İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi KAFES ANAKİRİŞLİ PORTAL KREN ELEMANLARININ SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE İNCELENMESİ İsmail GERDEMELİ
Tasarım Esasları Özelliklerine göre geniş bir tasarım esaslarına sahipler: Krenin hareketi Krenin çalışma şartları Kaldıracağı yük ve yüke bağlı parçanın boyutları Kren konumu, Geometrik özellikler, Çevresel koşullar. 2
Kren Tasarım Yöntemleri DIN-Tashenbuch 44 & 185 F.E.M Rules Tasarım yöntemlerinde ampirik yaklaşımlar önerir. Grafikler tecrübelerden elde edildi. Geniş bir kabul gören tasarım prosedürüdür. 3
Tersane Portal Kren Elemanları ve Anakiriş Rijit Bacak Kule Montaj Kutusu Pantolon Mafsal Bacak M.Bacak Üst Kutusu Bacaklar Gergi Kirişleri Yürüyüş Takımları Boji Küçük Denge Kirişi Büyük Denge Kirişi Montajı 4
Anakiriş Kutu Kiriş R.B.Üst Kutusu A. Mafsal Kutusu 5
Rijit Bacak Kule Montaj Kutusu Pantolon 6
Mafsal Bacak M. Bacak Üst Kutusu Bacaklar 7
Boji Küçük Denge Kirişi Büyük Denge Kirişi Yürüyüş Takımları 8
Boji Boji Teker 9
Küçük Denge Kirişi Her bacakta 4 adet Bojilerle B.Denge Kirişi arasına montajlanır. Bojilerden gelen düzensiz düşey hareketler büyük denge kirişine aktarılır. 10
Büyük Denge Kirişi Her bacakta 2 adet bulunur K.Denge Kirişle Gergi Kirişi arasına montajlanır 11
M.Bacak Gergi Kirişi R.Bacak Gergi Kirişi Gergi Kirişi 12
Kren Parçaların İmalatı Saclardan imalat: Tekerler ve makaralar dışındaki tüm parçalar Döküm ve Talaşlı imalat: Tekerler ve Makaralar 13
Kren Parçaların Montajı Rijit Bacak Montajı Mafsal Bacağın dikilmesi Bacakların halatlarla yere sabitlenir Anakiriş Hidrolik Kriko Yardımıyla kaldırıldı Tüm ekler kaynakla tutturulur 14
Rijit Bacak Montajı Rijit Bacak iki parça halinde montajlanır Pantolonlar kaldırılır Kule kaldırılır 15
Pantolon Kaldırılması Yardımcı vinçler kullanılır 16
Pantolon Kaldırılması 17
Halatlarla sabitlenir Pantolon Kaldırılması 18
Kulenin Kaldırılması 19
Kule Montaj Kutusuna kaynatılır Çevre kaynak dikişi yapılır Kulenin Kaldırılması 20
Mafsal Bacak Montajı Mafsal Bacak ın Üst kutu ve Bacaklar yerde montajlanır Gergi Kirişleri ve Yürüyüş Takımları mafsal-perno ile yerde montajlanır Mafsal Bacak ayağa kaldırılır 21
Mafsal Bacağın Kaldırılması Yardımcı vinçler kullanılır 22
Mafsal Bacağın Kaldırılması 23
Mafsal Bacağın Kaldırılması Halatlarla sabitlenir 24
Yük Kaldırma Donanımı R.Bacak Gergi Kirişi üzerine monte edilir Her bir vinç bir adet motor-redüktör,tambur ve karşı yatak grubundan oluşur. Yük halatların tambura sarılmasıyla kaldırılır. 25
Kren Testi Test yükü saclar ile uygulandı. Krenin yük kaldırma ve yürütme hızı test edildi. 26
Kren Testi Krenin yük kaldırma ve yürütme hız testi de ayrıca kontrol edilir 27
Problemin Tanımı Kafes Anakirişli Portal Kren Elemanlarında dinamik etkilerden kaynaklanan gerilme ve sehimlerin araştırılması. 28
Neden bu proje? Geleneksel Hesap yöntemlerinde krenin bazı parçalarında oluşan gerilmelerin tespit edilememesi Krenin parçaların iç takviyelerindeki gerilmelerin tespit edilememesi Kren Bacaklarının yatayda yaptığı yer değiştirmelerin hesaplanamaması Dolayısıyla, takviyelerin gereksiz yere fazla ve kalın yapılmasına neden olmaktadır. 29
