Yarın İş Başı...

Herkese Selamlar

Yarın Obel Cıvata’da makina mühendisi olarak iş başı yapacağım ve bu konu üzerine bir şeyler yazmak istiyorum. 2 senedir, gerek derslerin vesilesiyle olsun gerekse kendi öğrenme isteğimle olsun bilgisayar destekli mühendislik üzerine araştırmalar yaptım ve burada da çizimlerimi, analizlerimi ve projelerimi paylaştım. Bunu yapmamdaki amaç insanlara bazı konularda yardımcı olmaktı. Örneğin CFdesing programı ile ilgili çalışmalarım… Neyse konunun özüne gelelim. Artık mühendislik, bilgisayar ile yapılıyor bildiğiniz gibi. CAD (Computer Added Design), CAM (Computer Added Manufacturing) ve CAE (Computer Added Engineering) bilgisayar destekli mühendisliğin temelini oluşturuyor. CAD bilmek zaten artık her mühendiste olması gereken bir özellik. Bunun yanına ek olarak üretim işinde olacaksanız SolidCAM, Unigraphics, CamWORKS gibi yazılımları da bilmeniz gerekiyor. Eğer ürün tasarlayıp çalışma koşullarına göre ürün geliştirmek gibi işler yapıyorsanız, o zaman Ansys, Fluent, CFdesign, Comsol gibi programlar, Eğer bir üretim hattı kurmak ya da üretilen bir parçadaki hataları bulmak gibi işler yapıyorsanız, o zaman da DynaForm, Simufact.forming gibi programları bilmeniz gerekiyor. Yani mühendislik = bilgisayar bilgisi.

İş konusuna gelecek olursam, İşim daha çok fabrikanın yeni satın aldığı Simufact.forging programıyla kalıp ve parça analizleri yapmak olacak. Tabii bunları yapmak için kalıp bilgisi, malzeme bilgisi, yazılımın alt yapısı ve nümerik analizlerin yanında, analitik hesaplamalar gibi konularda da bir hayli kafa patlatacağım.

4. Sınıfa kadar herkes gibi genel bir eğitim aldım ve son sene “Plastik Şekil Verme” dersiyle mühendislik hayatıma bu şekilde yön vermiş oldum. Seçmeli derslerin çoğu bir halta yaramazken bir tek dersle bu şekilde bir başlangıç yaptım mühendislik hayatıma. Hadi hayırlısı diyelim. :)

Bu arada alan dışı konularda ve simufact.forging üzerine yapacağım çalışmalarla yazılarıma fırsat buldukça devam edeceğim.

Simufact.forming'den Ekran görüntüleri
.

Bir sonraki yazıda görüşmek üzere…

Kalın Sağlıcakla.

Güneş Enerjili Aile Bisikleti

Bisiklet, ulaşım sektöründe günden güne payını arttıran önemli bir araçtır. Gittikçe artan yakıt giderleri ve ulaşım masrafları bisikleti diğer ulaşım araçlarına nazaran daha cazip kılmaktadır. Ulaşım aracı olma özelliğinin yanı sıra, bisiklet, fosil yakıtların neden olduğu en büyük tehlike olan küresel ısınma ile mücadelede çok önemli bir rol üstlenmektedir. Aslında bisiklet, doğa ve insana karşı kendini sorumlu hisseden her birey için ekmek ve su kadar gerektir.

Mevcut fosil yakıt rezervlerinin giderek azalmakta oluşu, bilim dünyasını alternatif enerji kaynakları arayışına itmiştir. Bu bağlamda yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş ön plana çıkmaktadır. Sürmekte olan bilimsel araştırmalar, güneş enerjisi dönüşüm sistemleri elemanlarının verimini artırmak ve oldukça pahalı olan ilk yatırım masraflarını düşürerek güneş enerjisi kullanımını rağbet edilir kılmaya yöneliktir.

Bu çalışmada, doğa ve insan dostu bir araç olan bisiklet ile fotovoltaik sistemler vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüştürülen güneş enerjisinin birlikte kullanılması sonucu, insan gücü ve elektrik motoruyla hareket edebilen alternatif bir hibrit sistem tasarlanmıştır. Çalışmanın gerçekleştirilmesindeki asıl amaç, fosil yakıtların neden olduğu küresel ısınma tehdidine dikkat çekmek, yenilenebilir enerji kaynakları ve bisikletin sorunun çözümüne dair katkılarını ön plana çıkarmaktır.

