T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ANSYS 5.4 İLE ÇELİK KAPI TASARIMI BİTİRME PROJESİ Arda ULUSELLER 1999485048 Projeyi Yöneten Prof. Dr. Sami AKSOY Ocak, 2005 İZMİR
BÖLÜM BİR KULLANILAN PAKET PROGRAM (ANSYS 5.4) HAKKINDA GENEL BİLGİLER 1.1 ANSYS 5.4 Programının Genel Tanımı ANSYS 5.4 mühendislik alanında sonlu eleman yöntemiyle çeşitli konularda analiz yapan bir programdır. Bu konular: - Yapısal analiz - Termal analiz - Elektromagnetik analiz - Akışkanlar analizi kapsar. 1.2 ANSYS in Genel Kullanımı 1.2.1 Programın Açılışı Ansys programını çalıştırmak için START menüden Programlar altından ANSYS 5.4 adlı menü adımı altından Interactive seçilir. Açılan pencerede Ansys in ilk seçimleri yapılır. Burada şu seçimler yapılır. Product: Ansys / Multiphysics / LS-DYNA Working Directory: Çalışmalarının kaydedileceği dizin seçilir. Graphics Device Name: 3d Grafikler için kullanılacak görüntü bağdaştırıcı seçilir. Biz Windows un default görüntü bağdaştırıcısını kullanmak için Win32 seçildi. Initial Jobname: Yapmak istediğimiz projede kullanacağımız ad.
Memory Requested for Total Workspace: Toplam kullanılabilir fiziksel bellek. Read START.ANS tile at start up: programın açılışında start.ans adlı dosyadaki initial değerleri okunup okunmayacağını soruyor ve biz bu soruya evet cevabını veriyoruz. GUI Configuration: Çalışma penceremizin koordinatlarını ve boyutlarını belirliyoruz. Resim 1.1
İstediğimiz seçimleri yaptıktan sonra save&run tuşunu okeyleyerek programı başlatabiliriz. Bir süre sonra lisans aşaması gelir. Açılan pencerenin altındaki OK butonuna basarak işlem devam ettirilir. Karşımıza ANSYS çalışması hazır haldedir. 1.2.2 Menüler Bu bölümde Ansys 5.4 de kullanılan temel menülerden bahsedeceğiz. 1.2.2.1 File: Bu kısımda yeni bir çalışmaya başlama, daha önceden kaydedilmiş dosyaları çağırma, yapılan yeni çalışmayı kaydetme veya çıkış işlemleri yapılır. 1.2.2.2 Select: Model üzerinde çalışırken zaman zaman bazı kısımların (alanlar, hacimler vb.) genel görünümden ayrı olarak incelenmesi modelleme kolaylıkları sağlar. 1.2.2.3 List: Bu menü sayesinde hazırlanan model üzerindeki nokta, çizgi, alan hacim, eleman, kuvvet, basınç, malzeme özellikleri ve ana serbestlik dereceleri yani sonuçların okunması ve dökümü buradan elde edilir. 1.2.2.4 Plot: Modelin nokta, çizgi, alan, elemanların gösteriminin ayarlandığı ve sonuçların ekranda görsel olarak ayarlandığı menüdür. 1.2.2.5 Plot Controls: Modelin grafik ekranındaki görünüm açısının değişimi, perspektif görüntü veya istenilen şekillerde animasyon görüntüleri alınmasına yarar. Ayrıca Ansys 5.4 ün çeşitli renk ve görüntü ayarları buradan yapılır. 1.2.2.6 Work Plane: Başlangıçta kullanılan kartezyen koordinat sistemi bu menü yardımıyla kutupsal ya da kullanıcı eksen takımlarına dönüştürülebilir. 1.2.2.7 Menu Controls: Ekranda kullanılan pencerelerin açılıp kapanmasına olanak sağlar. 1.2.2.8 Help: Programın bölümleri, komutları ve genel koordinatları hakkında bilgi almaya yarayan menüdür.
1.2.3 ANSYS de Menüler 1.2.3.1 ANSYS Main Menu: Bu menü programın kullanılmasını sağlayan menüdür. Bu menü sayesinde model oluşturulur, analiz çözümlenir, incelenerek gerekli diyagramlar elde edilir. 1.2.3.2 ANSYS Graphics: Modelin oluşturulduğu ve üzerinde çalışılan penceredir. 1.2.3.3 Pan / Zoom / Rotate: Bu pencere plot controls menüsünden açılır. Resim 1.2
Modelleme sırasında çok büyük kolaylıklar sağlar. Model istenilen şekillerde döndürülebilir, büyütülüp küçültülebilir. 1.2.3.4 ANSYS Input: Bu menüde istenilen komut hakkında yapılması gerekli işlem sırasını açıklayan penceredir. 1.2.3.5 ANSYS Toolbar: Bu menü sayesinde yaptığımız işlemi Save_DB ile kayıt ederiz. Daha sonra son kaydedilen modeli istediğimizde Resume_DB ile görüntüyü çağırmamıza yarayan bir menüdür. 1.2.3.6 ANSYS Output: Bu menü yukarıdaki menülerin arkasında çalışır ve her yapılan işlemi sırasıyla kaydeder.
