Dynamic Impact Testing of Finite Element Method by Simulation

SAÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

2

(1998) 155-163

• • • •

DINAMII(

Çi-\RPMA TESTLERININ

•• • •

SONLU ELEMANLAR YONTEMIYLE SIMULASYONU

..

Unıit

l<.OCA.BlÇAl(

SA Ü

A1ühendis/ik l�'akiiltes; At/akine At/ii h. IJöliinı ii 1 SA 1\/1 1� YA

..

üZEl'

Y

ol

J

ış

ı

arJçlarının c_ği

nıl

i

_arazilerde d_cvrillncsi dunıı

nu

nd

a

s

_ürü

c

ü

g

ü_ven

l

_i

ğ

_ini

n s a

_ğlan

ı

nası için bu

ara

çları_{n güvenlik kabin}

i

ilc

t

eçhiz

editınesi öngörülnıüş

vç _{bu koııuJa u}

y

ulin

a

s

ı

zorunlu olan ulusal ve uluslararası standartlar gcliştirilnıiştir. Standartlarda belirtilen statik ve dinanıik testierin gcrçeklcştiri!ıncsi hcın ına_{liyctli lıcın de}

fazla

z

a

ınan alınaktad ır. Güvenlik kabinlerinin daha t

as

a_nın

_{aşaınasında bilgisayar}

nrlaınınJa

s_o

n

lu cl�

ı

nan

l

_ar

yö

_ntenıi

y

_l

_{e Statik Yüklc}

n

_1c ve Dinaınik Çarp

ına Tesllerinin

sinıulasyonunun yapı!

nası

lasarun,

iınalat ve tes

t

harcan1alarını azalL _;ıktır

.

Bll

\'dlışınada,

g

U venlik

kabinlerinin dinanıik çarpnıcı

lcstkriılin siınul

a

syonu _için bir sonlu eleınanlar n1odcli o_lu�Luruldu. Pratik hir

u

y

gulanıa olarak test sonuçları bilinen bir traktür gUvenlik kabinine uygulandı. [lde e

d

ilen s

o

nuç

l

a_{r, tasarın1}

_a

ş

_a

ı

_nasınd

_a

_bilgi0ayar

yar

J

unıyla dinaınik çarpnıa testlerinin s

iı

nu

l

as

y

o

nunun y•ıpıl�ıbilcccğini güstcrıni�tir.

1

�ği ı11l i

�ır�

1

/.i 1

cr

d

_c , çuk u

ri

u v c

ya lı

c

ıı

d c k l i l �· r

1< ıla

r da dcvril!llC tehlikesi ilc karşı kar

ş

1

y

a

kalan

y

o l

d

ışı araç! · rının

güvenlik

kabinle

r

i ilgili ilk

ça

l

ışı

na

l

a

r, gerçek devi n ne

t

estler

i

i Ic başlan1 ış,

daha sonra

çarpın

a

testleri yaygın

olarak

kullanlln11ştır. Son zanıanlarda _u

y

_{gul aı}

_n

_a kolaylığı bakınıından statik yüklcn1c testleri

öncnı

k

a

z

a

n_ın

ıştır.

Y

ukarı_{da beliı1ilcn testierin uygulannıası}

oldukça

öncınli

par;1

ve

_{zanıan kaybına}

neden

ol ınaktad

ı

r

.

l3u

kayır

:ırı

az

altn

ı

a

k

üzere güvenlik kabinierini hcsaplanıa

_y

ön_tcn

ı

lc! ı üzerinde çalışnıalar

y:ıptlınaya ba�lutlıııışlır. Ci

üve_nl

ik

kabiııleri ile

ilgili

en öncınli ç�lışınalar ingiltere'de

C

r

a

n f

i

clu

l

ınp

a

c

t

c�ntrc

tar ;-ı

fındaıı

gcrçcklcşt

iri

l

n

ı iştir. Progranıdan elde ed i

Ic

n sonuçları. bu çalışınanın aneilk glivcnlik kabinh;riniıı ün tasarıınında kullanılabik·ccğini _{'- ...} göstcrı_n

i

ş

tir. Bl.:1zcr

\·;ılı�ına ·rlihil�tk l�ır:ırııHlıın Ray otohlisiiniin l�ı�<ırıını için

yapılınıştır.

Sonlu

· ' �:ıı

ı

anlar

yönıcnıi

ilc ya

p

ı

lan bu

ç

al

ı

şı

n

ada ray otobüsü kiriş eleınanlan ilc ınodcllcncrek elastik

statik

ana

l

iz; y

a

p ı l

ı

n ı

ş

t

ı

r

[

1

].

