BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ Makine parçalarının ve/veya eş çalışan makine parçalarından oluşan mekanizma veya sistemlerin tasarımlarında önemli bir aşama olan ve tasarıma yön veren statik, dinamik, termal vb. performansların belirlenmesinde sayısal yöntemlerden faydalanılmaktadır. Gelişen bilgisayar teknolojisi ve yazılım sektöründeki ilerlemelere paralel olarak piyasada kullanılmakta olan pek çok Mühendislik Yazılımı mevcuttur. Genel olarak bu yazılımlarda sayısal çözüm yöntemi olarak Sonlu Elemanlar Yöntemi (Finite Element Method) kullanılmaktadır. Bu ders kapsamında da Sayısal Analiz için CosmosWorks programı kullanılacaktır. CosmosWorks Online Tutorial larında bulunan Static Analysis of a Part tutorial ından Tutor1.sldprt isimli doküman açılacak ve parça üzerinde statik analiz yapılacaktır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 1/18
Parça açıldıktan sonra ilk olarak CosmosWorks ile bir çalışma (Study) tanımlanır. Study penceresinden çalışmanın tipi seçilir. Bu çalışmada Statik analiz yapılacağı için Static seçeneği seçilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 2/18
Çalışma tipi seçildikten sonra parçaya bir malzeme ataması yapılır. Tasarımı düşünülen parçanın imal edileceği malzeme tipi seçilerek sonlu elemanlar analizinde kullanılacak malzeme özellikleri tanımlanmış olunur. Material selection formunda SolidWorks ile parça modellemede kullanılan malzeme, kullanıcı tarafından oluşturulmuş malzeme veya CosmosWorks kütüphanesinden bir malzeme seçimi yapılabilir. Seçilen malzemeye ait malzeme özellikleri ilgili birim sisteminde tablo halinde bu pencerede görüntülenmektedir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 3/18
Malzeme seçimini takiben analizi yapılacak parçanın üzerindeki serbestlik sınırlamaları (Restraints) tanımlanır. Bu aşamada serbestlik derecesi sınırlamalarının belirlenmesi, analiz sonuçları üzerindeki doğrudan etkisi nedeni ile oldukça önemlidir. Sağlıklı analiz sonuçlarına ulaşabilmek için, analizi yapılacak parça veya sistemin çalışma koşullarında sahip olduğu serbestlik derecesi sınırlamaları özenle belirlenmeli ve program içerisinde de doğru bir şekilde uygulanmalıdır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 4/18
CosmosWorks ile Restraint ler geometrik bileşneler (köşe, çizgi, yüzey) uygulanabilir. Yukarıda sağ taraftaki şekilde görüldüğü gibi uygulanabilecek Restraint tipleri, tüm serbestlik dereceleri (u x, u y, u z, rot x, rot y ve rot z ) sınırlandıracak şekilde Fixed olacak şekilde model üzerindeki iki adet delik yüzeyine uygulanır. Restraints: Fixed: Bu sınır şartında seçilen bileşene ait tüm serbestlik dereceleri sınırlanır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 5/18
Immovable (No Translation): Bu sınır şartında seçilen bileşendeki dönmelere izin verilir ve yerdeğiştirmeler sınırlanır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 6/18
Symmetry: Simetrik parçalarda tüm modelin analiz edilmesi yerine, simetri durumuna göre yarım veya çeyrek modelin, dönel simetrik parçalarda ise modelin sadece bir bölümünün analiz edilmesini mümkün kılarak analiz zamanının düşürülmesi için kullanılabilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 7/18
Roller/Sliding: Bu sınır şartında seçilen bileşen (yüzey) kendi düzlemi içerisinde serbestçe hareket edebilir fakat düzleme dik doğrultuda hareket sınırlanmıştır. Hinge: Bu sınır şartında silindirik bir yüzey ekseni etrafında dönme serbestliğine sahiptir. Sınır şartları ile ilgili bir özet (Restrain tipi, uygulanabilecekleri bileşenler, ve tanımlama için gerekli girdiler) aşağıda verilmiştir. Analizi yapılacak modelin serbestlik derecesi sınırlandırmaları belirlendikten sonra, çalışma şartlarında model üzerine etki eden yüklemeler tanımlanmaktadır. Bu tanımlama da aynen serbestlik derecesi sınırlandırmalarında olduğu gibi, analiz sonuçları üzerinde doğrudan etkiye sahip olduğu için, sayısal sonuçların doğruluğu açısından modelin maruz kaldığı yüklemelerin tanımlanmasında özen gösterilmelidir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 8/18
CosmosWorks ile yük tanımlaması için aşağıdaki şekilde görülen seçenekler mevcuttur. Bu çalışmada ele alınan parçaya aşağıdaki şekilde gösterilen yüzeyden basınç yüklemesi uygulanacaktır. Uygulana basınç uniform (düzgün dağılımlı) veya non-uniform (düzgün olmayan dağılımlı) olabilir. Non-Uniform basınç dağılımları belirli bir eksen takımına ait koordinatların fonksiyonu cinsinden ifade edilebilir. Uniform basınç yüklemesinde, basınç uygulanan yüzey bir düzlem yüzey ise uygulanmış olan toplam kuvvet Basınç x Alan kadardır. Fakat yüzey düzlem yüzey değil ise bu durumda uygulanan toplam kuvvet farklı olacaktır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 9/18
