BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK (BDM) ÇALIŞMALARINDA İZLENECEK YOL HARİTASI

Transkript

1 BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK (BDM) ÇALIŞMALARINDA İZLENECEK YOL HARİTASI

2 BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK (BDM) ÇALIŞMALARINDA İZLENECEK YOL HARİTASI Her tür çalışmada olduğu gibi BDM çalışmalarında da tertip, düzen ve bunları sağlayacak bir yol haritası olması çalışma verimliliği açısından oldukça önemlidir. Ayrıca her aşamada yapılan faaliyetleri ve alınan kararları gösteren resmi nitelikte belgelerin hazırlanması gerek sürecin takip edilmesi, gerekse etik açıdan faydalıdır. BDM çalışmalarında izlenmesi gereken genel yol haritası ve hazırlanması faydalı belgeler bu kısımda açıklanmıştır. Ders içindeki örneklerin hepsinde bu yol haritası takip edilmiştir. Yol haritasının daha iyi anlaşılabilmesi için örnek bir endüstriyel problem seçilmiş ve tüm aşamalar bu örneğe göre ayrıca açıklanmıştır.

3 BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK (BDM) ÇALIŞMALARINDA İZLENECEK YOL HARİTASI BDM çalışmalarında izlenmesi gereken yol haritası aşağıdaki 3 ana aşamadan oluşmaktadır. Herbir aşama adımlardan oluşur. Herbir aşamada hazırlanması tavsiye edilen raporlar vardır. Çalışmanın seyrini takip edebilmek için, bir dosya ayrılıp, her bir aşamayla ilgili raporları sırasıyla bu dosyaya koymakta fayda vardır. 1 - İnceleme Aşaması: Toplam 4 adım, 1 rapor 2- Analiz ve Değerlendirme Aşaması: 9 Adım, 1 Rapor 3- Geliştirme ve Yargı Aşaması: 3 Adım, 1 Rapor Yol Haritası Toplam 16 Adım ve 3 Rapor dan oluşmaktadır. 3

4 BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK (BDM) ÇALIŞMALARINDA İZLENECEK YOL HARİTASI İnceleme Aşaması: Analiz öncesi yapılması gereken faaliyetleri ihtiva eden bu aşama BDM çalışmalarının çok önemli bir aşamasıdır. Zira bu aşamanın doğru geçilmesi ile BDM çalışmaları doğru istikamette devam edecektir. Bu aşamada amaç problemin veya uygulamanın tam manasıyla anlaşılması, analiz tipi ve inceleme şekline karar verilmesidir. Bu amaca ulaşmak sadece bilgi edinme faaliyetleri ve beyin fırtınası toplantıları yapılır; herhangi bir hesaplama, analiz veya ölçüm yapılmaz. ı Şimdi bu aşamadaki adımları sırasıyla ele alacağız:

5 BDM Yol Haritası / İnceleme Aşaması : İnceleme Faaliyetleri a-) Her şeyden önce tasarlanacak sistemin veya incelenecek problemin iyice anlaşılması gerekir. Bunun için gerekirse çeşitli bilgilendirici sunumlar, teknik geziler veya benzer aktiviteler yapılmalıdır. b- ) Sonra problem veya uygulama en az bir cümle ile tanımlanmalı ve çalışmanın başlığı belirlenmelidir. (Bu başlık çalışma dosyasının ismini teşkil edeceğinden bir kapak halinde hazırlanıp, dosyanın en başına koyulmasında fayda vardır.) 5

6 BDM Yol Haritası / İnceleme Aşaması 1.ADIM : İnceleme Faaliyetleri -Örnek: A şirketinin kamyonların jantlarının bazılarında çatlamaların olduğu ve bu durumun iş akışını aksattığı görülmüştür. Bu problem jantın üreticisi fabrika tarafından çözülmek istenmektedir. BDM Probleminin Tanımı: A Şirketinin Kamyonlarının Jantlarında Görülen Hasarlar 6

7 BDM Yol Haritası / İnceleme Aşaması 2.ADIM : İnceleme Toplantıları Bu adımda diğer çalışma arkadaşlarımızla birlikte, 1. adımda edinilen bilgiler ışığında, beyin fırtınası havasında inceleme toplantıları yapılır. Amaç İnceleme Şekline doğru karar verebilmektir. İnceleme Toplantılarda, İncelenen endüstriyel problemin veya uygulamanın muhtemel sebepleri tartışılır. Henüz üretilmemiş yeni bir ürün için ise muhtemel problemler ve sebepleri tartışılır. 7

8 BDM Yol Haritası / İnceleme Aşaması 2.ADIM : İnceleme Toplantıları Toplantılar sırasında 1. adımdaki bilgilerin dışında ek bilgilere gerek duyulabilir. Bu bilgiler için 1.adıma geri dönüp yeni bilgi edinme faaliyetleri yapılabilir. Daha sonra toplantılara devam edilir. Toplantı sonunda bir rapor hazırlanmalıdır. 8

9 BDM Yol Haritası / İnceleme Aşaması 3.ADIM : İnceleme Raporu İnceleme Toplantılarının Seyri, Tartışılan Konular, Muhtemel Sebepler ve Karar Verilen İnceleme Şekli nin yer alacağı bir rapor hazırlanmalıdır. Örnek (Devam): Jant problemi için İnceleme Raporu 9

10 BDM Yol Haritası / İnceleme Aşaması 4.ADIM-Temel Bilgilerin Gözden Geçirilmesi İnceleme şekline karar verildikten sonra yapılması düşünülen analizin, temel ve teorik çözümlerinin iyice kavranmış olması gerekir. Bunun için kaynak kitaplar incelenebilir. Aksi taktirde gerek analizlerde, gerekse sonuçların yorumlanmasında bariz hatalar yapılması muhtemeldir. Örneğin; Jant probleminde yorulma analizi yapılacaksa mukavemet kitaplarından yorulma konusunun iyice incelenmesi ve konuya hakim olunması gerekir. 6. Adımdaki BDM açısından yapılabilecek kolaylıklarda analiz tipinin değişmesi sözkonusu olabilir. Buna karar vermek için de yine teorilerin kavranmış olması gerektiği gözden kaçırılmamalıdır. 10

