I-DEAS ® Programı ile Zincir Baklasının Ağlara Bölünmesi

Çizilen zincir baklası tetrahedral quadratik eleman tipi kullanılarak, I-DEAS®

Şekil 6.22 Zincir baklasının sonlu eleman ağlarıyla ayrıştırılması

I-DEAS^® programındaki sonlu elemanlar analizi yapmak amacıyla modeli ağlara ayırma işleminde kullanılan elemanlar ANSYS®

programına nazaran toplu olarak kategorilere ayrılmış ve ayrı ayrı isimlendirilmemişlerdir.

I-DEAS^® programında elemanlar birbirlerine olan benzerliklerine göre sınıflandırılmışlardır. Bunlardan en çok kullanılan üçü: kiriş elemanlar, ince kabuk elemanlar ve katı elemanlardır. Şekil 6.23.a da görülen model, istenilen sonuca göre katı elemanlar (şekil 6.23.b), ince kabuk elemanlar (şekil 6.23.c ve d) veya kiriş elemanlar (şekil 6.23.e) kullanılarak modellenebilir.

Kullanılan elemanlar ayrıca derecelerine göre de sınıflandırılmışlardır. (şekil 6.24) Kullanılan elemanın derecesi, analizin çözümü sırasında hesaplanacak denklemlerin derecesini göstermektedir. Elemanların dereceleri lineer, parabolik (quadratik) ve kübik olabilir. Her eleman kenarında lineer elemanlarda iki, parabolik elemanlarda üç ve kübik elemanlarda dört düğüm noktası bulunmaktadır. [39]

Elemanların topolojisi, elemanların genel şeklini belirtir. Kullanılan elemanın topolojisi geliştikçe, elemanın serbestlik derecesi artacağından kullanılacak fonksiyon gerçek şekil değiştirme fonksiyonuna daha çok yakınlaşacak böylece daha kesin sonuçlar elde edilebilecektir.

Şekil 6.24 I-DEAS® programındaki eleman tiplerinin sınıflandırılması

Kiriş elemanlar, şekil değişimlerinin ve eğilme gerilmelerinin analizinde başarılı sonuçlar vermektedir; ancak yüklerin uygulandığı noktadaki yerel gerilme konsantrasyonlarını göstermekte zayıftırlar. İnce kabuk elemanlar da göreceli olarak ince olan plastik şekillendirilmiş eğilme gerilmesinin ve iç gerilmelerin önem taşıdığı yapılarda başarılıdırlar, ancak yerel yükleme etkilerine karşı kalınlık doğrultusunda oluşacak gerilme dağılımını elde etmek amacıyla kullanılamazlar. Eğilme gerilmesinin elde edilmesi amacıyla katı elemanları kullanılması düşünülüyorsa; aynı sonucu alabilmek için gereken katı elemanlarının sayısı kabuk elemanlarının sayısına göre daha fazla olmalıdır. Ama katı elemanlar kullanılarak modellenmiş bir yapı daha gerçekçi görünmektedir ve kalınlık boyunca oluşan gerilme dağılımını yansıtabilmek için katı elemanlar kullanılması gerekmektedir.

İncelenen zincir baklasının kalınlığı 6 mm olduğu ve kalınlık doğrultusunda gerilme dağılımı oluşturacak bir yükleme olmadığı için aslında, zincir baklası rahatlıkla ince kabuk elemanlar kullanılarak modellenebilir ancak özellikle baklanın orta kesitindeki yani mesnetlenme düzlemindeki gerilme dağılımını daha gerçekçi şekilde ortaya koyabilmek için bu bölümde yapılan analizde tip olarak katı, eleman derecesi olarak parabolik (quadratik) ve eleman topolojisi olarak tetrahedral elemanlar kullanılarak modelleme yapılmıştır.

