Modal Tabanlı Sanal Prototip Simülasyonu (MTSPS) yöntemi dinamik sistem çözümlerinde statik simülasyonlara göre daha yararlı bir çözüm olmaktadır [30].
ġekil 4.4. Modal tabanlı sanal prototip yorulma analizi süreci.
Bu entegrasyonda BMS metodu kullanan ve sonlu elemanlar ortamında doğal frekans analizine tabi tutularak elde edilen sonuçlar önemli rol oynamaktadır. Tamamen yapısal doğal frekansların süperpozisyonundan oluĢan bu model, uygulanan yüklemelerin yapıdaki frekans cevabını gerilme-gerinim sonuçlarına yansıtmaktadır [30].
Bu çözüm yöntemi aĢağıdaki gibi avantajlar sağlamaktadır:
Yorulma analizi hesaplarına titreĢim etkileri ve ÇCS doğrusal olmayan etkisi katılmıĢ olur.
ÇCS sonrası SEM analizi gerekmediği için olası hatalar ihmal edilmiĢtir.
Çok Büyük yapıların ve uzun zaman düzlemindeki yüklemelerin simülasyonu kısa sürede yapılabilir.
ġekil 4.5. Modal tabanlı yorulma dayanımı prosedürü akıĢ Ģeması [30].
ÇCS içinde bir yapının Ģekil değiĢimi; yapının hareketi ve elastik Ģekil değiĢiminin süper pozisyonu ile elde edilir. Bu uygulama ġekil 4.6‟da gösterilmiĢtir.
Elastik gövde düğümleri, iki farklı grup (serbestlik derecesi (DOF)) olarak ele alınırsa:
Arayüz düğümler (DOF): Çoklu Cisim Simülasyonunda, kuvvetler ve sınır Ģartları bu düğüm noktalarından Sonlu Elemanlar modeli ile etkileĢime girerler.
Ġç düğümler (DOF): Bu düğümler dıĢ kuvvet veya kısıtlamaları ile etkileĢim yok. Bu düğüm noktalarındaki deformasyonlar dıĢtan uygulanan kuvvetler ve sistemin dinamik bir sonucudur.
ġekil 4.7. Modların lineer kombinasyonu ile elastik deformasyonun ifadesi [30].
ġekil 4.7‟de gösterildiği gibi tüm serbestlik derecelerinin elastik deformasyonu, uygun modların lineer kombinasyonu ile ifade edilmiĢtir. BileĢen Mod Sentezi yöntemi bu tip mod dizilerinin çözümünde oldukça etkili bir yöntem olmaktadır. BileĢen Modları; yapının statik ve dinamik davranıĢı içeren modlara sahiptir. Bu modlar iki grupta incelenebilir:
Statik deformasyon Ģekilleri: Her bir “Arayüz - serbestlik derecesi” bir birim değiĢtirmesine uğrar. Diğer tüm “Arayüzü - serbestlik dereceleri” sabittir. OluĢan Ģekil “Statik Modu” denir. Serbestlik derece - Sonuç arayüzü gibi pek çok Statik Modu vardır.
Doğal titreĢimler: Bütün “Arayüzü - serbestlik dereceleri” sabittir. Bir klasik Özdeğer problemi çözümü olan “Normal Modlar” elde edilmesini sağlar.
Modları ayrıĢtırılmıĢ bir dizi Ģeklinde elde etmek için Statik ve Normal modlar 'OrtogonalleĢtirilmiĢ BileĢen Modları' dizisi Ģekline dönüĢtürülür. DönüĢtürülen modlar arasında tamamem statik veya dinamik modlar arasında ayırım yapmak mümkün değildir.OluĢturulan “OrtogonalleĢtirilmiĢ BileĢen Modları” Sonlu elemanlar yöntemi ile oluĢturulur ve ÇCS içine aktarılır [30].
ÇCS sonucunda bütün modların her bir zaman aralığı için toplam deformasyonu elde edilir. Bu deformasyonlara “Modal Koordinatlar” denir. ġekil 4.7‟de modal koordinat kullanımı gösterilmektedir.
