T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ UZAY KAFES SİSTEMLERİ ANALİZİ BĠTĠRME PROJESĠ ENĠS YÜCEL Projeyi Yöneten Prof.Dr. Seçil ERĠM Mayıs, 2012 ĠZMĠR 1
TEZ SINAV SONUÇ FORMU Bu çalıģma / /. günü toplanan jürimiz tarafından BĠTĠRME PROJESĠ olarak kabul edilmiģtir. Yarıyıl içi baģarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden (.. ) dir. Başkan Üye Üye Makine Mühendisliği Bölüm BaĢkanlığına,.. numaralı jürimiz tarafından / /. günü saat da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden. almıģtır. Başkan Üye Üye ONAY 1
TEŞEKKÜR Uzay kafesi analizi konusunda hazırlamıģ olduğum bu bitirme tezinde her türlü yardımı benden esirgemeyen proje danıģmanım Prof. Dr. Bülent Seçil ERĠM e ve analiz aģamalarında bana yardımcı olan Doç. Dr. Çınar Emine YENĠ ye,ayrıca benden her türlü maddi manevi desteklerini esirgemeyen aileme teģekkürlerimi bir borç bilirim. Enis YÜCEL I
ÖZET Dünya'da çelik vazgeçilmez bir malzeme haline gelmiģtir. Ülkemizde de çeliğin kullanımı yaygınlaģmaktadır. Bunun nedeni ise, günden güne değiģen, artan ihtiyaçlar ve bilinçlenen toplum çerçevesinde, yapılarda özellikle aranan depreme karģı performans, imalatta yüksek kalite ve uygulamada kontrol edilebilirlik, yapı ağırlığının az olması, düģük temel maliyeti, inģaat süresinin kısalması, mekanda tasarruf vb. gibi vasıflara uygunluğudur. Çelik malzeme estetik, iģlevsellik, kullanım ömrü gibi yapının rekabet gücünü artıran yönler açısından düģünüldüğünde projelendirmeyi yapan mühendise, yapı tasarımına, programlamaya özellikle detaylandırma ve uygulama konusunda değiģik seçenekler sunmaktadır. Bu tez kapsamında Ansys programında modelleme ve analiz yapılırken, maliyeti ve ölü yükü azaltmak amacıyla çeģitli profiller denenmiģtir. Maliyeti minimum tutmak amacıyla çubuk çapları denenerek en ekonomik ve en güvenli boru çapları bulunmuģtur. II
TEZ SINAV SONUÇ FORMU 1 TEŞEKKÜR ÖZET TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ I II IV IV BÖLÜM BİR 1 GİRİŞ 1 1.1.Tanım 1 1.2.UZAY KAFES SİSTEMLERİNİN TARİHÇESİ 2 1.3.UZAY KAFES SİSTEMLERİNİN KULLANIM ALANLARI 4 1.3.1.Sanayi yapıları 5 1.3.2.Showroom yapıları 7 1.3.3.Sergi ve fuar yapıları 8 1.3.4.Ulaşım yapıları 9 1.3.5.Spor kompleksleri 10 1.4. UZAY KAFES SİSTEMLERİNİN ÜSTÜNLÜKLERİ 10 1.5. UZAY KAFES SİSTEMİNİ OLUŞTURAN BİLEŞENLER 11 1.5.1.Düğüm Noktaları (Küre Elemanlar) 11 1.5.2.Çubuk Elemanlar (Borular) 12 1.5.3.Konikler 13 1.5.4.Civatalar 14 1.5.5.Somun ve Pimler 14 1.5.6.Aşıklar ve Aşık (Eğim) Dikmeleri 15 1.5.7.Mesnetler 15 BÖLÜM İKİ 17 UZAY KAFES ANALİZİ 17 2.1 GİRİŞ 17 2.2. ANALİZ AŞAMALARI 18 2.3 ANALİZ SONUÇLARI VE YORUMLANMASI 21 2.2.1. Birinci deneme 21 2.2.2. İkinci deneme 22 2.2.3. Üçüncü deneme 23 KAYNAKLAR 25 III