Bu çalışma kapsamında, bisikletler ve fotovoltaik sistemler hakkında detaylı incelemeler yapılmış, matematiksel hesaplamalar gerçekleştirilmiş, paket programlar kullanılarak, üç boyutlu tasarım ve sonlu elemanlar yöntemiyle gerilme - şekil değiştirme analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları göz önüne alınarak tasarımda geliştirmelere gidilmiş olup dört kişilik bir ailenin güvenle seyahat edebileceği gezinti bisikleti tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Gerilme & Deplasman Analizleri

Şasenin Analizi
. .

Panel Sehpasının Analizi
. .

Motor & Akü Sehpasının Analizi
. .

Sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerde, Güneş Enerjili Aile Bisikleti tasarımının kuvvet altında oluşan gerilme ve şekil değiştirmesi incelenmiştir. Bulunan sonuçlar göz önüne alınarak tasarım üzerinde geliştirmeler yapılmış olup daha çok şehir merkezlerinde, %5 eğimli yerler ve düz arazilerde, yüksek hız - güç gerektirmeyecek durumlarda, maksimum dört kişilik bir ailenin güvenle kullanabileceği gezinti bisikleti tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Analiz sonuçlarına göre tasarımda oluşan gerilmeler malzemenin kritik dayanım değerlerinden çok küçük çıkmış olup, sistemin emniyet katsayısı 6.36 olarak belirlenmiştir.

Yücel KAÇAR ile birlikte yaptığımız bu tez ile öğrencilik hayatımın sonuna geldim. Hadi hayırlısı :)

Bir başka yazıda görüşmek üzere.
Kalın Sağlıcakla...

Sürgülü Vana - Kavitasyon Analizi

Herkese Merhaba

İçerisinden 5 m/s hızında su akan bir boru sisteminde bulunan DN=200 mm anma çapına sahip bir sürgülü vanada oluşabilecek kavitasyonun yerinin tahmini üzerine yaptığım analizleri burada sizlerle paylaşmak istiyorum.

Analizleri anlatmadan önce kavitasyonun ne olduğundan bahsedeyim.

Akışkanın hızının birden yükseldiği sistemlerde (örneğin vanalarda ve pompalarda) akışkanın basıncının, o bölgede doyma basıncına düşmesiyle akışkanda kısmi buharlaşmayla gaz baloncukları oluşur. Bu baloncukların oluşup patlamasıyla mikro yapıda şok dalgaları meydana gelir ve uzun süre zarflarında bu şok dalgalarının oluşturduğu hasara kavitasyon denir.

Aşağıya birkaç tane kavitasyon hasarı ile ilgili fotoğraf koydum. İşin ciddiyetini görün diye :)

Kavitasyon
. .

Gelelim analizlerimize. Analizleri Vananın %40, %20, %10 ve %5 açık olduğu durumlar için katı modeli sadeleştirerek yaptım. Aksi halde meshleme ve iterasyonlar çok zaman alıyor.

Size tavsiyem sadeleştirme yaparken simetrik problemleri, simetri düzlemlerine göre yarısını çizerek ve katı modellerde akışkanın geçmediği kısımları silerek yapmanız. Bu şekilde hızlı sonuçlar elde edebilirsiniz.

Problem…………………………….…………………..………Sadeleştirmelerden Sonra
.

%40 Açık Durum Hız Dağılımı....................................... %40 Açık Durum Kavitasyon Bölgesi
.

%20 Açık Durum Hız Dağılımı....................................... %20 Açık Durum Kavitasyon Bölgesi
.

%10 Açık Durum Hız Dağılımı....................................... %10 Açık Durum Kavitasyon Bölgesi
.

%5 Açık Durum Hız Dağılımı......................................... %5 Açık Durum Kavitasyon Bölgesi
.

Vananın %40 açık olduğu durumda gaz baloncukları oluşmuyor fakat diğer durumlarda, vana kapandıkça akışkanın geçtiği alan daraldığından debi korunumu gereği akışkanın hızı artıyor ve basınç, doyma basıncına kadar düşerek kısmi buharlaşma meydana geliyor.

