Basit Bir Kiriş Modelinde Optimizasyon İle Malzeme Tasarrufu

Herkese Selamlar

200 kN yük taşıyan 3 kirişli basit bir platformun Ansys v11 “Shape Optimization” analizi ile tekrar karşınızdayım.

Öncelikle biz mühendislerin işinin en az malzeme ile en dayanıklı ürünü/yapıyı en ucuza mal etmek olduğunu hatırlatmak istiyorum. Bu analiz ile eğilmeye maruz kalan bir kirişi nasıl optimize edebiliriz onu göreceğiz.

Şimdi aşağıdaki şekilde 3 tane kirişimiz var ve üstünde 200 kN ağırlığında bir yükümüz var. Analiz sonucunda her bir kirişte maximum gerilme 125 MPa olacak şekilde yük emniyetle taşınıyor. Ve her bir kirişin kütlesi bu aşamada 20,2 kg.

Bu yüklemeyi Ansys de yapalım ve kirişte, çıkarılmasında sakınca olmayan bölgeleri görelim.

Tasarıma geri dönüp kirişimizi bu analizdeki gibi optimize edelim. Ayrıca gerilmenin biraz artmasına göz yumarsak, kirişler için sıkça kullanılan yuvarlak boşaltma işlemi de yapıp malzeme kazancını artırılabiliriz.

Eski kiriş & Yeni kiriş

Yeni kirişler ile aynı analizi tekrar yapalım.

Görüldüğü gibi maximum gerilme 125 MPa’dan 155.1 MPa’a çıktı ve emniyet katsayımız 1,6’dan 1,33’ e düştü.

Ama yeni kiriş modeli ile her bir kirişin kütlesi 14,2 kg’ a düştü. Yani bir platformda 6 kg’dan 3 kiriş için toplamda 18 kg malzeme kazancı sağlandı.

Seri üretim yapan bir işletme için bu, çok ciddi bir tasarruf demek oluyor. Ve böyle işletmelerde büyük paralar kazandıran mühendislerin yüksek ücretler aldığını unutmayın :)

Son olarak eklemek istediklerim şunlar:

• Deliklerin uçlarına pah kırılmalı,
• Köşeler yuvarlatılmalı,
• Kazanılan malzemenin birim fiyatı, delik delme işlemleri için harcanan enerji ve iş gücü sarfiyatının birim fiyatından fazla olmalı,
• Delik çevresinde çentik etkisi önlenmeli
• Kaynak kalitesi kontrol edilmeli
• Standartlara uyulmalı
• Emniyet faktörünin bu tip yüklemelerde kaç alınmasının gerektiğinin araştırılıp platform için maximum yük sınırı belirlenmeli
  

Kalın Sağlıcakla...

Basit Bir Isı Değiştirici Tasarımı İle Isıl Analiz (CFdesign)

Herkese Selamlar

SolidWORKS’ te modellediğim, CFdesign da ısıl analizini yaptığım ısı değiştiricimi sizinle paylaşmak istiyorum. Analizi anlatmaya başlamadan önce “Isı Değiştirici”nin ne olduğundan bahsedelim.

Isı değiştirici için kısaca; “Temel olarak bir kap içerisinde bulunan belli sayıda ve belli çaptaki borular sayesinde bir akışkanın enerjisinin diğer akışkana aktarılmasını sağlayarak yerine göre ısıtmayı ya da soğutmayı sağlar.” diyebiliriz.

Sistemimiz şöyle;

Bir tane kazanımız var ve içerisinde bir tane kıvrımlı (ısı geçecek yüzeyi artırmak için) bakır borumuz var. Kazana T=25 C sıcaklığında ve V=1 m/s hızında soğuk suyumuz giriyor ve içerisinde T=150 C sıcaklığında ve V=2 m/s hızında (hızlar zıt yönlü) kızgın su akan boruya çarpıyor. Bu esnada sıcaklık farklarından dolayı ısı transferi gerçekleşiyor ve Soğuk su ısınıyor.

Isı Değiştirici Genel Görünüm

Sıcaklık Değişimi

.

Hız Değişimi

.

Boru Çıkış Sıcaklığı........................................................Kazan Çıkış Sıcaklığı

.

Yapılan analizde boru çıkış sıcaklığı 64 C civarında, kazan çıkış sıcaklığı 65 C civarında bulundu. Değerlerin birbirine bu kadar yakın olmasının sebebi boru içerisindeki akışın ısıl dengenin kurulmasına fırsat verecek kadar yavaş olmasıdır.

Borudaki akışkanın hızını 2 m/s’den 20 m/s’ye çıkarıp analizi tekrarlayalım.

Sıcaklık Değişimi

.