TABLO LİSTESİ Sayfa Tablo 1.1 Çubuklarda (Borularda) Enkesit Özellikleri... 12 Tablo 2.1 Yapılan analizlerin sonuçları..24 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa ġekil 1.1. Dr. Max Mengeringhausen (1903-1988)... 3 ġekil 1.2. Uzay kafes sistem Gosyun Bridge... 4 ġekil 1.3. Uzay kafes sistem Wembley Stadium.. 5 ġekil 1.4. Uzay kafes sistem uçak bakım iskelesi. 6 ġekil 1.5. Uzay kafes sistemlerde kullanılan yapı türleri.. 7 ġekil 1.6. Tek cidarlı konstrüksiyon görünüģü.. 8 ġekil 1.7. Tek cidarlı konstrüksiyon görünüģü.. 8 ġekil 1.8. Uzay kafes sistem fuar ve kongre merkezi... 9 ġekil 1.9. Uzay Kafes Sistemlerde Düğüm Noktası (Küre Eleman)...11 ġekil 1.10. Çubukta Montaj Numarası Yazılan Eleman.12 ġekil 1.11. Konik Tipleri.13 ġekil 1.12. Cıvata Tipleri (DiĢsiz kısmında delik açılmıģ)..14 ġekil 1.13. Düğüm Noktasında AĢık ve AĢık Dikmesi Detayları...15 ġekil 1.14. Tipik Mesnet Noktası 16 IV
ġekil 2.1. Analizi yapılan uzay kafes sistemi. 17 ġekil 2.2. Kafes sistemimizin çizimi...18 ġekil 2.3. Kafes sistemimizin mesh yapılmıģ görünümü 18 ġekil 2.4. Sabitleme yerleri.19 ġekil 2.5. Analiz iģleminde kuvvetlerin verildiği noktalar..19 ġekil 2.6. Solution iģlemi 20 ġekil 2.7. 1. Kafesin seçitli bölgelerinde akma gerilmesi değerleri 21 ġekil 2.8. 1. Kafes sisteminde meydana gelen deformasyon..21 ġekil 2.9. 2. Kafesin seçitli bölgelerinde akma gerilmesi değerleri 22 ġekil 2.10. 2. Kafes sisteminde meydana gelen deformasyon 22 ġekil 2.11. 3. Kafesin seçitli bölgelerinde akma gerilmesi değerleri..23 ġekil 2.12. 3. Kafes sisteminde meydana gelen deformasyon 23 V
BÖLÜM BİR GİRİŞ 1.1.Tanım Uzay kafes sistemlerin tarihsel geliģimi, deniz kabuklusunun geometrik yapısına duyulan hayranlıkla baģlamıģtır. Deniz kabuklusundaki logaritmik heliks tarzında bir büyüme Ģekli, büyük açıklıklı yapı sistemlerine uyarlanmıģ; kabuklularının geometrik Ģekli, yapı teknolojisinde uzay kafes sistem gibi, çubuk ve düğümlerden meydana gelen bir sistemin tasarlanmasına yol açmıģtır. Bununla birlikte yapı teknolojilerinde hafif, hızlı ve endüstrileģmiģ çözümler arayıģı uzay kafes sistemlerin doğmasına sebep olmuģtur. Bu sistemler yapılarda büyük açıklıkların kolonsuz ve hafif bir strüktür ile geçilmesini sağlayarak iģlevsel olarak yapıların daha esnek ve kullanıģlı olmasını sağlamıģtır. Uzay kafes sistemler, birbirlerine düğüm noktalarından bağlı, basit çekmeye yada basınca çalıģan doğrusal çubuklar ağından kurulu düzenlerdir. Bu çubuklar düzeni, üzerine etkiyen dıģ yükleri iki doğrultuda mesnetlere ileten ve boģluğun organize edilmesi ilkesine göre üretilen çağdaģ sistemlerdir. Uzay kafes strüktürlerle normal olarak statik, konstrüktif zorlamalara gidilmeksizin, yapısal oluģumunun verdiği olanaklarla, büyük açılıklı yapıların örtülmeleri konusu çözümlenmektedir. Uzay kafes sistemleri gerekli tasarım ve mühendislik hesapları yapıldığında her yükü taģıyabilir. Resimde görüldüğü gibi sürekli ve hareketli yüklerin olduğu köprüde taģıyıcı sistem olarak uzay kafes seçilmiģtir. Uzay kafes taģıyıcı sistemlerin birim elemanı, altı çubuk ve dört düğüm noktasından oluģan bir dörtyüzlüdür. Böyle bir dörtyüzlü her biri aynı düzlem içinde bulunmayan üç çubukla kolaylıkla büyütülebilmektedir. Çubuk birleģimleri, montajda çeģitli kolaylılar sağlayan patentli düğüm noktası elemanları ile yapılmaktadırlar 1