11 ANALİZ VE DEĞERLENDİRME AŞAMASI (5-13.Adımlar) Bu aşama, bilgisayar başında modelleme, çözüm, grafik oluşturma, değerlendirme gibi faaliyetlerle geçer. 9 adım, 1 rapordan oluşur. Öncelikle yapacağımız analizlere uygun bir analiz programı seçilmeli ve bilgisayarlarımıza kurulmalıdır. Gerektiği zaman çalışmaların seyri hakkında ekip arkadaşlarıyla bilgisayar başında küçük değerlendirmeler yapılmalıdır. Planladığımız tüm analizleri tamamlayıp değerlendirmeleri sona bırakmak doğru değildir. Zira herhangi bir adımda yapılan küçük bir hata dahi, tüm analizleri baştan yapmamıza sebep olur. Bu nedenle ilk bir veya birkaç analizin tamamen doğru olduğuna emin olunduktan sonra diğer analizlere geçmek gerekir. Hatta ilk analiz(ler)in doğruluğu mümkünse deneysel çalışmalarla, teorik hesaplamalarla veya daha farklı yöntemlerle desteklenmeli, doğruluğuna emin olunmalı ve ondan sonra diğer analizlere geçilmelidir. Bu aşama sonunda Değerlendirme Raporu isminde bir rapor hazırlanır. Aşağıda bu aşamada geçilmesi gereken adımlar sırasıyla anlatılmıştır: 11

12 5.ADIM-BDM Açısından Yapılabilecek Kolaylıklar ve Basitleştirmeler Analizlere başlamadan önce BDM açısından yapılabilecek kolaylıklar ve basitleştirmeler iyice düşünülmelidir. Bunlar sayesinde analizler daha kolay ve hızlı gerçekleştirilebilmektedir. Örneğin, Geometri, yük, malzeme ve sınır şartlarının simetrikliğinin söz konusu olduğu uygulamalarda, geometrinin tamamının değil simetrik yarısının veya çeyreğinin modellenmesi yeterli olabilmektedir. Geometrik modelde yapılabilecek bu gibi kolaylıklar sayesinde, analizlerde yeterli seviyede eleman ve düğüm sayısına ulaşılması sağlanabilmekte ve daha hassas çözümler elde edilebilmektedir. Bununla birlikte görsellik açısından tüm modelin kurulmasının daha avantajlı olduğu söylenebilir. Bu gibi kolaylık ve basitleştirmeler kitap içindeki örneklerde yeri geldiğinde anlatılmıştır. 12

13 6.ADIM Geometrik Modelin Kurulması İncelenen sistemin tamamının, belli bir bölgesinin veya bir parçasının bilgisayar ortamına aktarılması ve görüntülenmesi gereklidir. Model ismini verdiğimiz bu sanal nesne, analizlere uygun bir geometri olup en genel manada 3 boyutlu bir katıdır. Bununla birlikte model, 3 boyutlu kabuklardan (shell), 2 boyutlu alanlardan (plane) veya çizgilerden (line) oluşturulabilir. a- Montaj (Assembly): Model birden fazla parçadan oluşuyorsa, herbir parçayı ayrı ayrı modellemek ve sonra birbirlerine monte etmek mümkün olabilmektedir. Birçok paket program ve özellikle CAD programlarında montaj işlemi yapılabilmektedir. Montajda önemli olan temas edecek yüzeyler arasında geometrik açıdan bir uyumun bulunmasıdır. Örneğin bir cıvata, somuna monte edilecekse, cıvata diş bölgesi yüzeyleriyle, somun paso yüzeyleri boyutları aynı olmalıdır ki tam montaj sağlansın. 13

14 6.ADIM Geometrik Modelin Kurulması b- Taratma (Scan) : İncelemek istediğimiz geometrinin üretilmiş bir prototipi veya aynısı cisim halinde elimizde varsa, bu cisim özel programlar vasıtasıyla taratılabilir ve sanal ortama model olarak aktarılabilir. Özellikle karmaşık geometriler için bu yol oldukça pratiktir. Bu yöntemin bir dezavantajı ise, montaj yapılacak birden fazla parça ayrı ayrı taratıldığı zaman, ortak yüzeylerin tarama sırasında birbirleriyle bire bir örtüşmemeleri ve montaj işleminde problemler yaşanabilme ihtimalidir. c- Aktarma: Geometrik modeli farklı bir programda kurup uygun bir uzantı (.igs, parosolid., vb) ile kaydetmek ve farklı bir analiz programına aktarmak da mümkündür. Özelikle geometrisi karmaşık olan sistemlerde, modelleme açısından kullanıcıya daha kolay gelen CAD programları tercih edilebilmektedir. Örnek(Devam): Jantı simetrik yarı katı modeli aşağıdaki gibi kurulmuştur. Dış kısımdaki jant flanşı ile iç kısımdaki tekerlek diski ayrı ayrı modellenerek birbirlerine monte edilmiştir. Temas yüzeyleri birbirine tamamen yapışık (bonded) şeklinde montaj yapılmıştır. 14

15 7.ADIM Elemanlara Ayırma (Meshing ) Sonlu Elemanlar Metodu na göre oluşturulan geometrik modelin, daha küçük düzgün geometrik elemanlara ayrılması gerekir. Sonlu Eleman veya sadece eleman (element) ismi verilen bu küçük ve düzgün geometrideki parçalar birbirlerine düğüm (node) ismi verilen noktalardan bağlıdır. Sonlu Elemanlar Metodu nda dış yükler önce düğümlere dağıtılmakta ve seçilen eleman tipine göre kabul edilmiş fonksiyonlara ve malzeme özelliklerine göre ilgili sonuçlar hesaplanmaktadır. 15

