sonra parça yeşil renk alacaktır. Bunun anlamı artık bu parçaya bir kesit özelliği atanmıştır demektir. Modelin montajı Bu modelde montaj sadece tek bir parça içerecektir. Modeli montaj etmek için: Modülünüzü Assembly 'ye getiriniz. Create Instance komutunu alınız ve karşınıza gelecek pencerede beam isimli parçayı Independent olarak montaja atınız. Montaj modülünde başka yapılacak bir işlem yoktur. Çözüm adımının tanımlanması Bu örnekte katı olarak modellenmiş bir ucu ankastre olan kirişin uygulanan basınca karşı statik cevabı incelenmektedir. Bu yüzden sadece bir çözüm adımı yaratmak yeterli olacaktır. Sonuç olarak modelde toplam iki çözüm adımı olacaktır. 1. Bir başlangıç çözüm adımı ki, sadece kirişin ankastre sınır şartının verildiği çözüm adımı. 2. Bir genel statik çözüm adımı ki, kirişe verilecek basınç yükünün tanımlı olduğu çözüm adımı. ABAQUS/CAE Initial çözüm adımını otomatik olarak yaratır. Ancak bir analiz yapabilmeniz için ek bir step yaratmanız gerekir. Burada Initial çözüm adımının anlamı analizin başlangıç anını temsil etmesidir. Statik genel bir çözüm adımı tanımlama: 1. Modülünüzü Step 'e getirin ve Create Step komutunu alın. Bunun sonucunda karşınıza Create Step iletişim penceresi çıkacaktır.. Burada: Çözüm adımı ismi olarak BeamLoad giriniz. Sonra da Static, General kısmını seçiniz ve Continue diyerek devam ediniz. 8

9 9 Step editör karşınıza gelecektir. Burada: Description kısmında Basic sayfasında Load the top of the beam giriniz. Incrementation kısmına geçiniz ve burada Initial kısımında yazan 1 değerini 0.1 ile değiştiriniz. Diğer değerleri olduğu gibi kabul ediniz ve OK tuşuna basarak devam ediniz. Sınır koşullarının ve yüklemelerin tanımlanması Sınır koşulu olarak parça bir kenarından sabitlenecek ve bir yüzeyinden de parçaya bir basınç yükü etkitilecektir. Kirişin bir kenarını ankastre olarak sabitlemek için: 1. Modülünüzü Load modülüne getiriniz ve Create Boundary Condition komutunu alınız. Burada karşınıza Create Boundary Condition iletişim penceresi çıkacaktır: a. Bu pencerede sınır koşulu ismi olarak Fixed giriniz. g. Tanımlanacak sınır koşulunun başlangıç durumunda itibaren aktif olacağını step kısmını Initial 'a getiriniz. h. Category kısmını Mechanical, Types for Selected Step kısmını da Displacement/Rotation 'a getirerek Continue seçeneğine tıklayarak devam ediniz. i. Bundan sonra kirişin sabitlenecek yüzeyini Şekil-10 'daki gibi seçip, seçilen bu yüzeyin üç öteleme serbstlik derecesini de kapatınız. 9

10 10 Şekil 10 Sınır koşulu atanacak yüzey. Kirişin üst yüzeyine basınç kuvvetini tanımlamak: 1. Modülünüz Load 'da iken Create Load komutunu alınız. Create Load iletişim penceresi ekranda gözükecektir. Burada: a. Yaratılacak kuvvetin ismini Pressure.olarak giriniz. j. Step kısmını BeamLoad olarak seçiniz. k. Category kısmında Mechanical seçeneğini seçiniz. l. Types for Selected Step kısmını Pressure 'a getiriniz. m. Continue 'a tıklayınız ve devam ediniz. Ekranda Şekil-11 'de gözüken yüzeyi seçiniz ve farenizle Done komutuna tıklayınız. 10