1.2.UZAY KAFES SİSTEMLERİNİN TARİHÇESİ Deniz kabuklularının sahip olduğu hayranlık verici Ģekli Dr. Max Mengeringhausen i yapı teknolojilerinde yepyeni bir sistemi keģfetmeye teģvik etmiģ ve böylece uzay kafes sistemleri ortaya çıkmıģtır. Çubuk ve düğümlerden tasarlanarak geliģtirilen sistem; Dr. Max Mengeringhausen in deniz kabuklusunda hayran kaldığı logoritmik heliks büyümenin bir etkisi gibi yapılarda büyük açıklık geçebilen sistemler için devrimsel bir değiģim ve hayranlık yaratmıģtır. Mengeringhausen 1919 yılında Weimar da kurulan Bauhaus ile yakın bir iliģki içindeydi. 1925 yılında Wassily Kandinsky, Lyonel Feininger, Paul Klee gibi sanatçıların yaģadığı Dessau ya yerleģti. I. Dünya SavaĢından sonra Walter Gropius ve Mies Van Der Rohe tarafından yönetilen Bauhaus mimari ve ev dekorasyonu konusunda yeniden yapılanmanın öncüleri oldular. Bauhaus un kurucusu olan Gropius, Mengeringhausen i 1930 yılında Siemensstadt Konut Alanı projesinde ekip yöneticisi yapmıģ ve proje için Ģu ilkesini benimsetmiģtir: Bizim zamanımızın mimarisinde gerçekleģen büyük değiģimleri gösterebilmek için yeni bir yol bulunmalıdır. Bauhaus un ortaya koyduğu fikir berraklık, güzellik ve iģlevselliğin birleģmesidir. Bu anlayıģ içinde bulunan ve çalıģan Mengeringhausen daha sonraki yıllarda geliģtirdiği çubuk - düğüm sistemler için Gropius a minnet borçludur diyebiliriz. 2
Şekil 1.1. Dr. Max Mengeringhausen (1903-1988) Dr. Max Mengeringhausen uzay kafes sistemleri geliģtirmiģ ve 1940'lı yıllarda yapılarda kullanmıģtır. Mengeringhausen "Bauhaus" ekolü ile ortaya çıkan mimaride berraklık, güzellik ve iģlevselliğin en güzel örneğini uzay kafes sistemlerini geliģtirerek ortaya koymuģtur. Mengeringhausen in geliģtirdiği çubuk düğüm (uzay kafes) sistem ile ilk yapılar 1942 yılında yapılmıģtır. Çubuk düğüm sistemler kısa zamanda büyük programlar içinde endüstriyel Ģekilde üretilen sistemler olmuģlardır. Uzay kafes taģıyıcı sistemlerin birim elemanı, altı çubuk ve dört düğüm noktasından oluģan bir dörtyüzlüdür. Böyle bir dörtyüzlü her biri aynı düzlem içinde bulunmayan üç çubukla kolaylıkla büyütülebilmektedir. Çubuk birleģimleri, montajda çeģitli kolaylılar sağlayan patentli düğüm noktası elemanları ile yapılmaktadırlar. Çok yüzlü (polyheral) strüktürün üç yönlü versiyonunu planör uçakların kanatlarında kiriģ sistemi olarak 1907 de kullanan Alexander Graham Bell sistemin ortaya çıkmasında öncü olmuģtur. 1940 lı yıllarda ise Dr. Max Mengeringhausen bu sistemi geliģtirerek uzay kafes sistemlerin yapılarda kullanımını baģlatmıģtır. 3