16 7.ADIM Elemanlara Ayırma (Meshing ) a- Eleman Tipi : Paket programlarda her analize ve modele uygun eleman tipleri vardır. Elemanlar birbirlerinde geometri ve serbestlik derecelerine göre farklılık gösterirler. Model geometrisi 3 boyutlu bir katı ise solid elemanlar, 3 boyutlu bir kabuk ise shell elemanlar, 2 boyutlu bir alan ise plane elemanlar, 2 veya 3 boyutlu çubukların birleştirilmesiyle oluşturulmuş ise beam elemanlar kullanılır. 16

17 7.ADIM Elemanlara Ayırma (Meshing ) b-serbestlik Dereceleri (Degree of Freedoms): Tanım: Serbestlik Derecesi mekanik anlamda, bir cismin sahip olduğu bağımsız hareketlerin sayısı olarak isimlendirilebilir. Dış yüklerin etkisine maruz bir cisim, x,y,z yönlerinde 3 bağımsız ötelenme (ux,uy, uz), 3 bağımsız dönme (rotx, roty, rotz) serbestiyene sahip olabilir. Bu durumda serbestlik derecesi 6 dır. Cisme dış yüklerin yanısıra ısı akısı verilirse, sıcaklığı da bağımsız olarak artar ve sıcaklık da cismin bir serbestiyeti olur. Bu durumda toplam 7 serbestlik derecesi olur. 17

18 7.ADIM Elemanlara Ayırma (Meshing ) b-serbestlik Dereceleri (Degree of Freedoms): Analizlerin yapılabilmesi için, seçilen elemanın serbestlik dereceleri (Degrees of Fredoom) ve serbestlik derecesi cinsi, probleme uygun ve sınır şartlarını uygulayabilecek nitelikte olmalıdır. Örneğin sadece dış yüklerin etkisine maruz kalacak statik bir katı sistemde, gerilme değerlerini görebilmek için, düğüm noktalarının deplasman (ux, uy, uz) ve dönme (rotx, roty, rotz) serbestliklerinin olması gereklidir. Paket programın içindeki solid elemanlar içinden bu serbestliklere sahip bir eleman tipi seçilmelidir. Bu şekilde, örneğin modeldeki bir bölgeye ankastre sınır şartı vermek ancak mümkün olabilir. Serbestlik derecesinde sadece sıcaklık (temperature) olan bir eleman tipi seçilirse, bu eleman tipi ile gerilme analizi yapmamız mümkün değildir; sadece sıcaklık dağılımları görülebilir. Isıl gerilme analizi yapabilmek için ise serbestlik derecelerinde deplasman ve dönmelerin yanısıra sıcaklığın da bulunması gereklidir. Analiz programında eleman tipi kullanıcı tarafından seçilecekse yukarıdaki bu noktalara çok dikkat edilmelidir. 18

19 7.ADIM Elemanlara Ayırma (Meshing ) b-serbestlik Dereceleri (Degree of Freedoms): Bununla birlikte birçok paket programda modelin kurulması ve analiz tipinin seçilmesi yeterli olmakta ve buna göre program eleman tipini otomatik olarak belirlemekte ve elemanlara ayırma işlemini otomatik olarak gerçekleştirmektedir. Örneğin, 3 boyutlu katı model oluşturulduktan sonra, analiz tipi yapısal analiz (static structural) olarak programdan seçilirse, program solid eleman tipleri içinden deplasman ve dönme serbestliklerine sahip bir eleman tipini otomatik olarak seçer ve elemanlara ayırma işlemini bununla yapar. Örnek (devam): Jantı simetrik yarı katı modeli kurulduktan sonra, yapısal (structrual) analiz tipi seçilmiş, program buna uygun eleman tipini (tetragonal) otomatik olarak seçmiş ve modeli otomatik olarak elemanlara ayırmıştır. 19

20 c- Elemanların ve Düğümlerin Sayısı 7.ADIM Elemanlara Ayırma (Meshing ) Bazı durumlarda eleman ve düğüm sayısının çok fazla olması analiz süresine uzatabilmekte, bilgisayar kapasitesini zorlayabilmekte ve hatta analizin yapılamamasına sebep olmaktadır. Sonuçların hassasiyeti açısından eleman ve düğüm sayısının belli bir optimum değerin altında da olmaması gerekir. O halde bu gibi özel durumlarda bu optimum değerin belirlenmesi önemlidir. Bu değer genelde deneme-yanılma yoluyla belirlenir. Özellikle karmaşık geometrilerde, iterasyon gerektiren ve adım adım sonuçların kaydedildiği zamana bağlı analizlerde bu tip sorunlar karşımıza çıkabilmektedir. Kullanıcı tarafından eleman ve düğüm sayısını değiştiren bazı ayarlar da programlarda yapılabilmektedir. Sonuçların hassasiyet gerektirdiği bölgelerde, mesela iki malzeme arayüzeyinde eleman ve düğüm sayısı daha fazla, diğer bölgelerde daha az tutulabilir. 20

21 8.ADIM Analiz Girdileri a- Sınır Şartları (boundary conditions) b- Dış yükler, (loads) c- Malzeme Özellikleri (material properties), olarak gruplandırılan, analiz girdilerinin elemanlara ayrılmış geometrik modelin üzerine uygulanması gerekir. Bunlar paket programların ilgili menülerinden sırasıyla uygulanır ve model çözüme hazır hale getirilir. 21

22 a- Sınır Şartları (Boundry Conditions) 8.ADIM Analiz Girdileri BDM faaliyetleriyle incelediğimiz sistemin çalışma şartlarını sanal ortamda da doğru tanımlamak sonuçlar açısından son derece önemlidir. Aksi halde sonuçlarda bariz yanlışlıklar olması kaçınılmazdır. İşte bu tanımlama model üzerine getirilecek kısıtlamalarla sağlanır ki, buna sınır şartları denir. 22