Gerilme verileri önceki bir SEM analizi ile temin edilmiĢtir. Uygun zaman veri ölçümü veya simülasyon tarafından belirlenir.
SEM‟ de oluĢan her deformasyon bir gerilme dağılımı meydana getirir. Bunun anlamı her bir BileĢen Modu (deformasyon) kendine göre bir gerilme dağılımına (Modal Gerilme) sahiptir (ġekil 4.8).
ġekil 4.8. Mod Ģekillerinin lineer kombinasyonu ile genel yapısal gerilmesinin elde edilmesi [30].
Sonlu elemanlar yapısının gerilme hesaplamaları Modal gerilmelerin lineer kombinasyonu ile elde edilirler. ġekil 4.8‟de gösterildiği üzere bir gerilmenin Modal koordinat dağılımı; BileĢen Modunun ve Çoklu Cisim Simülasyon sonucunun Modal koordinat dağılımı ile aynıdır. Bu nedenle modele ait Modal Gerilmelerin veri miktarının çok uzun gerilme-zaman bileĢenlerine sahip dizilerin Ģeklinde olması
mümkündür. Bu 300000 zaman adımı ile 20 dakika uzunluğunda bir test sürüĢünü simüle etme imkânı sağlar. Böyle bir simülasyon statik, dinamik ve titreĢim etkilerini aynı anda görmemize olanak sağlar [30].
Buraya kadar yapılan iĢlemleri özetlemek gerekirse; Sonlu Elemanlar Analizi, Çoklu Cisim Simülasyonu için BileĢen Modları ve Modal Gerilmeleri oluĢturur. Çoklu Cisim Simülasyonu ile yapının Modal Koordinatları elde edilir. Elde edilen Modal Gerilmeler ve Modal Koordinatlar yorulma analizinde girdi verisi olarak kullanılır.
Yorulma Simülasyonu yapılırken genel olarak yukarıda bahsedilen prosedüre uyularak elde edilen Modal Koordinat verileri ile Modal Gerilmeler süperpozisyon yöntemi ile asıl gerilmelerin elde edilmesi için kullanılır. Asıl gerilmeler hesaplandıktan sonra önceki bölümde anlatılan yorulma hasarı teorilerine göre hasar hesaplamaları yapılarak modal tabanlı yorulma simülasyonu tamamlanmıĢ olur.
BÖLÜM 5. DENEYSEL VE BĠLGĠSAYAR DESTEKLĠ ÇALIġMA
Deneysel çalıĢmalarda Türkiye Ģartlarında; 5 bölmeden oluĢan yarı römork akaryakıt tankerinin Ģasisinin farklı yol Ģartlarındaki yapısal davranıĢları ve yorulma ömrü üzerindeki etkileri incelenmiĢtir.
ġekil 5.1‟de verilen deneysel çalıĢma akıĢ Ģeması doğrultusunda çalıĢma süreci kısaca özetlerinse; araç modelindeki kritik bölgelerin tespiti amacıyla, belirli yükleme koĢulları altında FEM analizleri yapılmıĢ ve sonrasında belirlenen kritik bölgelere gerinim ölçer (strain-gage), teker bölgeleri ve king-pim üzerine ivme ölçerler monte edilerek farklı yol kategorilerinde ölçümler alınmıĢtır. Bu ölçümden elde edilen ivme değerleri ile bilgisayarda oluĢturulan hibrit araç simülasyonu koĢturularak yapısal gerilme değerleri elde edilmiĢtir. Bilgisayar simülasyonundan elde edilen gerilme değerleri ile gerçek araç modelinden elde edilen gerilme değerleri yorulma simülasyonu yazılımında karĢılaĢtırılarak yarı römork üzerindeki hasar açısından kritik bölgelerin doğrulanması ve optimizasyon için tasarım bölümünün bilgilendirilmesi sağlanmıĢtır. Bölüm devamında yukarıda özetlenen iĢlemlerden detaylı olarak bahsedilecektir.