1.3.UZAY KAFES SİSTEMLERİNİN KULLANIM ALANLARI Uzay kafes sistem yapıları, mimarlık, makina ve inģaat mühendisliğinin barıģık olduğu sektörlerden biridir. Geometrisi tanımlanan hemen her form çözülebilir. Bu da mimarideki taleplere statik açıdan cevap verebileceği anlamına gelmektedir. Ġnsan ve makine iģlevlerini dıģ etkenlerden koruyup barındıracak yapılar tasarlanırken iģlevlerin yapı tarafından her hangi bir olumsuz etkiye maruz bırakılmaması istenir. Bu isteğin bir sonucu olarak büyük açıklı yapılara gerek duyulmaktadır. Büyük açıklı yapıların barındıracağı iģlevler farklılık gösterse de açıklığın sağlanabilmesi için çözümler sınırlıdır. Uzay kafes sistemleri büyük açıklığın oluģturulmasında çok sık kullanılan yapı sistemidir. Uzay kafes sistem çatı konstrüksiyonun kullanıldığı bazı yapı türleri aģağıda belirtilmiģtir. Şekil 1.2. Gosyun Bridge 4
Şekil 1.3. Wembley Stadium 1.3.1.Sanayi yapıları Sanayi yapıları, içinde üretimin gerçekleģtiği ve üretim ile ilgili süreçlerin birbiri ile iliģkilendiği mekanlardır. Üretim aģamaları bazen aynı yapı içinde gerçekleģmek zorunda iken bazen de yan yana ayrı binalarda gerçekleģebilir. Önemli olan üretimin etkinliği ve bu etkinliği sağlayabilecek iģlevsel yerleģimdir. ĠĢte bu iģlevsel yerleģim sırasında uzay kafes sistemlerinin büyük faydaları ortaya çıkmaktadır. Kolonsuz bir Ģekilde geniģ bir alanı örtebilen bu sistemler üretim için sınırsız bir yerleģim (lay out) imkanını sunmaktadır. Tesislerin hammadde giriģi ve ürün çıkıģı için kullandıkları lojistik depolarda uzay kafes sisteminin kullanımı, taģımacılık ve depolama iģlevinin en etkili ve verimli Ģekilde gerçekleģmesini sağlamaktadır. 5
Şekil 1.4. Uzay kafes sistem uçak bakım iskelesi 6
Şekil 1.5. Uzay kafes sistemlerde kullanılan yapı türleri 1.3.2.Showroom yapıları Mimari iģlev olarak showroomlar ürün sergilemek için en ideal ortama sahip olmalıdırlar. GeniĢ bir mekan içinde tüm ürünlerin görülebilmesi ve mekanın etkili tasarımı müģteri için çekicilik oluģturmaktadır. Mekanın tasarımındaki etki firmanın imajında önemli bir etken oluģturmaktadır. Uzay kafes sistemlerin showroomlarda kullanımı mekan içinde sınırsız sergi alanı sağlarken sergi tasarımındaki etkinlik firma imajına katkı sağlamaktadır. 7
Şekil 1.6. Tek cidarlı konstrüksiyon görünüģü Şekil 1.7. Tek cidarlı konstrüksiyon görünüģü 1.3.3.Sergi ve fuar yapıları Sergi ve fuar alanları da showroomlarda olduğu gibi eser ya da ürünün en etkileyici Ģekilde gösterimini gerektir. Bu mekanlarda uzay kafes sistemlerinin kullanımının en büyük faydası her sergi ve fuar için farklı yerleģim planlarına olanak tanımasıdır. Sergi ve fuarların süresi birkaç günle sınırlıdır. Yapı hacmi içinde bu iģlevlerin etkinliği için mekanın kolonsuz olması büyük bir avantajdır. Uzay kafes sistemler sökülüp baģka bir alanda tekrar 8