Kısacası, vana sürekli olarak %20 civarı bir açıklığın altında kullanılırsa kapama armatürünün çıkış tarafına bakan yüzü zamanla çürüyecektir.

Ek olarak;

• Analizlerde kavitasyonun beklendiği bölgedeki meshi arttırmanız daha iyi sonuç almanızı sağlar.
• Tasarımda kavitasyonun olabileceği bölgelerde değişiklikler yapılıp analizler tekrarlanarak, sorunun çözülüp çözülemediği kontrol edilebilir.

Başka bir analizde görüşmek üzere...

Kalın Sağlıcakla...

Basit Bir Boru İçi Akış Analizi ile CFdesign, Fluent ve Comsol Çözümlemelerinin Karşılaştırılması

Herkese Merhaba

CFdesign, Fluent ve Comsol programlarının sonuçlarını karşılaştırmak için yaptığım bu boru içi akış analizini sizlerle paylaşmak istiyorum.

Problemde 90 derecelik bir dirseğe sahip 100 mm çapındaki borudan 20 C sıcaklığında ve 0,1 m/s hızında akan soğuk su ile, 50 mm çapındaki borudan 80 C sıcaklığında ve 0,2 m/s hızında akan sıcak su karışıyor.

Bu problemde çıkış sıcaklığını ve çıkış ortalama hızını hem analitik olarak Excelde, hem de nümerik olarak CFdesign’ da, Fluent’ te ve Comsol’ da hesaplattım.

Q = m.c.ΔT eşitliğini düşünürsek;

1. c sabiti 2 akışkan da aynı olduğu için denklemlerde sadeleşiyor.
2. m (kütle) yerine de A.V (Alan x Hız) yani hacimsel debiyi kullanabiliriz.
3. ΔT yerine de direkt olarak T değerini alabiliriz.

Değiştirilmiş denklem ile Q = A.V.ΔT oluyor. Yani akan akışkan debilerini sıcaklıklarıyla çarpıp topladığımızda çıkan enerjiyi toplam enerji gibi düşünebiliriz. Bu değeri toplam debiye yani çıkış debisine böldüğümüzde de çıkan değer çıkış sıcaklığı oluyor.

İşlemleri içeren Excel dosyasını aşağıdaki linkten indirebilirsiniz.
Tıkla İndir

Çıkış Değerleri (Excel Hesaplamaları)


Gelelim nümerik analizlere. Öncelikle CFdesign’ ın sonuçlarına bir bakalım. Excel’deki analitik çözümlerden çıkış sıcaklığının 40 C ve çıkış ortalama hızının 0,15 m/s çıkması gerektiğini biliyoruz.

CFdesign Hız Dağılımı………………………………..……....CFdesign Sıcaklık Dağılımı
.

CFdesign Ort.Çıkış Hızı...........CFdesign Çıkış Sıcaklığı
.
CFdesign sıcaklığı %0,002 hata ile 39,92 C olarak, hız değerini ise %0,0002 hata ile 0,147 m/s olarak hesapladı.

Fluent’te sonuçlara bakalım.

Fluent Hız Dağılımı……………………………….....………..Fluent Sıcaklık Dağılımı
.
Fluent sıcaklığı %0,02 hata ile 312,40 K (39,25 C) olarak, hız değerini ise %0,09 hata ile 0,164 m/s olarak hesapladı.

Son olarak da Comsol’ da sonuçlara bakalım

Comsol Hız Dağılımı…………………………….....……..…..Comsol Sıcaklık Dağılımı
.
Comsol sıcaklığı 44.03 C ile 36.16 C arasında lineere yakın bir dağılımla ortalama 40,09 C olarak %0,002 hata ile, hız değerini ise %0,0004 hata ile 0,156 m/s olarak hesapladı.