23 a- Sınır Şartları (Boundry Conditions) 8.ADIM Analiz Girdileri Modeli oluşturan herbir elemandaki herbir düğümün belli serbestlik dereceleri (degrees of fredoom) vardır. Örneğin, yapısal analizlerde bir düğüm noktası 3 eksende ötelenme (Ux, Uy, Uz) ve 3 eksen etrafında dönebilme (Rotx, Roty, Rotz) serbestliğine sahiptir. 8. adımında anlatıldığı gibi, eleman tipi ve serbestlik dereceleri analiz tipine uygun olmalıdır. Bir düğüme hiçbir kısıtlama getirilmemesi, düğümün kendi serbestlik derecelerinin tümünde serbestçe hareket etmesine izin veriliyor anlamını taşır ve program bu gibi düğümleri bu şekilde algılar. Ancak model üzerinde belli bölgelerdeki düğümlerin serbestliklerinin bir kısmı veya tamamı kısıtlanarak çalışma şartları sanal ortamda tanımlanmış olur. 23

24 a- Sınır Şartları (Boundry Conditions) 8.ADIM Analiz Girdileri Örneğin, bir kapının çalışma şartlarındaki hareket serbestlikleri, sadece açılması ve kapanması olduğunu düşünelim. Kapının üzerine sabitlenmiş ve menteşe yuvalarına geçen pimlerin de modelde yer aldığını ancak menteşelerin ayrıca modellenmediğini düşünelim. Bu durumda kapının açılıp kapanma serbestliği, pimlerin yüzeyindeki düğümlerin, pim ekseni (z) doğrultusunda dönmesine (Rotz) izin verilmesiyle sağlanır. Sonuç olarak, model üzerinde menteşe bölgesindeki düğümlerin x ve y doğrultularındaki ötelenme ve dönmesi, z doğrultusunda ise sadece ötelenmesi sıfır alınarak (Ux = Uy = Uz = Rotx = Roty = 0). 24

25 a- Sınır Şartları (Boundry Conditions) 8.ADIM Analiz Girdileri İncelenen sistemin bir veya birkaç parçası modellenebilir ancak, modellenmeyen parçaların etkisi, bağlantı bölgelerindeki sınır şartlarıyla sağlanmalıdır. Üstteki kapı örneğinde kapının sabit kasası ve menteşeler modellenmemiştir. Üstte verilen sınır şartları sayesinde bu parçaların etkileri kapı modeline yansıtılmıştır. Örneğin, bir trafik levhasının sınır şartı zemine gömülü bölgesinden ankastre olması ve bu bölgedeki tüm düğümlerin deplasman ve dönmeleri sıfır alınmasıdır. Bir odanın ortasında kalmış kolonun sınır şartı ise, zemin ve tavana bağlı olduğu bölgelerden ankastre olmasıdır. Örnek (devam): Jantın diğer aksamlara bijonlarla bağlandığı tekerlek diskinin iç yüzeyi ve bijon deliği iç yüzeylerinden (resimdeki mavi yüzeyler) sabitlenmiştir. Yani alttaki resimdeki F1 ve F2 yüzeylerinden ankastre yapılmıştır. (ux = uy = uz = rotx = roty = rotz =0) 25

26 8.ADIM Analiz Girdileri b- Malzeme Özellikleri (Material Properties) Analiz tipine ve hesaplanacak değerlere göre, gerekli olan malzeme özelliklerinin tümünün modele atanması gerekir. Bu özelliklerden birisinin eksik olması analizlerin yapılamaması sonucunu doğurur. Bugün için birçok analiz programının veritabanında, endüstride kullanılmakta olan malzemelerin birçoğu, mekanik, ısıl, elektriksel ve diğer tüm özellikleriyle birlikte kayıtlıdır. Programdan bu malzemeler geometrik modeldeki parçalara atanabilmektedir. Analiz tipine göre program gerekli malzeme özelliklerini seçip analizlerde kullanmaktadır. Bu durumda program kullanıcısı, hangi malzeme özelliklerinin hesaplamalarda kullanılacağını bilmesine gerek kalmadan analizleri yapabilmektedir. 26

27 8.ADIM Analiz Girdileri b- Malzeme Özellikleri (Material Properties) Ancak BDM çalışmalarında kendisini geliştirmek isteyen bir kişinin herbir analiz tipi için hangi malzeme özelliklerinin gerekli olduğunu, hangilerinin gerekli olmadığını bilmesi son derece önemlidir. Programın veritabanında olsun veya olmasın bir mühendisten gerekli malzeme özelliklerini mutlaka bilmesi istendiği unutulmamalıdır. Ayrıca veritabanında kayıtlı olmayan yeni geliştirilmiş bir malzeme kullanılacağı zaman, kullanıcının analiz tipine göre hangi malzeme özelliklerine ihtiyaç olduğunu bilmesi mutlaka gerekmektedir. Malzemelerin mekanik davranışlarına göre sınıfları için tıklayınız. 27

28 b- Malzeme Özellikleri Sıcaklık Etkisi 8.ADIM Analiz Girdileri Malzemelerin özellikleri ve mekanik davranışı sıcaklığa bağlı değişim gösterebilir. Örneğin bir kısım seramikler oda sıcaklığından 550 C civarına kadar lineer elastik, 550 C den 650 C ye kadar viskoelastik, 650 C den yukarıda viskoplastik davranış gösterir. Malzeme özellikleri (E, n, a,.. vb.) sıcaklığa bağlı olarak değişir. Sıcaklıkların etkin olduğu durumlarda analizlerin doğru yapılabilmesi için, sıcaklık faktörünün bu etkileri mutlaka göz önüne alınmalı ve malzeme özellikleri ve davranışları doğru şekilde tanımlanmalıdır. Paket Programlarda malzeme özelliklerinin sıcaklığa bağlı değerleri girilebilmektedir 28