kullanılabilmektedir. YerleĢim alanlarının cazibesini yitirmesi durumunda yapıyı baģka bir alana taģıma imkanı uzay kafes sistemler ile mümkündür. Şekil 1.8. Uzay kafes sistem fuar ve kongre merkezi 1.3.4.Ulaşım yapıları ĠĢlevsel eylemlerin sık ve hareketli olduğu mekanlardır. Yolcuların ulaģım firmaları ve taģıma araçları ile buluģtuğu bu mekanlarda görsel iģaretler ve yönlendirmeler önem taģır. Mekanın bütünlüğü ve kolay algılanması önemlidir. Son zamanlarda büyük Ģehirlerde ve turizmin canlı olduğu Ģehirlerde belediyelerin bu tür kamusal yapıları prestij amaçlı iģlevsel ve görsel etki yaratacak Ģekilde yeniden düzenlediği gözlenmektedir. Uzay kafes sistemler ulaģım yapılarının sahip olması gereken bu özellikleri sağlamak için sıklıkla kullanılmaktadır. 9
1.3.5.Spor kompleksleri Spor oyunlarının gerçekleģtiği salonlar geniģ açıklığın kaçınılmaz olduğu alanlardır. Mekanda seyirci ile spor alanı arasına görüntüyü engelleyecek taģıyıcı bir unsur konulamaz. Bu iģlevsel özellik spor komplekslerinin büyük açıklıklı yapılar olmasını zorunlu hale getirirken uzay kafes sistemlerinin kullanımını da yaygınlaģtırmaktadır. 1.4. UZAY KAFES SİSTEMLERİNİN ÜSTÜNLÜKLERİ Üç boyutlu hafif bir yapısı olduğu için büyük açıklıkları, küçük yüksekliklerle geçebilme özelliğine sahiptir. Ġki yönlü büyük açıklık geçilebildiği için ortada kullanım alanı artmaktadır.yapının durumuna göre dört bir tarafta 15 er metrelik konsollar düzenlenebilmektedir. Ġmalat ve montaj yönünden az sayıda farklı elemanı olması sebebiyle büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Uzay sistem ile çatıya istenilen form verilebilir.tek yönde veya iki yönde eğimli çatı, kırık çatı, küresel çatı Ģet çatı gibi Uzay sistem içinden; klima havalandırma kanalları, tesisat ve elektrik boruları her yönde rahatlıkla geçirilebilir. Doğal aydınlatma sağlanabilir. Uzay sistem üzerine her türlü çatı kaplaması uygulanabilir ve içi mekanda asma tavan rahatlıkla düzenlenebilir. Isı değiģimi yönünden, diğer sistemlere göre daha flexible bir yapıya sahiptir. Çubuk boyları birbirine yakın olduğu için düğüm deplasmanları çok küçük olmalıdır. Bu imalatta bütün çubuklar, statik yönden en ekonomik kesit olan boru kesitli çubuklardır. Ġmalat prefabrik olduğunda için demonte yapılarak, kolaylıkla yapının yerini değiģtirmek mümkündür. Sistemin montajı çok kolaydır Sadece somun anahtarı kullanılarak binlerce metrekarelik uzay sistemler monte edilmektedir Montajı yerde olabildiği gibi, havada örülerek de yapılmaktadır, ĠnĢaat alanındaki imkanlara göre değiģen bu durum çok önemlidir.tekerlekli iskeleler kullanılarak, vinç yardımı olmaksızın tüm çatı havada örülebilir. Ġmalat ve montaj süreleri çok kısaldığı için inģaat maliyetlerinde zamanla ortaya çıkan artıģlar ortadan kaldırılmaktadır. Tesisin daha kısa sürede iģletmeye alınması gerek yatırımcılara, gerekse ülkemiz ekonomisine büyük katkı sağlamaktadır. 10