BÖLÜM İKİ MODELLERİN TANIMLANMASI 2.1. ANALİZİ YAPILACAK PARÇANIN GENEL HATLARI 2.1.1 GENEL GÖRÜNÜM Resim 2.1
Yukarıda ön ve sol yan görünüşü bulunan çelik kapımızın üç adet menteşesi ve onbir adet kilidi bulunmaktadır. Bu kilitler ve menteşeler yapacağımız analizlerde sabit kabul edilecektir. 2.1.2 ELEMANLARIN KOORDİNATLARI x1 x2 y1 y2 z1 z2 m1-20 0 40 10 0 10 m2-20 0 970 1030 0 10 m3-20 0 1900 1960 0 10 k1-34 16 400 410 35 45 k2-34 16 800 810 35 45 k3-34 16 1190 1200 35 45 k4-34 16 1590 1600 35 45 k5 300 310 1984 2034 35 45 k6 690 700 1984 2034 35 45 k7 984 1034 1590 1600 35 45 k8 984 1034 960 1040 35 45 k9 984 1034 400 410 35 45 k10 300 310-34 16 35 45 k11 690 700-34 16 35 45 v1 0 1000 0 2000 0 10 v2 16 984 16 1984 10 80 Resim 2.2 2.1.3 ÜÇ BOYUTLU GÖRÜNÜM
Resim 2.3 2.2 KABULLER 2.2.1 MALZEME ÖZELLİKLERİ E (Gpa) V çelik 200000 0.3 ağaç kaplama 12000 0.3 yalıtım malz. 3100 0.3 Resim 2.4 2.2.2 UYGULANAN BASINÇ DEĞERİ F = 10 N / mm² 2.2.3 BASINÇ UYGULANAN ALANLAR -Z yönünde : 1 952 256 mm² +Z yönünde : 2 000 000 mm² 2.2.4 SABİT NOKTALAR -Z yönünde : Tüm menteşe ve kilitler sabit kabul edildi. +Z yönünde : Tüm menteşeler, kilitler ve kapının kapandığı zaman oturduğu yüzey sabit kabul edildi. 2.2.5 DİĞER KABULLER Tüm menteşe ve kilitler çelik malzeme olarak kabul edildi. Tüm model tiplerinin dış boyutları ve basınç uygulanan yüzey alanları aynı kabul edildi.
2.3 ANALİZİ YAPILACAK MODEL TİPLERİ 2.3.1 A TİPİ A tipi modelimizin özelliği sadece çelikten imal edilmiş olmasıdır. 2.3.2 B TİPİ B tipi modelimizin özelliği Resim 2.5 te görülen kırmızı kısımların ağaç kaplama, mavi kısımların yalıtım malzemesi ve ondüla şeklindeki parçanın çelik olmasıdır. Bu tipte dikey ondüla kullanılmıştır ve y1 = 18 mm den y2 = 1982mm ye kadardır. Boyutları x = 136 mm, y = 1964 mm, z = 60 mm olan 7 adet yalıtım malzemesi dikey ondüla şeklindeki çelik malzemenin içine oturtulmuştur. Resim 2.5
2.3.3 C TİPİ C tipi modelimizin B tipinden farkı yatay ondüla şeklinde çelik kafes kullanılmasıdır. Bunun yanında yalıtım malzemesinin boyutları da x = 964 mm, y = 136 mm, z = 60 mm şeklindedir (sadece en alt ve en üstte y = 84 mm dir). Burada kullanılan ondüla x1 = 18 mm den x2 = 982 mm ye kadardır. Resim 2.6
BÖLÜM ÜÇ MODELİN ANSYS 5.4 İLE TANIMLANMASI VE ÇÖZÜMLENMESİ 3.1 ANA MENÜ Resim 3.1 Ansys 5.4 ün ana menüsü Resim 3.1 de görüldüğü gibidir. 3.1.1 KULLANILAN MENÜLER Resim 3.2
Resim 3.3 Resim 3.4 Analiz yaparken Preferences, Preprocessor, Solution ve General Postprocessor menüleri kullanılmıştır. Bu menüler içindeki alt menüler sayesinde istediğimiz parçanın genel görünümü ve özellikleri belirlenmiştir. Preferences menüsünden analiz tipi seçilir. Preprocessor menüsünden element tipi, malzeme özellikleri ve şekil oluşturulur. Solution menüsünden yükler ve deplasmanlar belirlenir, çözüm yaptırılır. General Postprocessor menüsünden sonuçlar ve grafikler alınır.