Yapılan yeni analizde boru çıkış sıcaklığı 138,5 C civarına yükseldi. Akışkan çok hızlı aktığı için ısıl dengeye ulaşamadan kazan içerisinden çıkmak zorunda kaldı ve sıcaklığının çok az bir miktarını kazandaki suya aktarabildi.

Burada amacımız kazandaki suyu ısıtmak olduğu için bizim için kazan çıkış sıcaklığı önemli.

Kazan çıkış sıcaklığını istediğimiz değere getirmek için yapabileceklerimiz;

• Giriş sıcaklıklarını ya da hızlarını değiştirmek
• Boru sayısını ya da çapını değiştirmek
• Giriş ve çıkışları yerini (tasarım üzerinden) değiştirmek
• Kazan boyutlarını değiştirmek
• Boru kıvrımının tasarımını değiştirmek

Bu bahsettiğim değişikliklerle kazan çıkış sıcaklığını istediğiniz aralığa çekebilirsiniz.

Bir başka yazıda görüşmek üzere…

Basit Bir Otomobil Modeli İle Dış Akış Analizi (CFDesign)

Herkese Selamlar

T boruda iç akış analizinden sonra yine bir akış analizi ve yine CFDesign ile karşınızdayım. Bu kez akışımızın türü dış akış. Biliyorsunuz ki günlük hayatta bütün cisimler havayı yararak ilerliyor. Bu havayı yararak ilerleme işi tabii ki cisimler üzerine tepki kuvveti olarak yansıyor ve iyi bir aerodinamik yapıya sahip olmayan cisimlerde bu tepki kuvveti, tıpkı sürtünme kuvveti gibi enerji yok oluşuna sebep oluyor. Ve enerji verimliliği de günümüzün en önemli konularından biri olduğu için, kaybolan enerjiyi minimuma indirip, verimliliği maksimize etmek biz mühendislere düşüyor.

Şimdi basit bir otomobil modelleyip, modelimizi dış akışa maruz bırakalım.

İşte aracımız:



Bunlarda dış akış sonuçları:

Hız Dağılımı..................................................................Basınç Dağılımı
.

Akışkanın İzlediği Yol....................................................Türbülansın Oluşumu
.

Ölçüleri ve geometriyi düzgün ayarladıktan sonra hangi yüzeyde, hızın ve basıncın ne kadar olduğunu hesaplayabilirsiniz.

Bu örnekte geometri gerçek modeli yansıtmadığı için akışkanın nasıl davrandığını ilgili skalalardaki renk değişimlerine bakarak görsel olarak inceledim. Yani skalalardaki sayısal değerlerin bir önemi yok.

Bu yazıda işimiz renklerleydi. İşimizin sayılarla olacağı başka bir analizde görüşmek üzere…

Çözümlü Bir Mukavemet Sorusu ile SolidWORKS Analizinin Karşılaştırılması

Herkese Selamlar

Bilgisayarda yapılan analizlerin ne kadar gerçek olduğunu görebilmek için
çözümlü mukavemet sorularından basit birini SolidWORKS' te modelleyip analizini yaptım.

Örnek soruda G = 105 GPa olan malzeme için, F=58 kN kuvveti altında oluşacak deplasmanın 3 mm olması durumunda üst kısmın çapının ne olması gerektiğini soruyor ve Çapı 16.52 mm buluyor.



Şimdi soruyu SolidWORKS'e uyarlayalım.

Tasarım aşamasında çözümlü soruda bulunan çap değeriyle problemdeki modeli tasarlıyoruz. Oluşturduğumuz model üzerinden yapacağımız deplasman hesabında değerin 3 mm çıkması gerekiyor ve analizde çıkan değer 2,988 mm. Hata oranı % 0,4 ve ihmal edilebilir düzeyde.

Yani SolidWORKS' ün analizine güvenebiliriz :)

Ekran Görüntüleri

.

.

Başka bir yazıda görüşmek üzere...

T Borudaki Suyun Hız ve Sıcaklık Analizi (CFDesign)

Herkese Selamlar

Yaz stajımdan bu yana üstünde çalıştığım ve sonunda aşama kaydedebildiğim CFDesign V10 adlı akışkan analizi programından sizlere biraz bahsetmek istiyorum. Fluent günümüzde bu konudaki en yaygın program ama CFDesign’ ın da ileride hak ettiği yere geleceğini düşünüyorum ve lafı daha fazla uzatmadan örnek bir problemle programı anlatmaya başlıyorum.

Bir T bağlantımız var. 2 koldan da su 15 m/s hızla geliyor, birleşip üst borudan yoluna devam ediyor ve bir tarafın sıcaklığı 120 derece (kızgın su) iken, diğer tarafınki 20 derece. Boru çapları da her yerde eşit. Böyle bir durumda en basitinden ortalama değer mantığıyla, suyun sıcaklığının 70 derece ve hızın (çaplar dolayısıyla debiler eşit) 30 m/s olacağını ve hızın artmasıyla da basıncın azalacağını biliyoruz.