1.5. UZAY KAFES SİSTEMİNİ OLUŞTURAN BİLEŞENLER Uzay kafes sistemi oluģturan ana bileģenler düğüm noktaları (küre elemanlar) ve çelik çubuklar (boru elemanlar) dır. Bu bileģenlerden baģka konik, cıvata, somun, pim, aģık ve aģık dikmesi gibi yardımcı parçalar da kullanılmaktadır. 1.5.1.Düğüm Noktaları (Küre Elemanlar) Uzay kafes Sistemin ana bağlantı elemanlarından biri olan çelik küreler DIN 17200 normuna uygun C1040 kalitesindeki çelik malzemeden, küre formunda ve sıcak dövme tekniği ile dolu gövdeli olarak üretilir. Kürelere projenin gerektirdiği kadar cıvata deliği açılır ve diģ çekilir. (ġekil 3.1) Çubuk uçlarındaki cıvataların kürelerde açılan deliklere bağlanmasıyla uzay kafes sistem tamamlanmıģ olur. Uzay kafes sistemler teģkil edilirken projelerde statik ve geometrik ihtiyaçlara göre 60,75, 90, 110, 130, 160, 190 mm çapında küreler kullanılırlar. Bir küre üzerine en fazla 18 adet delik açılabilir. Küre delikleri çubukların montajından baģka, servis yüklerinin uygulanması ve aģıkların montajı için de kullanılabilmektedir. Şekil 1.9. Uzay Kafes Sistemlerde Düğüm Noktası (Küre Eleman) 11
1.5.2.Çubuk Elemanlar (Borular) Uzay kafes sistemlerin ana bileģeni olan çubuklar, her iki ucuna konik elemanların gazaltı kaynak kullanılarak birleģtirildiği borulardan oluģurlar. (ġekil 3.2) Kullanım yüklerine göre çelik malzeme St37 veya St52 özelliklerinde olabilirler. Çekme ve basınç kuvvetleri, konik elemanlarla düğüm noktalarına aktarılır. Ayrıca birleģimde kullanılacak malzeme kalitesi en az boru kalitesinde olmalıdır. Tablo 1.1 Çubuklarda (Borularda) Enkesit Özellikleri 12
Şekil 1.10. Çubukta Montaj Numarası Yazılan Eleman ve Temas Yüzeyinin Artırılması 1.5.3.Konikler Yukarıda ġekil 3.2 de verilen kesitteki konik parçaların malzemesi boru malzemesiyle aynı kalitede olup, kaynak kabul etme özelliği yüksektir. Bu konik parçalar içi dolu silindirik malzeme olup, CNC tezgâhlarında, boru ve küre bağlantısını sağlamak için kullanılacak civataya uygun Ģekilde diģ açılır ve çubukların her iki ucuna gazaltı kaynak yöntemi kullanılarak tespit edilirler. Konikler üzerindeki diģ çapı ve diģ boyu çubuk kuvvetine göre hesaplanmaktadır. AĢağıda ġekil 3.4 te çeģitli konik tipleri verilmiģtir. Şekil 1.11. Konik Tipleri 13
1.5.4.Civatalar Civatalar, konik elemanlar içinde dönebilen ve çekme kuvvetlerini karģılayan birleģim aracıdır. Bu elemanların diģsiz kısmında delik açılmıģ olup diģli kısmıyla da küreye bağlantı yapılmaktadır. (ġekil 3.5) TitreĢimden etkilenmemesi için diģlerin sık olması gerekmektedir. Civatalarda, imalatı yapan ve ayrıca kalitesini bildiren yazı veya iģaretler bulunur. Tamamen mukavemet hesap sonuçlarına uygun kalitede ve boyutlarda seçilirler. Yapılan hesaplara göre 8.8 veya 10.9 kalitesinde uygun civatalar kullanılmaktadır. Kullanılan civataların teknik özellikleri aģağıda Tablo 3.2 de verilmiģtir. Şekil 1.12. Cıvata Tipleri (DiĢsiz kısmında delik açılmıģ) 1.5.5.Somun ve Pimler Somunlar uzay kafes sistemde, hem çubuklarla birlikte eksenel basınç kuvvetine karģı çalıģan, hem de montaj esnasında anahtar kullanılarak civatanın küreye sıkılmasını sağlayan parçalardır. (ġekil 3.2) Malzeme kalitesi en az St37 dir. Statik sistemde oluģan basınç kuvvetlerine göre somunların çap ve et kalınlıkları değiģir ve özel olarak imal edilirler. Hesaplanan kuvvetin büyüklüğüne göre malzeme kalitesi de artabilir. Pimler, civatalarda ve somunlarda bulunan deliklere takılarak civataların dönmesini sağlayan parçalardır. Pimlerin kuvvet taģıyıcı hiçbir özelliği yoktur. 14