3.2 PARÇANIN ANSYS 5.4 İLE MODELLENMESİ VE ÇÖZÜMLENMESİ 3.2.1 ANALİZ TİPİNİN BELİRLENMESİ Preferences menüsünden yapısal analiz yaptığımız için structural seçilir. Resim 3.5 3.2.2 ELEMAN TİPİ VE ÖZELLİKLERİ Preprocessor>Element Type>Solid 45 seçilir. Resim 3.6
3.2.3 MALZEME ÖZELLİKLERİ Preprocessor>Material Properties tıklanarak istenilen malzemeye numara verilerek özellikleri yazılır. Resim 3.7 de ağaç malzeme için girilen değerler görülmektedir. Resim 3.7
3.2.4 BİRİMLERİN BELİRLENMESİ Preprocessor>Material Properties>Select Units menüsünden USER seçilir. Resim 3.8 3.2.5 GEOMETRİK MODELİN OLUŞTURULMASI Preprocessor>Create>Volumes>By Dimensions menüsünden x, y, z değerlerine göre bütün hacimler girilir. Preprocessor>Operate>Add>Volumes menüsünden bütün hacimler seçilerek tek hacim olarak kabul edilir. Resim 3.9
3.2.6 ELEMANLARA AYIRMA (MESH) Preprocessor>Mesh Tool>Global Set menüsünün Size bölümüne 50 yazarak mesh yaparız. Resim 3.10 Resim 3.11
3.2.7 DEPLASMAN BASINÇ UYGULANMASI Solution>Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas menüsünden basıncın şiddeti ve yönü yazılır. Solution>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas menüsünden deplasmanlar verilir. Resim 3. 12 3.2.8 ÇÖZÜMLEME Solution>Solve>Current Ls menüsünden çözüm yaptırılır. 3.2.9 SONUÇLARIN OKUNMASI General Postprocessor>Plot Results>Nodal Solution menüsünden istediğimiz yöndeki gerilmeleri veya istediğimiz yöntemle elde edilen sonuçları görebiliriz. Resim 3.13
BÖLÜM DÖRT SONUÇLAR 4.1 SONUÇLAR Resim 4.1 (A Tipi / Von Misses gerilmesi / +Z yönünde basınç) Resim 4.2 (A Tipi / X yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)
Resim 4.3 (A Tipi / Y yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç) Resim 4.4 (A Tipi / Z yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)
Resim 4.9 (B Tipi / Von Misses gerilmesi / +Z yönünde basınç) Resim 4.10 (B Tipi / X yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)
Resim 4.11 (B Tipi / Y yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç) Resim 4.12 (B Tipi / Z yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)
Resim 4.13 (C Tipi / Von Misses gerilmesi / +Z yönünde basınç) Resim 4.14 (C Tipi / X yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)
Resim 4.15 (C Tipi / Y yönündeki gerime / +Z yönünde basınç) Resim 4.16 (C Tipi / Z yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)
Resim 4.17 (A Tipi / Von Misses gerilmesi / -Z yönünde basınç) Resim 4.18 (A Tipi / X yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)
Resim 4.19 (A Tipi / Y yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç) Resim 4.20 (A Tipi / Z yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)
Resim 4.25 (B Tipi / Von Misses gerilmesi / -Z yönünde basınç) Resim 4.26 (B Tipi / X yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)
Resim 4.27 (B Tipi / Y yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç) Resim 4.28 (B Tipi / Z yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)
Resim 4.29 (C Tipi / Von Misses gerilmesi / -Z yönünde basınç) Resim 4.30 (C Tipi / X yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)
Resim 4.31 (C Tipi / Y yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç) Resim 4.32 (C Tipi / Z yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)
4.2 YORUMLAR A Tipi : -Z yönünden kuvvet uygulandığında +Z yönüne göre min. ve max. gerilmeler artarken, max. deplasman değerinde düşüş oldu. B Tipi : -Z yönünden kuvvet uygulandığında +Z yönüne göre min. ve max. gerilmeler artarken, max. deplasman değerinde düşüş oldu. C Tipi : -Z yönünden kuvvet uygulandığında +Z yönüne göre min. ve max. gerilmeler artarken, max. deplasman değerinde de artış oldu. Genele bakılırsa en yüksek max. gerilme değeri her iki yönde de B tipinde, en yüksek min. gerilme değeri de A tipinde oluştu. Max. deplasman değerlerine bakılırsa en yüksek değerler A tipinde, en düşük değerler ise C tipinde ortaya çıktı. Sonuç olarak her iki yönde gelen kuvvete karşı en düşük gerilme değerleri ve en düşük deplasman değerlerine ulaşan C tipi kapımız (yatay ondüla) analizimizin en sağlam kapısı oldu.