Hesaplanan değerler gerçek değerlere çok yakın. Programlar arasında kıyas yapacak olursak CFdesign kullanım olarak çok rahat. Arayüzü kullanıcı dostu. Birkaç tıkla işlerinizi çok rahat halledebiliyorsunuz. 125 iterasyon ile gerçek değerlere çok yakın sonuçlar elde edebildim. Süre olarak da mesh yapısına bağlı olarak çözüm süresi Fluent’ e kıyasla biraz daha uzun oluyor. Fluent’ e gelecek olursak arayüz olarak uğraştırıcı. Ortalama değerleri hesaplatmak için CFdesign’da “Wall” seçeneği ile çabucak değerleri okudum ama Fluent’ te böyle bir seçenek bulamadım. Ayrıca CFdesign kullanıcıya girecek pek bir değer bırakmıyor. Sadece sınır koşullarını ve malzemeleri giriyorsunuz. Ama Fluent’te mesh yaparken sınırlara isim vermek gerekiyor. Türbülans değerlerini her sınır koşulunda tekrar giriyorsunuz. Birkaç tane de ne olduğunu anlamadığım, tutorialın birinden bakarak yaptığım ayar var tabii :) Comsol’ da da işler biraz karışık ve mesh yapısı CFD uygulamalar için özel bir yapı barındırmıyor. Mekanik analizler için elverişli olan tetrahedral mesh yapısı atmak zorunda kaldım. İterasyon sayısını girmeden yakınsama yaparak çözüme ulaşıyor sanırım. Comsol 40 iterasyonla sonuçları elde edebildi ama işlemler CFdesign’a ve Fluent’e kıyasla biraz daha uzun sürdü.

Toparlayacak olursak, CFDesign doğru kullanıldığı sürece doğru sonuçlar veriyor ve program yazarları arayüzde hata yapacak pek bir şey bırakmamış, Fluent, Ansys bünyesine katıldıktan sonra biraz kullanılabilir olmuş ama hala kullanıcı dostu değil, Comsol ise CFD mesh yapısına sahip mi tam olarak bilemiyorum, çok inceleme fırsatım olmadı ama sonuçları değerlendirmede Fluent’ten iyi CFdesign’dan kötü diye düşünüyorum. Arayüzü kısmen kullanıcıya yardımcı oluyor.

Ek olarak;

• Fluent’teki ve Comsoldaki değerler ortalama değer olarak (CFdesign’daki “Wall” özelliği gibi) hesaplanırsa daha gerçeğe çok daha yakın değerler çıkacaktır.
• 3 programda türbülans modeli biraz fark gösteriyor sanırım. Bundan kaynaklı, sonuçlar biraz farklı çıkmış olabilir.
• Analiz yaparken tasarımlar sadeleştirilmelidir. Simetrik bir problem olduğu için modelin yarısını çizip simetri eksenini programlarda göstererek hesaplamalar yaptım. Diğer türlü 2 kat mesh, bu da 2 kat hesap zamanı demek oluyor.
• Soğuk su borusunu bilerek biraz uzun çizdim. Kısa olduğu zaman akışkan termik dengeye ulaşamadan borudan çıkıyor.
• Bu analiz için gerek duymadım ama giriş boru uzunlukları da tam gelişmiş akım için biraz daha uzun çizilebilir.
  

Bir başka analizde görüşmek üzere…
Kalın Sağlıcakla…

Basit Bir Eğilme Analizinde Mesh Yapısının Değişiminin Analiz Değerlerine Olan Etkisi

Herkese Merhaba

Ansys’te ve ya diğer sonlu elemanlar programlarında analiz yaparken çoğumuzun dikkat etmediği “mesh yapısı” üzerine birkaç analiz yaptım.

Ansys’ te mesh eleman boyutu, analiz yaparken otomatik olarak “Course” atanıyor. Bu aşama da Course, Medium ve Fine olmak üzere 3 seçenek var. Ayrıca “Default” sekmesine mm cinsinden mesh elemanı kenar uzunluğu girilmesi de 4. bir seçenek olarak görebiliriz.

Bu çalışmada, 1 m uzunluğundaki bir I profilli kirişe uygulanan 50 kN’ luk tekil yükün oluşturduğu gerilmeyi, mesh yapısının değiştirerek hesaplattım ve sonuçlar arasındaki farkın ne kadar olacağını inceledim.

Ayrıca karşılaştırma yapma açısından mukavemet dersi notlarından basit eğilme durumu için gerilme ve deplasman denklemlerini kullanarak analitik çözümleri de Excel’ de yaptım.
Sonuçlar aşağıda

Mesh Yapısı Course................Gerilme..................................Deplasman
. .

Mesh Yapısı Medium...............Gerilme..................................Deplasman
. .

Mesh Yapısı Fine....................Gerilme..................................Deplasman
. .