1.5.6.Aşıklar ve Aşık (Eğim) Dikmeleri Çatı ve cephe kaplamaları ve derelerin uzay kafes sisteme bağlantısını sağlayan aģıklar, genellikler dikdörtgen kutu kesitli profillerden oluģur. Bazen I, Z ve U profilleri de kullanılabilir. AĢıklar uzay kafes sistemin üzerine eğim dikmeleriyle gerekli yükseklikte bağlanırlar. (ġekil 3.6) Malzemesi St37 olan aģıklara, çubuklara (borulara) uygulanan temizlik, boya ve galvaniz iģlemleri uygulanır. AĢık dikmeleri, uzay kafes sistemde çatı eğimini oluģturmak için üst baģlık kürelerine bağlanan yükseltme parçaları (eğim dikmeleri ) dır. Dikmeler, eğim yüksekliğine, bağlandığı küre çapına göre farklı boylarda olur. Çatı eğimi sistem tarafından oluģturuluyorsa, aģık dikmelerine gerek duyulmaz. Şekil 1.13. Düğüm Noktasında AĢık ve AĢık Dikmesi Detayları 1.5.7.Mesnetler Uzay kafes sistemlerde sistem stabilitesini sağlamak üzere, sabit ve kayıcı mesnetler oluģturulur. Mesnetler, ısı değiģimi ve diğer nedenlerden oluģacak hareketleri minimize edecekģekilde düzenlenirler. Mesnetlerin Ģekil ve boyutları sistem özelliklerine göre çok çeģitli olabilmektedir. Mesnetler, kürelerin altlarına kaynakla birleģtirilen yükseltme parçalarının kaynaklandığı plakalar ve bunların içerisinde hareket edebildiği flanģlardan oluģurlar. (ġekil 3.7) Statik sistem çözümüne göre sabit, bir yöne kayıcı veya iki yöne kayıcı olarak göz önüne alınan mesnetlerde, kayıcılıklarını sağlamak için sürtünme katsayısı çok düģük teflon malzemeden plakalar kullanılır. 15
Mesnet elemanları, uzay kafes sistemin en önemli bağlantı noktasıdır. Bu mesnet noktasının en iyi Ģekilde yerleģtirilmesi ve hesaplanması yapı güvenliği açısından son derece önemlidir. Şekil 1.14. Tipik Mesnet Noktası 16
Bölüm İki UZAY KAFES ANALİZİ 2.1 GİRİŞ Bu bölümde numune bir uzay kafes sisteminin analizi yapılmıģtır. Kafesimize belirlenen noktalardan kuvvet uygulayıp akma gerilmesi elde edilip emniyetli akma gerilmesine göre kafesimiz dizayn edilmiģtir. Analiz sırasında kafesimizde ulaģan deplasmanlar da gözlenmiģtir. Kafesimizin maliyeti açısından da emniyet gerilmesi baz alınarak bir çok denemelerde asgari çubuk çapları belirlenmiģtir. Bu çubuk çaplarıyla maksimum akma gerilmesinin altında kalan gerilmeye sahip uzay kafes sistemi oluģturulmuģtur. Emniyetli akma gerilmemiz 180 Mpa,uygulanan kuvvetimiz 1200 N, E=210 GPA v=0,3. Şekil 2.1. Analizi yapılan uzay kafes sistemi 17
2.2. ANALİZ AŞAMALARI Kafes sistemimiz bilgisayar ortamında ansys programı yardımı ile oluģturulmuģtur. Şekil 2.2. Kafes sistemimizin çizimi Şekil 2.3. Kafes sistemimizin mesh yapılmıģ görünümü 18