11 11 Şekil 11 Ankastre sınır şartı ve basınç uygulanacak yüzey. Edit Load iletişim penceresinde: a. Basınç değeri olarak 0.5 giriniz. n. Şu anda seçili olan Amplitude kısmı (Ramp) 'ta iken Distribution (Uniform)'da iken OK tuşuna tıklayınız ve devam ediniz. Modelin çözüm ağını oluşturma Bu kısımda parçanın çözüm ağı oluşturulacaktır. Çözüm ağı kontrolünü atamak için: 1. Modülünüzü Mesh 'e getiriniz. Ana menüden Mesh >> Controls seçeneğini tıklayınız. Mesh Controls iletişim penceresinde Element Shape olarak Hex 'i, çözüm ağı oluşturma tipi olarak Structured 'ı seçiniz ve OK diyerek bu pencereden çıkınız. ABAQUS eleman tipini atamak için: 1. Ana menüden Mesh >> Element Type 'ı seçiniz. Element Type iletişim penceresi açılacaktır. Buradan aşağıdaki seçimleri yapınız.: 1. Element Library kısmı Standard olarak seçilir. 2. Geometric Order kısmı Linear seçilir. 3. Family kısmı 3D Stress olarak seçilir.. Pencerenin alt kısmında Hex kısmı seçiliyken eleman tipi olarak Incompatible modes seçilir ve OK denilerek bu pencereden çıkılır. 11

12 12 Parçanın çözüm ağını üretmek için: 1. Ana menuden Seed/Instancekomutu alınara Global Size kısmına parça üzerinde oluşacak çözüm ağının genel eleman boyutu 10 olarak girilir ve OK tuşuna tıklanarak ekrandan çıkılır. Bu işlem spnucunda oluşacak çözüm ağını yaklaşık olarak düğüm noktaları Şekil-12 'deki gibi olacaktır. Şekil 12 Parçanın genel eleman büyüklüğü atanmış hali Ana menüden Mesh/Part seçilerek ekranın alt kısmında belirecek Yes seçeneği seçilerek parçanın çözüm ağı Şekil-13 'deki gibi oluşacaktır. Şekil 13 Parçanın çözüm ağı Bir iş yaratmak ve yaratılmış bir işi çözüme vermek 12

13 13 Şu aşamada artık kirişin sonlu elemanlar modeli kurulmuştur. Diğer bir ifade ile artık model çözüme verilebilir. Bir iş ismi yaratmak ve çözüme vermek: 1. Bunun için ilk olarak modül Job 'a getirilir ve Create Job komutu alınır. Karşınıza çıkan Create Job iletişim penceresinde iş ismi olarak kiris_kati, ve model olarak da BEAM seçilerek Continue tuşuna tıklanır. Diğer tüm iş seçenekleri kabul edilir. Job Manager açılarak burada yaratılan iş ismi seçiliyken Submit komutuna tıklanarak iş çözüme verilir. Analiz sonuçlarını görme Job Manager kısmında işin yanında Status kısmı Completed olduğunda artık modelinizin çözümü bitmiştir demektir. Bu aşamadan sonra aynı monitörde Results komutu alındığında modül otomatik olarak Visualization modülüne gider ve çözüm dosyası açılır. 1. Bu işlem yapıldığında ilk olarak ekranda Şekil-14 deki gibi kiriş gözükür. Şekil 14 Modelin Fast-plot görüntüsü. Ana menüden Plot/Undeformed Shape seçeneği seçilirse modelin deforme olmamış şekli gözükür. Ana menüden Plot/Deformed Shape seçeneği seçilirse Şekil-15 'daki gibi modelin deforme olmuş şekli gözükür. 13

14 14 Şekil 15. Modelin deforme olmuş şekli. Ana menüden Plot/Contours seçeneği seçilirse Şekil-17 'deki gibi parça üzerinde basınç yüklemesi sonucunda oluşan von Mises gerilme dağılımı gözükecektir. 14