29 b- Malzeme Özellikleri Örnek (devam): 8.ADIM Analiz Girdileri Jantın Malzemesi Paslanmaz Çelik Alaşımıdır. Yapılacak analiz ise yapısal gerilme analizleri ve ardından yorulma analizleridir. Buna göre gerilme analizleri için, Elastisite modülü (E =200GPa), poisson oranı ( n =0.3 ) alınmıştır. Jant malzemesinin akma gerilmesi aşılmadığı öngörülerek plastik bölge eğrisinin girilmesine gerek duyulmamıştır. Ancak analizlerden elde edilen maksimum eşdeğer gerilmenin akma gerilmesinden küçük olduğu görülmeli ve plastik bölgeye gerek olmadığı kabulü ispatlanmalıdır. Bundan sonra yapılacak olan yorulma ömrü analizleri için ise, yorulma karekterizasyonu gösteren (Wöhler eğrisi) malzeme özelliği olarak girilmelidir.. Ancak wöhler eğrisi ortalama gerilmeye göre farklılık gösterir. Bu nedenle gerçek ömür dağılımını elde edebilmek için, herbir noktaya özel ayrı ayrı wöhler eğrisi tanımlanması gerekir ki bu da çok zor hatta imkansızdır. Bunun yerine en kritik noktanın wöhler eğrisi tüm noktalara tanımlanır. Bu durumda diğer noktalar için daha kritik bir durum incelenmiş olur. Bu kabule göre yapılan analizler sonucunda kritik nokta hariç diğer noktalarda yeterli ömür çıkıyorsa, gerçek durumda daha fazla ömür çıkacaktır 29

30 c-dış Yükler 8.ADIM Analiz Girdileri Elemanlara ayrılan model üzerine, çalışma şartlarında etki eden dış yükler uygulanmalıdır. Dış yüklerin cinsi, analiz tipine göre farklılık gösterir. Bir yapısal analizde dış yükler, kuvvet, basınç, moment veya yerdeğiştirme olabilmesine rağmen, bir ısıl analizde, sıcaklık veya ısı akısı olabilir. Dış yükler düğümlere uygulanabildiği gibi, model üzerindeki noktalara, çizgilere, alanlara da uygulanabilmektedir. Örnek (devam): : Jantın alt kısmına düzgün olmayan yayılı yük uygulanmıştır. Zira tekerlek zemine tek noktadan değil yayılı bir alandan temas etmektedir. Bu yük homojen bir şekilde dağılmaz. F = A.Cos(x) şeklinde bir dağılım gösterir. Bu yükün şiddeti ise kamyonların tam dolu durumundaki toplam ağırlığından, arka tekerleklere düşen ağırlığın yarısı olarak alınmıştır. Arka tekerlere düşen kısmı ise kamyon geometrisi, toplam yükün ağırlık merkezi esas alınarak statik denge denklemleriyle ortalama olarak bulunmuştur. 30

31 9.ADIM Program Ayarları Çözüm yaptırmadan önce analiz tipine göre bazı programlarda özel ayarların yapılması gerekebilir. Örneğin zamana bağlı ısıl analizlerde toplam zaman ve adım aralığı kullanıcı tarafından ayarlanır. Bazı eleman tiplerinin dönel simetrik versiyonları, yine kullanıcı tarafından aktif hale getirilmesi gerekmektedir. Tüm girdilerin ve ayarların doğru girildiğinden emin olunduktan sonra çöz komutuna basılarak programın otomatik olarak çözüm yapması sağlanır. 31

32 10.ADIM Çözüm (Solve) Modelleme, elemanlara ayırma, analiz girdilerini uygulama ve program ayarları aşamalarından sonra çözüme hazır hale getirilen modelde, çöz (solve) veya benzer anlama gelen bir komutla programın otomatik olarak çözüm yapması sağlanır ve sonuçlar otomatik olarak hesaplanır. Bu sonuçlar her bir düğüm için listelenebileceği gibi, dağılımları ekrandan model üzerinde renkli olarak da görülebilmektedir. Örnek (devam): Jantın gerilme ve yorulma analizinden elde edilen bazı sonuçların dağılımı aşağıda gösterilmiştir. 32

33 11.ADIM (İlk ) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Bu adımda, yapılan öncelikle ilk analizlerin sonuçları değerlendirilir ve bu sonuçları destekleyecek daha farklı faaliyetler yapılır. Aslında en ideal durum yapılan tüm analizlerin desteklenmesidir. Ancak bunu sağlamak çok kolay değildir ve uzun çalışmalar gerektirebilir. Öncelikle ekip arkadaşlarımızla birkaç kez değerlendirme toplantıları yapılması çok faydalıdır. Analizler sonunda karşımıza birçok sonuç çıkacaktır. Ancak önemli olan bunlar içinden hangi sonuçların dikkate alınacağını bilmektir. Örneğin, yapısal gerilme analizinde, sünek malzeme kullanılmışsa, von-mises gerilmeleri yorumlanmalıdır. Bu temel bilgiyi bilmeyen veya unutmuş olan bir öğrenci veya mühendis, karşısına çıkan birçok gerilme çeşidi içinde yanlış tercihler yaparak yanlış yönlendirmelerde bulunabilir ve faydadan çok zarara yol açabilir. 33

34 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi İlk analiz(ler) yapıldıktan hemen sonra şu 3 soru mutlaka cevaplandırılmış olmalıdır: Soru-1: Çıkan Sonuçlar Mantıklı mı? (Mâkul sınırlar içerisinde mi? ): İlk analiz(ler) yapıldıktan sonra, öncelikle çıkan sonuçların mantıklı olup olmadığı kontrol edilmelidir. Sonuçlar makul seviyelerde değilse, analiz girdileri tekrar gözden geçirilmelidir. Örneğin gerilmeler 5000 MPa gibi bir değer çıkarsa hiçbir malzemenin bu gerilme şiddetine dayanamayacağı bilinmeli; tasarımımızda, modelimizde veya analiz girdilerinde mutlaka bir hata yapıldığı düşünülmelidir. Malzeme özelliklerinin birimlerinin birbirine uymaması veya bir malzeme özelliğinin yanlış yazılmış olması sonuçları aşırı noktalara taşıyabilir. Örnek (devam): Jantta statik analizler sonucunda bulunan gerilmeler akma gerilmesinin altında ve makul sınırlar içinde çıkmıştır. 34