Şimdi bunu bir de CFDesign’ da görelim.

• Öncelikle problemi modelliyoruz. Herhangi bir CAD programında çizdiğimiz modelimizi parasolid (.x_t uzantılı) uzantılı olarak kaydediyoruz. (Parasolid bütün CAD programlarının gördüğü ortak bir uzantıdır ve programlar arası geçişte sorun çıkarmaz.)

• Sonra CFDesign’da açıyoruz. Boundary sekmesinden sınır koşullarını veriyoruz. (Hızları ve sıcaklıkları girişlere veriyoruz. Üst çıkışa da basınç değeri olarak 0 veriyoruz)

• Material sekmesinden Dış malzemeyi demir, akışkanı su alıyoruz.(Bu aşamada borunun iç kısmını programın görebilmesi için boru uçlarının kapalı olması gerekiyor. (SolidWorks Help dosyasında “Creating the Lids” diye aratıp oradaki şekilde yapabilirsiniz.)

• İterasyon sayısını 100 yaparak “Go” sekmesini tıklayıp analizi başlatıyoruz.

• Result sekmesinde görsellikle ilgili ayarları ayarlayıp sonuçlara bakıyoruz. (Bu kısım çok detaylı olduğu için değinemiyorum.)

Ekran Görüntüleri

Sınır Koşulları.............................................................Malzeme Seçimi

Hız Değişimi

Sıcaklık Değişimi

Basınç Değişimi..........................................................Akışkanın İzlediği Yol

Sıcaklık Değişim Grafiği..............................................Hız Değişim Grafiği

Sonuçlar tahmin edildiği gibi sıcaklık için 70 derece ve hız için 30 m/s çıktı. Bu problemi daha karmaşık hale getirip birden fazla bağlantı yapabilir, çapları ya da sınır koşullarını değiştirebilir, farklı malzeme ve akışkan kullanabilirsiniz.

Burada amacım CFDesign hakkında internette İngilizce kaynak bile çok azken Türkçe birkaç açıklama yapmaktı. Umarım okuyanlara yararlı olmuştur.

Bir başka yazıda görüşmek üzere…

Kalın Sağlıcakla.

Basınçlı Kap (Tasarım & Analiz)

Herkese Selamlar

Makina Elemanları I dersi ödevi olarak hazırladığım basınçlı kap projemi sizlerle paylaşmak istiyorum. Burada vereceğim bilgiler tamamen böyle bir proje için yapılması gereken genel hatları kapsıyor. Bu iş çok ciddi detayları olan, kapsamlı, standartlara uyularak yapılması gereken ve piyasanın iyice araştırılmasını gerektiren bir iştir.

Kısaca, makina müh. öğrencisiyken genel bilgi edinin diye paylaşıyorum. Zaten olur da mezun olduktan sonra bu işi yapan bir firmada çalışırsanız o zaman detayını uygulayarak, görerek öğrenirsiniz :)

Sırayla Yapılması Gerekenler

• Malzemeyi belirleme (Düşük karbonlu çelikler, kaynak kalitesi için)
• Cidar kalınlığını hesaplama (Kaynak faktörü 0,85 ve ya 0,9 Emniyet faktörü=3.2 alınmalı)
• İstenen hacme göre çap belirleme
• Gövde ve yan kapakları tasarlama (Piyasa standartlarına uygun yapılmalı)
• Giriş, çıkış ve nozulları tasarlama (Piyasa standartlarına uygun yapılmalı)
• Analiz yapma ve gerilmenin fazla olduğu yerlerde tasarımı düzeltme

Burada dikkat edilmesi gereken diğer bir husus da kaynak konstrüksiyon ilkeleridir.

• Kaynaklar üst üste binmemeli
• Kritik yerlere kaynak çekilmemelidir.

Ayrıca Mustafa AKKURT'un "Makina Elemanları Çözümlü Sorular" kitabında basınç altındaki civata-somun ile birleştirilmiş kapaklar ile ilgili örnek sorular var. Bu örnekler sayesinde civata sayısının belirleyip kullanmanız gereken civata çapını ya da kullanacağınız civata çapını belirleyip o basınç altında kaç tane civata kullanmanız gerektiğini de bulabilirsiniz. Bu bahsettiklerim slaytlarda ve katı modellerde mevcut değil ne yazık ki. :)

Genel Görünüm.........................................................SolidWorks'te 8 MPa Basıncının Uygulanması


Oluşan Gerilemeler (SolidWorks)................................ Oluşan Gerilmeler (Ansys)




Kalın Sağlıcakla!