Amaç ve Hedef Amaç: Krenin statik ve dinamik etkilerden dolayı kren parçalarında meydana gelen gerilmelerin büyüklüklerinin ve yerlerinin tespiti. Hedef: Gerilmelere ek olarak, kuvvetlerin dağılımı, Bacakların sehim değerlerinin araştırılması. Sonlu Elemanlar Yöntemi yle bulunan sonuçlar analitik bulgularla karşılaştırılarak SEM in bu problemde doğrulunun araştırılması. Krenin hafifletilmesi. 30
Ön Araştırma Ön araştırma sonucunda 2x275 Ton Kafes Anakirişli Portal Krenin analizlerin ve hesaplamaların yapılmasına karar verildi. Kaldırma Kapasitesi: 2 x 275.000 kg Araba Yürüme : 52.200 mm Kaldırma Yüksekliği: 45.000 mm Yürüme Mesafesi : 495 m 31
Yapılan Çalışmalar FEM ve DIN Standartlarına göre Analitik Analiz 32
Gerilmelerin Hesaplanması Kabuller: Hesaplamalarda statik durum göz önüne alındı. Dinamik Etki = [Statik Etki] x [FEM Katsayıları] Sistem basit mesnetlenmiş olarak kabul edildi. 33
Gerilme Denklemleri Çubuk gerilmesi: F S M. f I. v a 2 [ N / mm ] Eğilme gerilmesi : e M W e 2 [ N / mm ] Kayma gerilmesi: a a 3 2 [ N / mm ] Birleşik gerilme : 2 2 cp 3 a 2 [ N / mm ] 34
Projede Kullanılan Malzeme A.37, A.42, A.52 çelikler Gerilme dayanımı 240, 260 ve 360 MPa 35
Krene Etkiyene Yükler Zati Ağırlıklar Kren Zati Ağırlığı = 560 Ton Araba Ağırlığı = 2 x 25 Ton Kanca Ağırlığı = 2 x 8 Ton Çalışma Yükü = 2 x 275 Ton Dinamik Yükler = 1/30 Kren ataleti = 560/30Ton Araba ataleti = 2x25 /30 Ton Kanca ataleti = 2x8 /30 Ton Yük ataleti = 2x275 /30 Ton Rüzgâr Yükü Çalışma Rüzgarı = 17,7 Ton Fırtına Durumu = 400-1310 MPa Halat Yükleri 36
Hesaplamalarda Kullanılan Tablolar Ömür faktörü Dinamik Katsayılar Narinlik Derecesi Rüzgar Basıncı Grup A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 1,00 1,02 1,05 1,08 1,11 1,14 1,17 1,20 37
Serbest Cisim Diyagramları 38
Rijit Bacak Hesabı Kule Kesit Kontrolü Pantolon Hesabı Kaldırma Halat etkisi Pantolon serbest cisim diyagramı Kaldırma Halat Yükleri 39
Üst Kutu kesit hesabı Bacak hesabı Mafsal Bacak Hesabı Düşey yük etkisi Fren etkileri 40
Modelleme Süreci Kren Elemanlarının Modellenmesi 41
Modelleme Adımı Modelleme Tipi : Katı ve Kabuk Modelleme Yazılımı: SolidWorks, AutoCAD Modelleme Sırasında; Geometrideki basitleştirmeler Kaynak boşlukları Küçük delikler Sac kenarları Kanlınlık farkları vs. 42
Kulenin Modellenmesi Kule 2D kesitten 3D çizildi 43
Kule İç Takviyeleri Kule Takviyeleri 44
Montaj Kutusunun Modellenmesi Montaj Kutusu 45
Montaj Kutusunun Modellenmesi Üçgen Braketler İç takviyeler 46
Pantolon un Modellenmesi Pantolon üst kesiti Pantolon alt kesiti 47
Pantolon İç Takviye Modellenmesi 48
Rijit Bacak Model Montajı 49
Mafsal Bacak Üst Kutusu 50
Mafsal Bacağın Modellenmesi 51
Mafsal Bacak İç Tavkiyesi 52
Mafsal Bacak Montajı 53
Gergi Kirişin Modellenmesi 54
Boji ve Tekerin Modellenmesi 55
Küçük Denge Kirişi 56
Büyük Denge Kirişi 57
Yürüyüş Takımları Montajı 58