35 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 2: Çıkan Sonuçların Doğruluğunu Nasıl Destekleyebilirim? Sonuçların mantıklı ve makul değerler içinde çıkması, kesin olarak doğru olduğu anlamına gelmez. Zira mantıklı ve makul diyebileceğimiz sınır aralığı çok geniştir. 100MPa lık bir gerilme değeri mantıklı ve makûldur, 200 MPa bir değer de mantıklı ve makul kabul edilebilir. Ancak aralarında çok fark vardır. Fark edilememiş ve BDM çalışmalarına yansıtılamamış bazı etkenler sebebiyle sonuçların gerçek değerlerinden uzak olması muhtemeldir. Bu nedenle iyi bir mühendis bulduğu sonuçları mantıklı görse bile, doğru olduğunu hemen kabul etmemeli ve bu sonuçları farklı şekillerde destekleme yoluna gitmelidir. Örnek (devam): Jantta statik analizler sonucunda bulunan gerilmeler akma gerilmesinin altında ve makul sınırlar içinde çıkmıştır. 35

36 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 2: Çıkan Sonuçların Doğruluğunu Nasıl Destekleyebilirim? Destekleme Şekilleri : Analiz Sonuçlarını, farklı yöntemlerle destekleme şekilleri vardır. Bunlar önem derecelerine göre aşağıda kısaca izah edilmiştir. a- Deneysel Ölçümlerle Karşılaştırma En iyi ve en çok kullanılan destekleme şeklidir. İncelenen sistemde, çalışma şartlarında yapılacak deneysel ölçümler ile analizlerden elde edilen sonuçların birbirleriyle uyuşması durumunda, analiz sonuçlarının doğruluğu çok önemli seviyede desteklenmiş olur. Bu şekilde BDM çalışmamızın kalitesi ve güvenirliliği artar. Nitekim akademik çalışmaların yayınlandığı hakemli dergilerde de analiz sonuçlarının farklı şekillerde desteklenip desteklenmediğine büyük önem verilmektedir. 36

37 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 2: Çıkan Sonuçların Doğruluğunu Nasıl Destekleyebilirim? Destekleme Şekilleri (Devam) a- Deneysel Ölçümlerle Karşılaştırma (Devam): Tüm sonuçların, deneysel ölçümlerle desteklendiği bir çalışma ideal bir durumdur. Ancak analiz sayısının ve sonuç çeşitliliğinin fazla olduğu çalışmalarda bunu başarmak kolay değildir. Çünkü çok fazla deney yapmak gerekir. Bu gibi durumlarda hepsi yapılamasa bile, bazı analizlerdeki, bazı önemli sonuçlar deneysel ölçümlerle desteklenebilir. Böylelikle çalışmamızın doğruluğuna ve güvenirliliğine önemli bir katkı yine de sağlanmış olur. Bazı sonuçların deneysel ölçümü mümkün, bazıların ki mümkün olmayabilir. Mümkün olanların ölçülmesiyle, diğerlerinin doğruluğu kısmi olsa da desteklenmiş olur. Örneğin çok yüksek sıcaklıkların söz konusu olduğu, geometrisi düzgün olmayan küçük bir parçada gerilmeleri deneysel olarak ölçmek oldukça zordur, ancak bazı noktalardan sıcaklık ölçümü yapmak mümkündür. Analizlerden bulunan sıcaklık değişim grafiklerinin, deneysel sıcaklık değişim grafiklerine yakın olması, gerilmelerin de gerçeğe yakın olduğunu kısmen destekleyecektir. Yeni ürünlerin ilk prototiplerine deneysel ölçümler uygulanarak analiz sonuçlarıyla karşılaştırılmalıdır. 37

38 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 2: Çıkan Sonuçların Doğruluğunu Nasıl Destekleyebilirim? Destekleme Şekilleri (Devam) b- Teorik Hesaplamalarla Karşılaştırma: Özellikle düzgün geometriye sahip parçalarda teorik hesaplamalar yapmak mümkündür. İncelediğimiz geometri düzgün olmasa bile, bu geometriye en yakın düzgün bir geometri seçilerek teorik hesaplamasından elde edilen sonuçlar, aynı düzgün geometrinin analizinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılabilir. Sonuçların birbirini tutması analiz adımlarımızın ve girdilerimizin doğru olduğunu destekleyecektir. Bundan sonra incelediğimiz gerçek geometrik model üzerinde çalışmalarımızı yoğunlaştırmamız ve daha emin adımlarla ilerlememiz mümkündür. 38

39 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 2: Çıkan Sonuçların Doğruluğunu Nasıl Destekleyebilirim? Destekleme Şekilleri (Devam) c- Gözlemlerle Karşılaştırma: Çalışma şartlarında yapılan gözlemler ve tespitlerle sonuçlarımızın uyuşması ayrı bir destekleme şeklidir. Örneğin sürekli kırılan bir parçada, kırılma bölgesi gözlemlerle belirlenir. Analizlerde maksimum gerilmelerin kırılma bölgesinde çıkması, çalışmamızı özellikle sınır şartları ve yükleme şekli açısından destekler. Yeni ürün tasarımlarında ise elimizde henüz ürün olmadığı için böyle bir gözlem yapmak mümkün olmaz. Örnek (Devam) : Kamyonun maksimum yüklü konumunda jantın üzerindeki çeşitli noktalardan yapılan deneysel ölçümlerden elde edilen gerilmelerle, statik analizlerde aynı noktalar için bulunan gerilmeler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Gerilmelerin birbirlerine yakın değerlerde çıktığı görülmüştür. Ayrıca yapılan gözlemlerle jantlardaki kırılma bölgeleri tespit edilmiş ve statik analizlerde maksimum gerilmelerin bu bölgelerde çıktığı, yorulma analizlerinde ise en düşük ömürlü bölgelerin yine bu bölgeler olduğu görülmüştür. Bu şekilde 2 yönden analiz sonuçlarımız desteklenmiştir. 39

