5. Başlangıç Kararları

1. 5. BaşlangıçKararları

2. Başlangıç KararlarıGenel Bakış • ANSYS deki analize başlamadan önce, birkaç karar vermeniz gerekiyor, örneğin ihtiyaç duyulan analiz tipi ve kurmak isteğiniz modelin tipi. • Bu bölümde , bazı karar verme proseslerini tartışacağız.Buradaki amaç analize direkt başlamak yerine planlamanın ne kadar önemli olduğunu sizlere göstermektir. • Ele alınan konular: • A. Hangi analiz tipi ? • B. Neyi modellemek? • C. Hangi eleman tipi? 001289 30 Nov 1999 5-2

3. Başlangıç KararlarıA. Hangi analiz tipi? • Analiz tipi genellikle aşağıdaki disiplinlerden birine bağlıdır : YapısalKatı cisimlerin hareketi, katı cisimdeki basınç, yada katı cisimlerin teması TermalUygulanan ısı, yüksek sıcaklıklar, yada sıcaklıkdaki değişimler ElektromagnetikElektrik akımına bağlı aletler (AC yada DC), elektromagnetik dalgalar, ve voltaj AkışkanGaz veya akışkanların hareketi, ya da taşınılan gaz veya akışkanın Birleştirilmiş AlanYukarıdaki anlatılanların bir kombinasyonu • Bu tartışmada yapısal analize odaklanacağız. 001289 30 Nov 1999 5-3

4. Başlangıç Kararları...Hangi analiz tipi? • Yapısal analizi seçtiğiniz zaman bir sonraki sorular şöyle olur: • Statikyada dinamik analiz? • Lineer yada lineer olmayan analiz? • Bunlara cevap vermek için , ne zaman bir cisme bir yükleme yapılacaksa, bu üç tip kuvvete bağlıdır : • statikkuvvetler • Atalet kuvvetkeri (kütleye bağlı) • Yavaşlatma kuvvetleri 001289 30 Nov 1999 5-4

5. Statik vs. Dinamic Analiz Statik analiz sadece katılık kuvvetlerinin anlamlı olduğunu varsayar. Dinamik analiz bu üç tip kuvveti göz önüne alır. Örnek olarak , yüzücülerin kullandığı tramplen analizini göz önüne alalım. Eğer yüzücü sabit üzerinde duruyorsa, statik analiz yapmak yeterlidir. Ama yüzücü tramplen üzerinde yukarı aşağı zıplıyorsa, dinamik analiz yapmak gerekir. Başlangıç Kararları...Hangi analiz tipi? 001289 30 Nov 1999 5-5

6. Başlangıç Kararları...Hangi analiz tipi? • Atalet ve yavaşlatma kuvvetleri,uygulanan yükler zamanla hızla değişiyorsa anlamlıdır. • Bu yüzden zamana bağlı yüklemeleri kullanmak statik ve dinamik analizini seçmek için iyi bir yoldur. • Eğer yükleme uzun zaman boyunca sabit ise statik analizi seç. • Değil ise, dinamik analizi seç. • Genel olarak , eğer tahrik frekansı,yapnın en düşük doğal frekansının 1/3’ünden daha az ise statik analiz kabul edilebilir. 001289 30 Nov 1999 5-6

7. Gerilme Elastik modül (EX) Genleme Başlangıç Kararları...Hangi analiz tipi? Lineer vs. Lineer olmayan analiz • Linear analiz yüklemenin,yapının sertliğinde ihmal edilebilir değişiklikler yarattığını farz eder. Tipik karekteristikler: • Küçük sapmalar • Elastik limit sınırında gerilmeler ve genlemeler 001289 30 Nov 1999 5-7

8. Gerilmeler Genlemeler Başlangıç Kararları...Hangi analiz tipi? • Linear olmayan analiz de iseeğer yüklemeler yapının sertliğinde belirgin değişimler yaratıyorsa kullanılır.Sertliğin belirgin olarak değişmesinin tipik sebepleri : • Elastik limitin ötesinde genleme • Büyük sapmalar , örneğin balık tuttuğumuz oltalar gibi • İki parça arasına temas 001289 30 Nov 1999 5-8

9. Başlangıç KararlarıB. Neyi modellemek? • Çoğu modelleme kararları analiz modeli kurulmadan önce yapılır : • Ne kadar detay içermeli? • Simetri uygulanmalı mı? • Gerilmeler? 001289 30 Nov 1999 5-9

10. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? Detaylar • Önemli olmayan küçük detaylar analiz modeline eklenmemelidir.Böyle şeyleri CAD sisteminden ANSYS gönderirken engel olabilirsiniz. • Bazı yapılar için , analizinizin amacına göre küçük detaylar mesala büyük gerilme yaratan küçük delikler önem kazanabilir. 001289 30 Nov 1999 5-10

11. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? Simetri • Bazı yapılar bazı şekilde simetriktirler ve sadece profilin modellenmesine izin verir. • Simetri modelinin kullanılmasının temel avantajları : • Genellikle modelin yaratılması kolaydır. • Daha iyi ve detaylı bir model yapımına izin verir. 001289 30 Nov 1999 5-11

12. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? • Simetrinin avantajını kullanmak için , aşağıdakilerin hepsi simetrik olmalıdır: • Geometri • Materyal özellikleri • Yükleme şartları • Simetrinin değişik tipleri mevcuttur: • Asimetri • Rotasyonel • Düzlemsel yada yansıtıcı • Tekrarlayan 001289 30 Nov 1999 5-12

13. Asimetri Merkez eksendeki simetridir , örnek olarak ampuller, düz borular , yuvarlak tabaklar. Simetri düzlemi yapının herhangi bir yerinin kesitidir. Bu yüzden sadece 2-D bizim için yeterli olacaktır— böylelikle modelden çok şekilde tasarruf etmiş olacağız! Yüklemede çoğu olaylarda asimetrik olarak kabul edilir. Ama eğer değilse , analizde lineer ise, yüklemeler bağımsız çözümler için harmonik bileşenlerine ayrılabilir. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? 001289 30 Nov 1999 5-13

14. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? Rotasyonel simetri • Merkez eksende ayarlanmış tekrarlanan segmentlerdir, türbün rotorlarında olduğu gibi... • Sadece yapının bir segmentinin modellenmesi gerekir. • Yüklemede ayrıca eksende simetrik olduğu farz edilir. 001289 30 Nov 1999 5-14

15. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? Düzlemsel yada yansıtıcı simetri • Yapının bir yarısının aynada yansıması diğer yarıyı gösterir. Ayna ise simetri düzlemidir. • Yükleme simetrik olabilir yada olmayabilir. Bu model hem yansıtıcı hemde rotasyonel simetriyi aynı anda gösterir 001289 30 Nov 1999 5-15

16. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? Tekrarlayan simetri • Tekrarlayan segmentler düz bir çizgi halindedir, soğutma paletlerine sahip uzun bir boruyu örnek verebiliriz. • Ayrıca yüklemede modelin uzunluğu boyunca tekrarlanan şekilde farz edilir. Bu model tekrarlanan simetriyi gösterir 001289 30 Nov 1999 5-16

17. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? • Bazı durumlarda , sadece bazı detaylar yapının simetrisini karışıklık içine iter. Siz bu detayları daha küçük bir model kullanmanın getireceği kar ile göz ardı edebilirsiniz. Böylelikle doğruluktan ne kadar uzaklaştığınızı tahmin etmek güçleşir. 001289 30 Nov 1999 5-17

18. P s = P/A As A  0, s  Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? Gerilme tekilliği • Gerilme tekilliğisonlu eleman modelinde öyle bir yerdir ki gerilme değeri sınırlı değildir (sonsuz). Örnekler: • Nokta yüklemesi , örneğin uygulanan kuvvet yada moment • İzole edilmiş sınırlanmış nokta,burada reaksiyon kuvvetleri nokta yüklemesi gibi davranır • Keskin bir köşe • Ağ yoğunluğu inceldiği zaman, gerilme • değeri artar ve hiç bir zaman birbirine • yaklaşmaz. 001289 30 Nov 1999 5-18

19. Gerçek yapılar gerilme tekilliği taşımazlar. Bunlar modelin tahminlerini basitleştirmek için yaratılmış kurgulardır. Öyleyse gerilme tekilliği ile nasıl uzlaşacağız? Eğer ilgilenilen bölgeden çok uzak bir yerde iseler ,sonuçları gözden geçirirken etkilenen bölgeyi aktif durumdan çıkararak kısaca göz ardı edebilirsiniz. Eğer ilgilenilen bölgede iseler, doğru hareketler yapmanız gerekir, mesela: Eşdeğer basınç yüklemeli bir nokta kuvveti yerleştirilir. “Dışarı yayılma ”bir grup düğüm üzerinden yerdeğiştirme sınırlaması. Başlangıç Kararları...Neyi modellemek? 001289 30 Nov 1999 5-19

20. Başlangıç KararlarıC. Hangi Eleman Tipi? • Analize başlamadan önce vermeniz gereken önemli bir karardır. • Tipik konular şunlardır: • Hangi eleman kategorisi? Katı, kabuk v.b. • Eleman sırası. Lineer yada dörtgensel. • Ağ yoğunluğu. Genellikle analizin amaçları doğrultusunda belirlenir. 001289 30 Nov 1999 5-20

21. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? Eleman kategorisi • ANSYS bir çok değişik eleman kategorisi sunar. Bunlardan en çok kullananları : • Çizgi elemanları • Kabuklar • 2-D katılar • 3-D katılar 001289 30 Nov 1999 5-21

22. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Çizgi elemanları: • Kirişelemanları civataları modellendirmek için , tübüler , C-kesitleri, açı demirlerini, yada herhangi uzun , ince elemanlarda eğilme gerilmelerinin ihtiyaç duyulduğu yerlerde kullanılır. • Direk elemanları yayların,civataların modellenmesinde kullanılır. • Yay elemanları ise yayların, civataların uzun ince parçaların veya eşdeğer uzunluktaki karışık parçaların modellenmesinde kullanılır. 001289 30 Nov 1999 5-22

23. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Kabuk elemanları: • Zayıf paneller yada eğri yüzeylerin modellenmesinde kullanılır. • Zayıf tanımı uygulamaya bağlıdır, ama genellikle, kabuk yapısı (panel) kalınlığının en az 10 katı olmalıdır. 001289 30 Nov 1999 5-23

24. Y Z X Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • 2-D Katı elemanlar: • Katı nesnelerin profillerinin modelini çıkrmak için kullanılır. • Kartezyen X-Y düzleminde modellenmelidir. • Tüm yüklemeler X-Y düzlemindedir, ve sorumlu (yerdeğiştirmeler) da X-Y düzlemindedir. • Eleman davranışı aşağıdakilerden biri olabilir : • Düzlem gerilmesi • Düzlem genlemesi • asimetrik • asimetrik harmonik 001289 30 Nov 1999 5-24

25. Y Z X Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Düzlem gerilmeleri Z doğrultusunda sıfır gerilme varsayar. • Z boyutu X ve Y boyutundaki bileşenlerden daha küçük olduğu zaman geçerlidir. • Z-genlemesi sıfır değildir. • Opsiyonel kalınlığa (Z doğrultusunda) izin verilir. • Düzlem içerisindeki yüklemelerde kullanılan düzlem yapılarında kullanılır, yada basınç yada santrifüj yüklemelerindeki ince disklerde kullanılır. 001289 30 Nov 1999 5-25

26. Z Y X Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Düzlem genlemesiZ yönünde sıfır genleme kabul eder. • Z boyutu ,X ve Y boyutundaki bileşenlerden daha fazla ise geçerlidir. • Z-gerilmesi sıfır değildir. • Uzun, sabit kesitli yapılar örneğin yapısal kirişler için geçerlidir. 001289 30 Nov 1999 5-26

27. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Asimetri3-D model ve onun yüklemeleri 2-D kesiti y ekseni boyunca 360° döndürmeyle yaratılabileceğini söyler. • Simetri ekseni Y ekseni ile çakışır. • Negatif X koordinatlarına izin verilmez. • Y yönü aksiyal, X yönü radyal, ve Z dairesel (çember)yöndedir. • Çember yer değiştirmesi sıfırdır ; çember genleme ve gerilmeleri genellikle belirgindir. • Basınç kapları, düz borular, şaftlar için kullanılırlar. 001289 30 Nov 1999 5-27

28. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Asimetrik harmonik simetrinin çok özel bir durumu olup burada yüklemeler asimetrik olmayabilir. • Asimetrik olmayan yüklemeler Fourier serisi bileşenlerine ayrıştırılır, uygulanır veayrı çözülür, ve sonra birleştirilir.Bu basitleştirmede hiç yaklaşık değerler yoktur! • Asimetrik olmayan yüklemeler için kullanılır;örnek olarak bir şaft daki tork.. 001289 30 Nov 1999 5-28

29. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • 3-D Katı elemanları: • Geometrisi,materyalleri,yüklemesi,yada ihtiyaç duyulan detaylar yüzünden basit elemanlarla modellenemeyen yapılar için kullanılır. • Ayrıca model geometrisi 3-D CAD sisteminden transfer edildiğinde ve 2-D yada kabuk formuna çevirmek için çok fazla zamana ve çabaya ihtiyaç duyuluyorsa kullanılır. 001289 30 Nov 1999 5-29

30. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? Eleman sırası • Eleman sırası elemanın şekil fonksiyonlarının polinom sırasıdır. • Şekil fonksiyonu nedir? • Bu bir matematiksel fonksiyon olup elemanlarla birlikte şeklin sonuçlarını verir. FEA ,DOF değerlerini sadece düğümlerde çözdüğünden, biz lemanlarla birlikte düğümsel DOF değerlerini noktalara işaretlemek için şekil fonksiyonuna ihtiyacımız vardır. • Şekil fonksiyonu verilen eleman için varsayılan davranışı temsil eder. • Bir sonraki slaytda her vasrayılan eleman şekil fonksiyonunun gerçek davranışla kaşılaştırılması ve bununda çözümün doğruluğunu nasıl etkilediğini göreceğiz. 001289 30 Nov 1999 5-30

31. Lineer yaklaşım (Kötü sonuçlar) İkinci dereceden DOF değerlerinin dağılımı Gerçek ikinci dereceden eğri Lineer yaklaşımçoklu elemanlarla (Daha iyi sonuçlar) İkinci dereceden denklem yaklaşımı (En iy sonuçlar) Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? 001289 30 Nov 1999 5-31

32. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Eleman tipini seçtiğiniz zaman,o eleman tipi için varsayılan eleman şekil fonksiyonunu seçmiş ve kabul etmiş oluyorsunuz. • Tipik olarak , lineer elemanın sadece köşe düğümleri var, ama ikinci dereceden denklemin ayrıca orta tarafda da düğümleri var. 001289 30 Nov 1999 5-32

33. Lineerelemanlar Sadece lineer yerdeğişimlerini ve bu yüzden sadece tek elemanlı sabit durum gerilmelerini destekler. Eleman bükülmelerine çok hassasdır. Sadece nominal gerilme sonuçları ile ilgileniyorsan kabul edilebilir. Yüksek gerilme gradyenlerini çözmek için çok sayıda eleman kullnamaya ihtiyacınız vardır. İkinci dereceden elemanlar İkinci dereceden yerdeğişimlerini ve bu yüzden tek elemanlı gerilmenin lineer değişimini destekler. Bükülmüş kenarları temsil eder ve yüzeyler lineer elemanlardan daha doğrudur. Eleman bükülmesine hassas değildir. Eğer yüksek doğruluk gerilmeleri ilgileniyorsanız tavsiye edilir. Lineer elemanlardan daha iyi sonuçlar verir. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? 001289 30 Nov 1999 5-33

34. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Notlar: • Kabuk modelleri için ,lineer ve ikinci dereceden elemanlar arasındaki fark katı modeller kadar dramatik değildir. Lineer kabuklar onun için daha fazla tercih sebebidir. • Lineer ve ikinci dereceden elemanların dışında, üçüncü bir türde mevcuttur, p-elemanları. P-elemanları ikinci dereceden sekizinci dereceye kadar yerdeğişimlerini destekler veotomatik çözüm yaklaşım kontrollerini de içerir. 001289 30 Nov 1999 5-34

35. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? Ağ yoğunluğu • FEA nın ana terimi eleman sayısı (ağ yoğunluğu)arttığı zaman, çözüm gerçek çözüme daha çok yaklaşır. • Ama, çözüm zamanı ve bilgisayar kaynak ihtiyacı da siz eleman sayısını arttıkça artar. • Analizin amaçları genellikle aşağıdaki düğmenin hangi tarafa doğru gitmesini istediğinizi karar vermektir. 001289 30 Nov 1999 5-35

36. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Eğer yüksek doğrulukta gerilmelerle ilgileniyorsanız : • İyi bir ağa ihtiyaç duyulur, yapının her hangi bir yerindeki geometrik detayları atlamanız gerekir. • Gerilme yaklaşımı mutlaka kanıtlanmalıdır. • Modelin herhangi bir yerinde yapacağınız basitleştirme çok belirgin hata verir. • Eğer dönme ve nominal gerilmelerle ilgileniyorsanız : • Bağıl kaba bir ağ yeterlidir. • Küçük geometri detayları atlanabilir. 001289 30 Nov 1999 5-36

37. Başlangıç Kararları...Hangi Eleman Tipi? • Eğer mode şekilleri ile ilgileniyorsanız (modal analiz): • Küçük detaylar genellikle atlanabilir. • Basit mode şekilleri bağıl kaba ağ ile ele geçirilir. • Karışık mode şekilleri uniform, iyi ağ içerebilir. • Termal Analiz: • Küçük detaylar genellikle atlanabilir, ama çoğu termal analiz gerilme analizi ile takip edildiğinden, genellikle gerilmelerin dikkate alınması bunu belirler. • Ağ yoğunluğu genellikle beklenen termal gradyenler tarafından belirlenir. İyi ağ yüksek termal gradyenler için gerek duyulur, düşük gradyenler için ise kaba ağ yeterli olabilir. 001289 30 Nov 1999 5-37