Güvenlik

ka

b

inlerinin

sonlu eleınanlar yö

_ntcrn

i

_y

l

e

statik

n_ıuk

a

ve

ı

n

c

t

_{hesapları konusunda yap}

ı

l

a

n

ç

a_l

_ı

_şnı

a

_l

_a

_r

d

_a

_n

birisi

de gel i

ş

tir

i

len I(ABAN y

a

zı

h

n

ı

ı

d

ı

r. KABA N

güvenlik kabinlerinin

s

tat

ik

yük

le

ıne

tcstlerini; nonlineer

gcoınctrik kiriş clc

ı

n_an

l

_anyl

a

,

plastik

düğünı yöntcnıine d

ay

alı Orbisoıı veya

V

o

n

M

i ses

p

lastik

akına

kriterine göre günccllcnnıiş Lagrangc nıct

o

d

u

y

l

a

çözüın yapar.

KABA N labor

a

t

u

v

a

rda

yapılan

statik yüklernc testleriyle

uyun11tı sonuçlar vcrnıiştir [

1

].

1

_985'lcrdcn

sonra

_{gerek bilgisayar teknolojisinin} gel iş nı _e

s i

_{ve donanun ınal i ye}

tl

erin in dlişnıesi,

g

er_ekse sonlu

elenınnlar yöntcnıine dayalı

u

_ygulaınal

a

nn ınühcndisliktc

y

a_yg

_ı

_n

_olarak

_{ihtiyaç du}

_y

u

_lnıas

ı

_ticari genel

a

nı

aç

l

ı ya

zıl

ı

nıların ge

l

işıne

s

ini beraberinde gct inn iştir. Öze ll i kle o ldukça kon1

p

lcks

yap ı::a

l

hcsaplaına y

_etenek

l

_er

i i

ç

er_en

ANSYS

[2],

_{ABAQUS l3],}

MARC (4] gibi iı

n

p

l

_icit

no

_nlin_{eer pr}

o

_gr

a

_ınl

ar

_ilc

_taşıyıcı

sistcınlçrin slalik ve din

aın

ik

çarpına

testlerinin

sinıulasyonunu yapabilınck

ı

n

ü

ı

n_{kündür. Ancak özellikle} dinnınik çarpına testlerinin gerçekleştirilinesi için gereldi

o

lan

tcnıas

(conlact)

koşulu,

iınplicit

çözünı

yüntt:uılçriııiıı

�özllnı

zaınaıılanııı

uzatınaktadır. Bu

durun1c.Ja cxplicit

zarnan

inte_gr

a

_{linin kullanıkiiğı}

sonlu

eleınanlar yaklaşınılan d aha verinıli oln1aktadır. 13u

yöntenıe

dayalı olarak

g

e

l

i

ş

t

i

r

i

l

nı

e

k

_{te olan ANSYS/LS­} DYNA otoıno

t

_iv

sektöründe dinamik çarpına test

l

_eri

_nin

sinıulasyonuııda kullanılan öncnıli yazılunlardc.1n

birisidir.

B

u

_ç

a

l

ış

n

ı

a

d

a

g

üv

e

nl

i

k k

a

b

i

n

i

ni

n

_dinanı

i

k

ç

arp

n

_ıa

t_est

l

er_in_{in siı}

n

u_lasyon

u

_{ANSYS y}

a

z

ı

l

ıı

n

_{ı DYN/\J[)}

tllodOIU

k

ullau

ı

_lara

k

_{yapıldı. Çarpına} sıntsııı<.Ja gerçekleşen

deforınasyonlar, çarpına kuvvetinin zanıana

b

a

ğ

lı de

ğ

i

şiınİ

ve

to

p

_laı

n

moınentu1n aktannıı

_elele

cJildi. Elde edilen sonuçlar, tasarını

a

ş

a

nıasında bi

Jg

i

s

a_{yar yard}

ı

nı

ı

y

la

_{dinanıik çarpma testlerinin}

siıııtıllısyoııuııuıı

yapıl;.ıbiJcccğirıi

göstcı·ıılişliı·.

Dinamik Çarpma Testl erinin Sonlu El emanlar Yöntemiy le Simul asyonu

.

'

Il. DİNAMiK ÇAI�PMA 1-IESAPLAMA MODELİ

Güvenlik kabinlerinin n1ukaveınctlerinin test cdiln1esini aınaçlayan Dinaınik Çarpına Testi yaygın kullanılan bir

yöntcn₁dir

.

Gerek

yoldışı araçlarının

g

livcnli

k

kabinleri gerekse yol ara

ç

larını_n

taşıyıcı sistenıleri 3

_boyutlu ince

cidarlı k

i

rişle

r

den ol�ış

n

₁a

k

tad

ı

r. I3u

y

apı

l

ar dinaınik

çarpına testleri sonucunda büyük y

e

r

d

_cği

�

_t

i

rıncl

i kalıcı

dcforı

n

a

s

v_onlara neden olnuı

k

l

adır. 8u se

b

e

p

l

e

o/

oluşturulacak hesap ınodcli nonline

e

r

g

coınctr

i

k

,

nonlineer ınalzcınc davranışı ve nonlineer sınır koşullarından oluşan oldukça karnıaşık bir hcsop

ın

o

d

eli

olarak dcğcrlcndirilınclidir.