40 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 2: Çıkan Sonuçların Doğruluğunu Nasıl Destekleyebilirim? Destekleme Şekilleri (Devam) d- Benzer Çalışmalarla Karşılaştırma: Çalışmamızla aynı konuda, daha önce yapılmış benzer çalışmalar olabilir. Bu çalışmalarda elde edilen sonuçların, bizim sonuçlarımıza benzer olması çalışmamızı destekleyecektir. Sonuçların farklı olması ise bizim sonuçlarımızın mutlaka yanlış olduğu anlamına gelmez ancak yine de sonuçlarımızdan şüphelenmemizi gerektirir. Uluslar arası hakemli ve kaliteli bir dergide yayınlamış benzer bir çalışmadaki sonuçlarla, bizim çalışmamızdaki sonuçların benzerlik göstermesi çalışmamız açısından önemli bir destek oluşturur. Analizlerden önce yapılacak iyi bir literatür taraması sayesinde, çalışmamıza yakın diğer çalışmaları bulabilir, yöntem açısından da çalışmamıza yön verebilir ve sonuçlar açısından da karşılaştırmalar yapabiliriz. e- Diğer Destekleme Şekilleri: Analiz sonuçlarımızın doğruluğunu destekleyecek daha farklı ve probleme özel yöntemler olabilir veya şartlara göre yeni yöntemler geliştirilebilir. 40

41 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 3: Sonuçları Nasıl Yorumlarım? (Devam) Örneğin, bir yapısal analizde, 6 farklı gerilme bileşenleri ( s x, s y, s z, t xy, t xz, t yz ), 3 farklı asal gerilme (S 1, S 2, S 3 ), Von-Mises gerilmeleri (s vm ), Maksimum kayma gerilmeleri (t max ) karşımıza çıkar. Bu gerilmelerden hangilerini esas almamız gerektiğini bilebilmemiz, mukavemet derslerinde anlatılan akma ve kırılma kriterleri konusunu kavramış olmamıza bağlıdır. İyi bir mühendis veya araştırmacı, incelenen yapıdaki sünek (şekil alabilir) malzemeler için Von-Mises veya maksimum kayma gerilmelerini (Tresca kriteri), gevrek (kırılgan) malzemeler için asal gerilmeleri içeren coulomb veya mohr kriterlerini esas alması gerektiğini bilir ve sonuçları bunlar üzerinden değerlendirerek, BDM çalışmalarının hedefine, doğru şekilde ulaşmasını sağlar. 41

42 11.ADIM (İlk) Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi Soru- 3: Sonuçları Nasıl Yorumlarım? (Devam) Farklı analiz tiplerinde, daha farklı tipte sonuçlar karşımıza çıkar ve her bir sonuç kümesinden en doğrularını seçip yorumlamamız gerekir ki, bu nokta da temel mühendislik bilgilerimizin ne derece önemli olduğu anlaşılır. Sonuçları daha iyi yorumlayabilmek ve anlaşılmasını kolaylaştırmak için, çeşitli grafiklerin çizilmesi veya renkli dağılımlarının model üzerinde incelenmesi çok faydalıdır. Paket programların hepsinde bu tip özellikler bulunur. Örnek (Devam): Jant malzemesi paslanmaz çeliktendir ve sünek (şekil alabilir) özelliğe sahiptir. Bu nedenle bu tip malzemeler için çok iyi bir kriter olan Von-Mises kriteri esas alınmış ve jant üzerindeki von-mises (eşdeğer - equvialent) gerilme dağılımları incelenmiştir. Yorulma analizlerinde de bir noktada çatlak oluşumu için (ömrünü tamamlaması için) gerekli tekrar sayısı dağılımı gösterilmiştir. 42

43 12.ADIM Planlanan Diğer Analizlerin Yapılması ve Genel Değerlendirme İlk bir veya birkaç analizin sonuçlarının mantıklı ve makul değerlerde olmasından ve en az bir yöntemle desteklenmesinden sonra, BDM çalışması için planlanan diğer analizler artık yapılabilir. Ancak analizler sürerken sonuçların yine mantıklı ve makul değerlerde ve ilk analizlerle uyumlu şekilde çıkmaya devam ettiğini kontrol etmekte fayda vardır. Tüm sonuçlar belirlendikten sonra BDM açısından çok önemli bir adım olan sonuçların genel değerlendirilmesi aşamasına gelmiş oluruz. Bu aşamada karşımıza çıkan birçok sonuç içinden hangilerini değerlendirmemiz gerektiğini bilecek seviyede temel bilgilere hâkim olmamız bir zorunluluktur. Tüm Analiz sonuçlarını daha iyi yorumlayabilmek için çeşitli grafiklerin çizilmesi ve görsel resimlerin elde edilmesi çok faydalıdır. 43

44 13.ADIM Analiz Raporu Tüm analizler yapılıp, tüm sonuçlar değerlendirildikten sonra, incelenen problemin sebepleri net olarak ortaya çıkarılmış olur. Yeni bir tasarım için de üretim sonrası probleme sebep olabilecek muhtemel sebepler anlaşılmış olur. Bu noktada Analiz ve Değerlendirme Aşamasındaki tüm adımlarda yapılan faaliyetleri ve varılan neticeleri ihtiva edecek detaylı bir rapor hazırlanmasında fayda vardır. Bu rapor sayesinde BDM çalışmasının seyri takip edilebilir, hatalı kısımlar varsa daha net görülebilir ve etik açıdan karşılaşılabilecek sorunlar bu rapor sayesinde giderilebilir. Örnek (Devam): Jant kırılması problemi analizi için hazırlanan Analiz Raporu 44