Serbestlik derecelerinin sınırlanması ve yüklemenin ardından Sonlu Elemanlar Analizi için, sonlu elemanlar ağının (Mesh) oluşturulması gereklidir. CosmosWorks ile mesh işleminde ortalama eleman boyunun tanımlanması ile modele ait sonlu elemanlar ağı oluşturulabilir, veya analiz gereği kritik olarak nitelendirilen bölgelerde eleman boyutlarına müdahale edilebilir. Temel yaklaşım olarak, eleman boyutlarının küçülmesi ile yapı daha fazla serbestlik derecesi ile modellenecek, bu şekilde elde edilen sonlu elemanlar modeli, gerçek modeli çok daha iyi temsil edecek ve sayısal sonuçlar hassaslaşacaktır. Diğer taraftan serbestlik derecesinin artması ile birlikte sayısal yöntem gereği oluşan denklem sayısı artacak ve çözüm zamanı ve gerekli hafıza miktarı artacaktır. CosmosWorks ile mesh oluşturma aşamasında kullanılabilecek farklı elemanlar mevcuttur. Model geometrisine göre eleman seçimi yapılabilir. Aşağıda Katı (Solid) ve Kabuk (Shell) elemanlara ve tipleri gösterilmiştir. Katı (Solid elemanlar) 4 düğümlü (Linear) ve 10 düğümlü (Parabolic) olarak kullanılabilirler. Parabolik elemanlar lineer elemanlara göre şu üstünlüklere sahiptir. Bu elemanlar modele ait eğri sınırları daha iyi temsil edebilirler ve dolayısı ile sonlu elemanlar modeli gerçek geometiye daha yakındır. Eleman formülasyonları gereği gerçek davranışa ait daha iyi bir ifade edebilirler. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 10/18
Bununla birlikte daha fazla düğüm noktasına sahip oldukları için çözüm için daha fazla bilgisayar kaynağına ihtiyaç duyarlar. Katı (Solid) elemanlar her bir düğüm noktası için üç adet yerdeğiştirme serbestliğine sahiptirler. İnce cidarlı modellerde küçük boyutlu katı elemanlar kullanmak, sonlu elemanlar modelinde çok fazla sayıda eleman oluşacağı için gereksizdir. Bu tip geometriler için kabuk (shell) elemanlar oluşturulmuştur. CosmosWorks de lineer ve parabolik olmak üzere iki farklı üçgen eleman mevcuttur. Üçgen elemanların her bir düğümünde üç öteleme ve üç dönme serbestliği vardır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 11/18
Mesh işlemi ile model tutorial daki parçaya ait sonlu elemanlar modeli aşağıdaki şekilde elde edilir. Analizlerde zorlanma (strain) ve gerilme (stres) değerlerinin yüksek çıkması beklenen bölgelerde mesh boyutu hassaslaştırılabilir. Bu işlem CosmosWorks de Mesh/Apply Control komutu ile tanımlanabilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 12/18
Mesh kontrolü uygulanacak bölgeler yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi belirlenir. Bu işlem sonucunda elde edilen yeni mesh yapısı aşağıda gösterilmiştir. Bazı Mesh Control örnekleri aşağıda verilmiştir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 13/18
Sonlu elemanlar modelinin oluşturulmasını takiben çözüm için model Run komutu ile sonlu elemanlar analizi başlatılır. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 14/18
Çözüm sırasında ekranda çözüm aşamalarını gösteren pencere çıkar. Çözümün sonlanmasını takiben, Result komutu ile sayısal analizlerde önemli aşamalardan biri olan Post-Processing aşamasına (Sonuçların işlenmesi/görüntülenmesi) geçilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 15/18
Statik analiz sonucu model üzerindeki gerilme dağılımlarını görmek için gerilme (Stress) dağılımları görüntülenir. Aynı işlem menüden de gerçekleştirilebilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 16/18
Plot results komutu ile görüntülenmek istenen çözüm seçilerek ekranda görüntülenir. Sonuçlar ekranda görüntülenebileceği gibi ekrana veya bir dosyaya liste olarak aktarılabilir. Belirlenen aralıktaki sonuçlar bir Excel formatında dosyalanabilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 17/18
Sayısal analiz sonuçlarının alınarak bir sunum haline getirilmesi veya rapor şekline dönüştürülmesi genellikle zaman alıcı bir işlemdir. CosmosWorks programı bu işlemleri otomatik hale getirmiş ve bu amaçla bir Rapor hazırlayıcı geliştirmiştir. Bu işlem aşağıda gösterildiği şekilde gerçekleştirilebilir. Hazırlanacak raporda firma anteti bulunabilir. Rapor formatı HTML veya MSWord formatında olabilir. Hafta 6-CosmosWorks ile Analiz 18/18