Takviyelerin Modellenmesi 59
Anakiriş Modeli 60
Anakiriş e Montaj Detayları Anakiriş in Rijit Bacağa Montajı Anakiriş in Mafsal Bacağa Montajı 61
3D Kren Katı Modeli 62
Modellerin Sonlu Elemanlara Ayrıştırılması Tekerler Dışındaki Tüm Parçalar Katı Cisim Özelliği: Deforme olabilir (Deformable) Eleman Tipi : 4-node quadratic shell element (S4R). Tekerler Katı Cisim Özelliği: Deforme olabilir (Deformable) Eleman Tipi : Hexahedron C3D8R (An 8-node linear brick, reduced integration, hourglass control). Sistem Node Sayısı : 392745 Eleman Sayısı : 398602 63
Analiz Ön Hazırlığı (Preprocessing) Modelleme Tipi : Katı ve Kabuk Modelleme Yazılımı : SolidWorks, AutoCAD SEM e Hazırlık : Hypermesh Analiz Tipi : Statik / Dinamik Analiz* Analiz Programı : ABAQUS/CAE Analiz Sonrası : ABAQUS Viwer 64
Kulenin Mesh Modeli Basit geometri Dış saclar S4 elemanlara ayrıştırıldı Kabuk şeklinde modellendi 65
Kule Takviyelerin Mesh Modeli Takviyeler S4 elemanlara ayrıştırıldı Kabuk şeklinde modellendi Her renk farklı kalınlığı temsil ediyor Profiller basitleştirildi 66
Montaj Kutusu Mesh Modeli Üçgen braketlerde S3 elemanlar kullanıldı Kabuk şeklinde modellendi Katı Model basitleştirildi 67
M. Kutusu Takviyelerin Mesh Modeli Braketlerin dar köşeleri ihmal edildi Kabuk şeklinde modellendi Mesh sürekliliğine dikkat edildi 68
Pantolon Mesh Modeli Bacağın alt bölgelerinde mesh sıkılaştırıldı Kabuk şeklinde modellendi 69
Pantolon İç Takviye Mesh Modeli 70
R.Bacak Üçgen Braket Mesh Modeli Bacak alt takviyesi eklendi Kabuk şeklinde modellendi Takviyede S4 ve S3 eleman tipleri kullanıldı 71
Rijit Bacak Mesh Modeli Tüm parçalar birbirine eklendi Node-Node bağlantıları yapıldı Sürekliliğe dikkat edildi Ölçü kontrolleri yapıldı 72
M. Bacak Üst Kutusu Mesh Modeli 73
Mafsal Bacak Mesh Modeli M.Bacak dış saclarında S4 eleman tipi kullanıldı. Alt bölgelerde mesh küçültmesine gidildi 74
Çatal İç Takviye Mesh Modeli Profiller basitleştirildi Kare elemanlar kullanıldı Profil cugulları dikkate alınmadı Kaynak cugulları kapatıldı 75
Mafsal Bacak Mesh Modeli Parçalar birleştirildi Node-Node bağlantısı kullanıldı Mafsal sistemi olarak, basit mafsal tipi kullanıldı Sürekliliğe dikkat edildi Ölçü kontrolü yapıldı 76
Gergi Kirişi Mesh Modeli Katı model tek parça şeklinde sonlu elemanlara ayrıştırıldı Kiriş kabuk olarak modellendi Kiriş profili basit dikdörtgen olarak modellendi Mafsal sistemi olarak, basit mafsal tipi kullanıldı Sürekliliğe dikkat edildi Ölçü kontrolü yapıldı 77
Boji Kalınlık farkları giderildi Mafsal delik etrafı özenle modellendi Mafsal tipi olarak basit mafsal sistemi tercih edildi Tekerler basitleştirilerek modellendi Tekerler katı mesh olarak modellendi Ölçü kontrolleri yapıldı 78
Denge Kirişleri Kalınlık farkları giderildi Mafsal delik etrafı özenle modellendi Mafsal tipi olarak basit mafsal sistemi tercih edildi Ölçü kontrolleri yapıldı 79
Anakiriş Mesh Modeli Üç bölgeye ayrılarak modellendi Kafesler birebir ölçülerde modellendi 80
Kren Mesh Modeli 81
