BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 9 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Transkript

1 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 9 COSMOSWORKS İLE ANALİZ Sunum içeriği: 1. Merkezkaç Kuvveti (Centrifugal Force) 2. Burkulma (Flambaj Analizi) 3. Doğal Frekans Analizi (Natural Frequencies) Merkezkaç Kuvveti: Dengesizlik (Unbalance) yükü altında çalışan makine elemanlarında dengesizliğin yol açtığı gerilmeler oluşur. Bu tip bir durum için CosmosWorks ile makine parçasına Centrifugal Force tanımı yapmak uygun olacaktır. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 1/9

2 Malzeme olarak AISI1020 Steel malzeme seçilir. Disk ortasındaki mil deliği fixed sınır şartı ile sınırlanır. Centrifugal Force uygulaması disk iç yüzeyi seçilerek belirlenen dönme eksenine açısal hız ve açısal ivme tanımı ile yapılır. Bu uygulamada saat ibresi yönünde 100 rad/s lik bir açısal hız verilerek dönüş hızı belirlenir. Dengesizlik sonucu oluşacak dengesizlik kuvveti dönüş hızının (rad/sn) karesi ile orantılıdır. F=meω 2. Burada m diskin toplam kütlesi, e ise diskin ağırlık merkezi ile dönme ekseni arasındaki mesafedir. İncelenen problemde bu mesafe 0.68 mm dir. 5 mm lik mesh boyutu tanımlanır ve analiz yapılır. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 2/9

3 Gerilme dağılımı. Yerdeğiştirme dağılımı. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 3/9

4 Burkulma (Flambaj) Analizi: Mühendislik yapılarının bir kısmı (Özellikle küçük kesit alanlarına ve büyük boylara sahip olanlar) burkulma yüklerine maruzdurlar ve kritik yük sınırı aşıldığında plastik şekil değiştirmeye (burkulma, flambaj) maruz kalırlar. CosmosWorks ile burkulma analizleri birkaç adımda gerçekleştirilebilir. Şekilde görülen kiriş 1 metrelik extrude mesafesi ile katı model oluşturulur. AISI1020 malzeme seçimi yapılara bir Study oluşturulur. Analiz tipi olarak Buckling analizi seçilir. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 4/9

5 Daha sonra kiriş üst yüzeyinden 1 N genliğinde bir kuvvet uygulanır. 8 mm lik mesh boyutu kullanılarak sonlu elemanlar ağı oluşturulur ve çözüm gerçekleştirilir. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 5/9

6 Analiz sonucu elde edilen Load Factor değeri 10x10x1000 mm 3 boyutlara sahip kirişin burkulmaya uğrayacağı kritik yük değeridir (Newton cinsinden). Burkulma yükü teorik olarak ince çubuklar için aşağıdaki formül ile de hesaplanabilir. F cr = 2 π E I 2 4L Burada E elastisite modülü, I alan atalet momenti (bh 3 /12), L ise kiriş boyudur. Doğal Frekans Analizi: Yapıların doğal frekanslarının tespiti tasarım aşamasında oldukça önemlidir. Özellikle harmonik zorlamalara maruz sistemlerde zorlama frekansı ile yapının doğal frekanslarının çakışması Rezonans adı verilen ve yüksek genlikli titreşimlerin oluştuğu bir durum ortaya çıkartır ki bu yapı güvenliği için olumsuz bir durumdur. Uygulama olarak 20x1.5x1000 mm 3 boyutlarındaki ankastre (fixed) bir aluminyum kirişin doğal frekansları belirlenecektir. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 6/9

7 Kiriş modeli oluşturulduktan sonra CosmosWorks ile Frequency seçeneği ile bir Study tanımlanır. Mesh boyutu olarak 6 mm seçilmiştir. Study üzerinde iken Mouse Sağ tuşu ile Properties komutundan kaç adet doğal frekans hesaplanacağı belirlenir. Yöntem olarak FFEPlus default yöntem olarak uygundur. Analiz sonrasında yapıya ait doğal frekanslar ve ilgili Titreşim Biçimleri (Mode Shapes) görüntülenebilir. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 7/9

8 İlgili titreşim biçimi seçildikten sonra sağ tuş Animate seçeneği ile animasyon yapılabilir. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 8/9

9 İstenirse animasyon bir AVI dosyası olarak kaydedilebilir. Gerek tek serbestlik dereceli sistemlerde, gerekse çok serbestlik dereceli sistemlerde doğal frekans formülasyonu k ω = n (rad/sn) dir. Ayrıca f m ω = 2π ile doğal frekans Hertz cinsinden de hesaplanabilir. Formülde k, ele alınan yapının direngenliğini, m ise kütlesini ifade etmektedir. Doğal frekans direngenlik ile DOĞRU, kütle ile TERS orantılıdır. Doğal frekans analizi, bir yapının direngenliğinin en düşük olduğu bölgelerin tesbiti için de kullanılmaktadır. Hafta 9-CosmosWorks ile Analiz 9/9