45 BDM Yol Haritası / Geliştirme ve Yargı Aşaması 14.ADIM : GELİŞTİRME Bu aşamada, mevcut bir endüstriyel problem için sanal ortamda model geometrisinde veya analiz girdilerinde bazı yenilikler yapılıp analizler tekrarlanabilir. Bu yeniliklerde amaç, problemin sebeplerini giderici çözümler üretmek veya mevcut uygulamayı daha verimli hale dönüştürmektir. Yeni ürün tasarımlarında ise ilk tasarımın analiz sonuçları dikkatlice incelenir ve modelde yapılacak yeni düzenlemelerle sorun teşkil edebilecek kısımlar giderilmeye çalışılır. 45

46 BDM Yol Haritası / Geliştirme ve Yargı Aşaması 14.ADIM : GELİŞTİRME Bununla birlikte her BDM çalışmasında mutlaka yeni bir yargıya varılması gerekmez. Önemli olan problemi giderici yeni çözümler üretebilmektir. Bu ise yine bizim temel mühendislik alt yapımızla yakından ilişkilidir. Örnek (Devam): Jantın analizlerinde maksimum gerilmelerin ortaya çıktığı bölgeler incelenmiş, keskin kısımlar biraz daha yumuşatılmış ve yapılan yeni analizlerde gerilmelerin düştüğü ve dolayısyla yorulma ömrünün arttığı tespit edilmiştir. Yeni oluşturulan geometriler alternatif bir tasarım olarak önerilmiştir. Bununla birlikte bilime katkı sağlayabilecek yeni bir yargıya varılamamıştır. 46

47 BDM Yol Haritası / Geliştirme ve Yargı Aşaması 15.ADIM : YARGILAR VE BİLİME KATKI Yargı: Elde edilen sonuçlardan çıkarılabilecek ve sadece bu probleme özel olmayan genel tespitlere yargı diyebiliriz. -Yorum ve yargı arasında önemli farkı görebilmek gerekir: Örneğin: İncelenen Jantlardaki kırılmalarının sebebinin jant gövdesinde açılan deliklerin çevresindeki gerilme yığılmaları olduğunu söylemek sonuçların bir yorumudur. Jantta dairesel delik yerine elips delikler açıldığında, gerilmelerin daha fazla çıktığı ve bu sebeple jantlarda dairesel deliklerin elips deliklere göre daha avantajlı olduğunu söylemek genel bir hükümdür ve bir yargıdır. Bununla birlikte her BDM çalışmasında mutlaka yeni bir yargıya varılması gerekmez. Önemli olan problemi giderici yeni çözümler üretebilmektir. Bu ise yine bizim temel mühendislik alt yapımızla yakından ilişkilidir. 47

48 BDM Yol Haritası / Geliştirme ve Yargı Aşaması 15.ADIM : YARGILAR VE BİLİME KATKI Doğru yargılara varabilmemiz, BDM açısından kendimizi geliştirmemizin yanı sıra, -mühendislik temellerini iyi kavramamızla, -iş hayatında farklı tecrübeler edinmemizle, -kritik durumlarda inisiyatifimizi kullanabilmemizle, -bilimsel kültür seviyemizi arttırmamızla, -sosyal ilişkilerimizi geliştirmemizle, ve benzeri kazanımlarımızla yakından ilişkilidir. 48

49 BDM Yol Haritası / Geliştirme ve Yargı Aşaması 16.ADIM : Geliştirme ve Yargı Raporu Tüm yeni çözüm önerileri ve yargılar ayrı bir raporda toplanmasında ve bu rapora Geliştirme ve Yargı Raporu ismi verilmesinde fayda vardır. Dersimizin bundan sonraki içeriğinde gerçek hayattan alınmış, farklı endüstriyel problemlere veya uygulamalara BDM analizleriyle getirilen çözümler incelenecektir. Herbir örnek için yukarıda izah edilen Yol haritası adımları takip edilecektir. BDM açısından bilinmesi önemli ayrıntılar örnekler içerisine serpiştirilmiş olduğundan, her bir örnek dikkatle incelenmelidir. Örnekler, analiz tiplerine göre gruplandırılmış ve uygulamalarda en çok karşılaşılan temel analizlere yönelik örneklere yer verilmiştir. 49

50 BDM Yol Haritası BDM Yol Haritası Aşamaları ve Adımları 1.ADIM : İnceleme Faaliyetleri 2. ADIM: İnceleme Toplantıları 3.ADIM: İnceleme Raporu 4.ADIM: Temel Bilgilerin Gözden Geçirilmesi İnceleme Aşaması (1-4) 5. ADIM: BDM Açısından Yapılabilecek Kolaylıklar ve Basitleştirmeler 6.ADIM: Geometrik Modelin Kurulması 7. ADIM: - Elemanlara Ayırma (Meshing ) 8. ADIM : Analiz Girdileri 9.ADIM: Program Ayarları 10.ADIM : Çözüm (Solve) 11.ADIM: İlk Analizlerin Değerlendirilmesi ve Desteklenmesi a-sonuçlar Mantıklı mı? b-sonuçların Doğruluğunu Nasıl Desteklerim? c- Sonuçları Nasıl Yorumlayabilirim? 12. ADIM : Planlanmış Diğer Analizlerin Yapılması ve Genel Değerlendirme 13. ADIM : Analiz Raporu 14. ADIM: Geliştirme 15. ADIM: Yargılar ve Bilime Katkı 16. ADIM: Geliştirme ve Yargı Raporu Analiz ve Değerlendirme Aşaması (5-13) Geliştirme ve Yargı Aşaması (14-16) 50