Analiz Süreci Analiz Tipi : Statik Analiz Adımları : Yükleme Komb. Analiz Programı : ABAQUS/CAE Analiz Sonrası : ABAQUS Viwer Analiz Sırasında Kullanılan veriler Young Modülü : 2.1x10^5 N/mm^2 Poisson oranı : 0,3 Yoğunluk : 7890 kg/m^3 Yerçekimi : 9,81 m/s^2 82
Sınır Koşulların Belirlenmesi Mesnet Şartları: Mesnet Tipi : Basit Mesnet. Köşelerinden biri sabit, diğeri hareketli Krenin Y-Y ve Z-Z eksenindeki serbestlik derecesi kısıtlandı 83
Sınır Koşulların Düğümlere Atanması R : Sabit (Restrained) F : Serbest (Free) Teker altındaki raya temas eden düğümlere sınır koşulları konuldu. 2 düğüm sabit 32 düğüm hareketli Sabit Mesnet Hareketli Mesnet 84
Analiz Senaryosu Tablodaki tüm kombinasyonlar sırayla uygulandı. Her kombinasyon sonunda, yükler krenden kaldırıldı. Kren ağırlığı yerçekimi ile ifade edildi. 85
Yükleme Değerleri 86
Yükleme Durumları Yerçekimi yönü Kren ataleti (Dinamik Etki) 87
Arabaların Yüklenmesi Her arabada 8 şer teker bulunur. Yük tekerlerin bastığı düğümlere uygulandı Toplam yük, toplam 16 tekerleğe paylaştırıldı Araba statik olarak kabul edildi 88
Araba Yükü Ataletleri Farklı yönlerde frenleme durumları incelendi Atalet yükleri = Düşey yükler / 30 89
Analiz Simülasyonu Simülasyon İçeriği Yükleme durumu : Komb.121 Simülasyon Süresi : 1 dk Simülasyon 90
Analiz Sonuçları Gerilmeler : Von-Mises (MPa) Gerilme Değerleri : Maks. Mutlak (Max.Abs) Sehimler : Z yönünde (mm) 91
Analiz Doğruluk Testi Kombinasyon No: 110, 111, 112, 113 uygulandı Z yönündeki bacak sehimleri skaladan okundu Krenin farklı bölgelerinden düğümler seçildi Düğümlerin yer değiştirmeleri okundu 92
Sehim Kontrol Düğümleri Kontrol Bölgeleri Kontrol Düğümleri 93
Sehim Kontrol Tablosu Düğümlerdeki Kontroller; Yerdeğiştirme miktarı ve büyüklüğü X, Y ve Z eksenlerindeki düğüm rotasyonları 94
Araba Frenlenmesi Sonucu Bacak Sehimleri Frenleme Komb.121-127 Z yönündeki bacak sehimi Maks. Mafsal Bacak ta Arabalar Kiriş ortasındayken frenlenmesi (Komb.126) 319 mm 95
Kule Mesh Modeli 96
Kuledeki Kuvvet Akışı 97
M. Kutusundaki Kuvvet Akışı 98
Montaj Kutusu Gerilme Dağılımı 99
Pantolon Gerilme Dağılımı 100
Pantolon Alt Kesitindeki Kuvvet Akışı 101
M. Bacak Üst Kutusu Gerilme Dağılımı 102
Üst Kutudaki Kuvvet Akışı 103
Mafsal Bacak Gerilme Dağılımı 104
Mafsal Bacak Moment Dağılımı 105
Denge Kirişindeki Gerilme 106
Denge Kirişindeki Kuvvet Akışı 107
Bojideki Gerilme 108
K. Denge Kirişindeki Gerilme 109
Büyük Denge Kirişindeki Gerilmeler 110
Noktasal Gerilmeler 111
Karşılaştırma 112
Araştırma Sonucu Kule buruşma takviyeleri Montaj Kutusu üst sacı ve orta takviye sacları Mafsal Bacak Üst Kutusunun orta takviye sacı Boji üst sacı Küçük Denge Kirişi üst sacı Büyük Denge Kirişi ara bölgelerdeki takviye sacları 113
Araştırma Sonucu Araba frenlenmesi sonucu Mafsal Bacak 319 mm dışarı yatar. Kren çalışma bölgesi yerleşim planı önceden yapılabilir. Mevcut yerleşim planın kren çalışmasına müsait olup olmaması öngörülebilir. Kren çalışma yükü altında emniyetlidir. Kren mevcut yükleme şartlarına göre hafifletilebilir. 114
Teşekkürler! İsmail GERDEMELİ 115