Şekil 2.4. Sabitleme yerleri Şekil 2.5. Analiz iģleminde kuvvetlerin verildiği noktalar 19
Şekil 2.6. Solution iģlemi Bu iģlemler 3 deneme için çubuk çapları değiģtirilerek tekrar tekrar yapılmıģtır. Bu denemelerin amacı emniyetli gerilmeye uygun boru çapına sahip uzay kafes sistemini oluģturmaktır. 20
2.3 ANALİZ SONUÇLARI VE YORUMLANMASI 2.2.1. Birinci deneme Ġlk denememizde çubuk çaplarımız D=5,75 mm seçilmiģtir. Analiz sonuçlarına bakarsak; Şekil 2.7. Kafesin seçitli bölgelerinde akma gerilmesi değerleri Şekil 2.8. Kafes sisteminde meydana gelen deformasyon 21
Ġlk denememizde meydana gelen akma gerilmesi 166,187 Mpa gelmiģtir. Bu gerilme miktarı emniyetli akma gerilmemizden küçüktür. Yani bizim için uygundur ama maliyet açısından çapı daha küçültebilme imkanımız var mı diye denemelerimize devam etmekte fayda vardır. 2.2.2. İkinci deneme 2. denememizde çubuk çapı D=5,25 mm seçilmiģtir. Analiz sonuçlarına bakarsak; Şekil 2.9. Kafesin seçitli bölgelerinde akma gerilmesi değerleri Şekil 2.10. Kafes sisteminde meydana gelen deformasyon 22
Bu analizde maksimum akma gerilmesi 186,081 Mpa gelmiģtir. Yani oluģan akma gerilmesi emniyetli akma gerilmesinden yüksektir. Tasarladığımız uzay kafes sistemi akmaya uğrayacağından çubuk çaplarını biraz daha artırarak 3. denememizi yapmamız gerekir. 2.2.3. Üçüncü deneme 3. denememizde çubuk çapı D=5,5 mm seçilmiģtir. Analiz sonuçlarına bakarsak; Şekil 2.11. Kafesin seçitli bölgelerinde akma gerilmesi değerleri 23
Şekil 2.12. Kafes sisteminde meydana gelen deformasyon 3. denememizde akma gerilmemiz 175,924 Mpa gelmiģtir. Bu gerilme değeri emniyetli akma gerilmesinden küçüktür. Yani kafesimiz emniyetlidir. Kafes sistemimizi bu çaplarda ürettiğimiz taktirde sistemimizde akmaya dayalı bir problem meydana gelmesi olası değildir. Tablo 2.1 Yapılan analizlerin sonuçları çap deformasyon miktarı akma gerilmesi emniyetli akma gerilmesi 1. deneme D=5.75 15,702 mm 166,187 Mpa 180 Mpa 2. deneme D=5.25 18,828 mm 186,081 Mpa 180 Mpa 3.deneme D=5.5 17,8 mm 175,924 Mpa 180 Mpa Sonuç olarak bilgisayar ortamında yapılan analizler sayesinde üretmek istediğimiz elemanları kolayca meydana getirebiliriz. Analizini yaptığımız kafes sisteminde de olduğu gibi kolay bir Ģekilde, tekrarlı denemelerle hem maliyet hem de mukavemet açısından en güvenilir sistemi elde edebiliriz. Bu iģlem sayesinde hem güvenilir, sağlam bir sistem hem de maliyeti açısından diğer çaplarda üretilenlere göre daha ucuz olan bir uzay kafes sistemi elde ettik. 24
KAYNAKLAR [1] BEDFORD A. and FOWLER W., 1995. Statics Engineering Mechanics. Wesley Publishing Company. 624p. [2] Makowski, Z.S., (1984), Space Structures of Today and Tomorrow, Space Structures (ed. H. Nooshin), Guildford, Elsevier. [3] UZKOM WEB SĠTESĠ, 2007. http://www.uzkom.com.tr [4] http://uzaykafessistemleri.net/ [5] http://web.deu.edu.tr/ansys/ 25