I-DEAS^® ayrıca kullanılan eleman tipi belirlendikten sonra elemanın boyutunun da girilmesini istemektedir. Elemanın boyutu azaldıkça yapılan analiz daha gerçeğe yakınlaşmakta ancak yapılması gereken hesaplamalar çok fazla artacağından bilgisayar kapasitesi zorlanmaktadır. Bu bölümde yapılan analiz için eleman boyutu olarak 3 mm alınmıştır. Tüm veriler programa girildikten sonra I-DEAS® modeli otomatik olarak ağlara ayırmakta ve ağlara ayırma için kullanılan eleman sayısını ve düğüm noktası sayısını kullanıcıya iletmektedir. Seçilen eleman tipine göre ağlara ayırma işleminde oluşabilecek olası sorunları, imkansızlıkları veya hataları program kullanıcıya rapor etmektedir. Bu bölümdeki ayrıştırma işlemi sonucunda şekil 6.22 de görülen modelde yaklaşık 3096 eleman ve 8433 düğüm noktası bulunmaktadır. Ayrıca ağlara ayırma işleminde herhangi bir sorunla karşılaşılmamıştır.

Analizde kullanılan katı – parabolik tetrahedral eleman (şekil 6.25); yapısal analizlerde, ısı transferi analizlerinde ve akış analizlerinde kullanılmaya uygundur. [40]

Şekil 6.25 Katı – parabolik tetrahedral eleman

Şekil 6.25 te görülebileceği gibi, her elemanın dört tane yüzeyi ve 10 tane düğüm noktası vardır. Bu eleman; deformasyon, birim şekil değiştirme, elastik birim şekil değiştirme enerjisi, non-lineer yapılar için plastik ve sürünme birim şekil değiştirme, reaksiyon ve eleman kuvvetleri, gerilme çözümlerini ve ayrıca uygun geometrisi sayesinde yüzeylerdeki çekme gerilmelerini ve basınçları cevap olarak sunabilmektedir.

6.5.2. Zincir Baklasına Uygulanan Kuvvetler

Önceki bölümlerde hesaplanan kuvvet, çekme kuvveti olarak baklanın pim deliğinin iç yüzeyine belirli bir alan boyunca eksenel olarak düğüm noktalarına etkiyecektir. (dikkat edilmesi gereken nokta ANSYS^® programı kullanılarak yapılan analizde kuvvet radyal olarak etkitilmiştir)

Ancak karşılaştırma yapmak amacıyla kuvvet, dört farklı şekilde uygulanmıştır:  Birinci durumda pim deliği merkezinden 1800 lik alan boyunca (şekil 6.26.a),  İkinci durumda pim deliği merkezinden 1350 lik alan boyunca (şekil 6.26.b),  Üçüncü durumda pim deliği merkezinden 900 lik alan boyunca (şekil 6.26.c)

ve

 Dördüncü durumda ise pim deliğinin tüm olarak içine (şekil 6.26.d) kuvvet uygulanmıştır.

Şekil 6.26 Zincir baklasına uygulanılan kuvvetler 6.5.3. Zincir Baklasının Mesnetlenmesi

Zincir baklası orta kesitinden mesnetlenecektir, ancak analizde tek bir mesnetleme durumu göz önüne alınacaktır. Şekil 6.27 de görülebileceği gibi zincir baklasının, 40 mm lik tüm ara kesiti boyunca mesnetlenmiştir. Ancak simetrikliği sağlamak amacıyla simetri sınır koşulları uygulanmış ve ayrıca mesnetlenme düzleminde ortaya çıkabilecek büzülmelere olanak sağlaması amacıyla mesnetleme düzleminde bazı şartlar göz önüne alınmıştır.

Bilindiği gibi her bir düğüm noktasının altı serbestlik derecesi vardır. Büzülmeye olanak sağlanması için mesnetlenme düzlemindeki düğüm noktalarının x ekseni yönünde hareketi sabitlenmiş, y ve z ekseni yönünde hareketleri serbest bırakılmış ayrıca x ekseni etrafında dönmesi serbest bırakılarak, y ve z ekseni etrafındaki dönmesi sabitlenmiştir. Böylece düzlemdeki düğüm noktalarının x=0 düzlemi içinde kalmaları sağlanmıştır.

Şekil 6.27 Zincir baklasının mesnetlenme durumu