Mesh Yapısı 0,005 mm............Gerilme..................................Deplasman
. .

Analitik çözümlerde hesapladığım 106,9 MPa’lık max. gerilme, analizlerde oluşması gereken yerde yani kirişin ankastre olarak sabitlendiği noktanın hemen üst yüzeyinde bütün durumlar için görülebiliyor. Ama analizlerde max. değerler bu noktada oluşmuyor. Ve mesh yapısını sıklaştırdıkça, max. gerilme değerleri de artıyor. Mesh eleman sayısı arttıkça analizin daha gerçeğe yakın çıkması gerekirken sonuç gerçek değerden uzaklaşıyor.

Özetleyecek olursak eleman sayısını arttırmak hem çözüm süresini uzatıyor hem de gerçek değerden uzak bir sonuç çıkartıyor.

Analitik çözümleri indirmek için:
Basit Eğilme - Gerilme & Deplasman Excel Hesaplamaları Tıkla İndir

Bu programlara nedense hala güvenemiyor. Şimdilik sadece dersleri geçmemizi sağlıyor. :)
Neyse umudum hala var. :)

Kalın Sağlıcakla…

ABU ROBOCON 2012 - Robot Tasarımları

Herkese Merhaba

Makina Projesi II dersi için bir dönem boyunca üzerinde çalıştığımız robot tasarımlarımını sizlerle paylaşmak istiyorum.

Bu projede ABU ROBOCON 2012 Robot Yarışması için Manual, Automatic ve Collector Robot tasarımları gerçekleştirilmiştir. Proje kapsamında öncelikli olarak emniyetli, üretimi kolay, hafif ve ucuz sistemlerin tasarlanması hedeflenmiştir. Bu kriterler göz önüne alınarak kaynak, döküm vb. üretim yöntemleri yüksek maliyet, işçilik ve üretim zorlukları nedeniyle tercih edilmemiş olup, montaj ve demontaj kolaylığı da düşünülerek standart bağlantı elemanları ve malzeme profillerinin kullanılmasına özen gösterilmiştir.

Yarışma kuralları kapsamındaki boyut sınırlamaları dikkate alınmış olup, biribiri ile ilişkili çalışan robotların boyutsal uyumu titizlikle gerçekleştirilmiştir.

Robotlarda kullanılan motorlar ve batarya tipleri her üç robot için ortak seçilmiştir. Tasarımlarda kullanılan motorlar DC ve Step motorlardır. Servo motorlar fiyatlarının yüksek oluşu nedeniyle tercih edilmemiştir. DC motorlar hareket ve yük kaldırma-indirme görevlerini gerçekleştirmektedir. Manual ve Collector robotların üzerinde birer adet tutucu kol (gripper) mevcut olup, bu kollardaki açılı hareket için birer adet Step motor kullanılmıştır.

Automatic Robot’un fonksiyonunu yerine getirebilmesi için kremayer dişli, sonsuz vida milli ve kayış - kasnak mekanizmaları ayrı ayrı tasarlanmış olup, yapılan ağırlık ölçümleri ve sonlu elemanlar yöntemiyle dayanım hesaplamaları neticesinde kayış – kasnak mekanizması üstünlükleri nedeniyle tercih edilmiştir.

Her bir robotun sonlu elemanlar yöntemi ile ANSYS ve SolidWorks’te mukavemet analizleri gerçekleştirilmiş olup gerilme ve uzamaların maksimum olduğu hatalı kısımların optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.

Projenin toplam maliyeti mümkün olduğunca düşük tutulmaya çalışılmıştır. Herbir robotun maliyetleri ayrı ayrı araştırılıp, daha ucuza mal etme ve tasarımın basitliği açısından ortak standart eleman ve parçaların kullanılmasına özen gösterilmiştir. Tasarımlarda standart makine elemanları ve malzeme profillerinin kullanımı, kolay temin edilebilirlik ve ucuzluğun yanısıra montaj-demontajda zamandan tasarruf ve işçilik maliyetlerinden kazanç sağlamıştır.

Robotların Genel Görünümü



Automatic Robot..............................Manual Robot.................................Collector Robot

. .

Robotların elektronik aksamları bundan sonraki aşamada Elektrik-Elektronik mühendisliği öğrencilerine düşüyor. :)

Kalın Sağlıcakla...