D

i n�

\lll

i k tc s tt c k u l lluu

1

an s o n lu c l c ı ıı a n 1 a r h �sap 1 i:l ı n a

ı n oJ c l i st at i k h c sa p li.1ın (1 ı n o d� 1 i n d c

n

far k 1 ı n i t c 1 i 1<1 cr t aş ı r

ll,

5J:

•

Nonlineer sonlu eleınanlar denkleınieri

st

atik analizden farklı o la

r

a

k

nı

erkez farkı za

nıa

n

in

t

eg

r

a

l i

y

ö

nlcıni

y

lc ileratil'adıınlı olarak çözUlınclidir.

• 1-lesaplanıa ınodc

l

i

birden fazla s

onlu eleınantar ağından

ve

eleı

na

n fornılilasyonundan

o

lu

ş

nıakt

a

dır

.

•

S

tatik analizJen h1rklı olarak kuvvet veya yutulı

n

ası

gereken cncıji hcsnplaına sınır koşulu olarak bilinıncı nckted ir.

Di

na ın ik hcsaplaına ınodclinde çarpına kütlelerinin ilk hızları ve sıkıştırnın kirişlerinin üzerindeki ınnksiınun

1

dinaınik yCık, hcsnptanılld;.ı sınır koşullarını

ve

başlangıç

ko�ullarını ol u�turıı1aktndır.

156

• Hc.saplaına ınodcli taşıyıcı sistcnı ilc çarpnıa kütlesi ve güvenlik kabini ilc sıkıştınna kirişi arasında teınas y

ö

n

tcı

n

_iııi kul lannıaktadır. Bu yolla sisıcn

ı

sonlu clcn1nnlar ağı üzerine z�unana bağlı dinınik kuvvet aktanını sai:!,lanınaktaJır. _...

• Hesabın her a�an1asında analizin ona erdirilıne

kararı; sistcındcki loplaın kinetik cneıjinin tanıınıanan alt liınit1n altın düşnıcsiylc verilir. l3u

ll nıit

( 1\. E)

l>aslangıt.:

(1)

_

(

_I

(_

E)

son __

a

_�_

_

l

lc

__

a

n_ı <

O. OO S

olar:.ık alınınıştır. l3

i

r sonraki hesap aşarnasına geçilirken;

artık

kinetik enerji alı

n

a

d

ı

ğ

ı

kabul edildi.

•

l\1crkczi Fark Zanıan lntcgr�lli

Metodu

Dinaınik çarpına sonlu

e

l

e

ı

n

anlar hc

sa

plan1a n1odcli,

ll1.Hdinccr dinillllik

dcııkl�nl

�islcınlcrinin <;ö;,Uiıncsini

�c_rc

k

t ir ir. '

-[

ın

]{ü}

+

[

c

ft

tı

}

+

[ı<]{u}

=

{f}

(2)

burada [na] yapısal

atlet ve kütle

ınalrisini,

r

c

1

yapısal

sö

nü

nı

le

n₁

e n1atrisini ve [K.] ise yapısal

rijit

lik

ınatrisini

göstcnı1cktcdir. Eşitliğin

sağ

tarafı {f} vcktörü

dış

kuvv

e

tleri

ve

{u}, { tı}, {u} ise

sırasıyla

düğün1

noktalarındaki dcplasn1an, hız

ve iv

n1

e vektörlerini

göstcnncklcd ir.

Eleınan kütle ve atalcl ınatrisi aşağıdaki eşi tl i kle

v

e

ril

diği

gibi elde edilir

[2, 5].

(3)

burada

[N]

ele

ı

n

a

n

şekil fonksiyon nıatrisidir.

Yapısal sönüınlen1e

matr

is

in

i

n

oluşturultnasında

ise

çarpına

n1ckaniğindc doiırusal sönüınlcn1c vcyahut

viskoz

s

ö

n

ü

n

1

leme

yaklaşım lan

k

u

ll

anı

l

a

b

ilir.

Ancak

viskoz

sönüınleıneye

yönelik

olarak

deneysel

paranıetrclerin

b

u

l

u

n

ı

nası

n

d

a

n

dolayı

d

oğ

r

u

s

a

l

sönüınlcnıc

y

ö

ntcnıi

beniınscnir [3, 4, 5].

_Y

a

p

ı

sal

sö n

u nılen1e

ı

na_lr_is,

[

kj

ve [nı J n

1

at_ris

leri ku

ll

a

n

ı

larak

aşağıdaki gibi tanıınlanabilir.

[c)= a[k]

+

p

[

ı

n

)

.

(4)

b

urada a rijitlik s

ö

nUın

l

eınc katsayısı ve

(3

kütle

s

ö

nün

1leı

ne

ka

tsayısı

olarak adlandırılır [2, 3, 4,

5].

B

ü

y

ük ri

j

it

k

atı har

e

k

e

tler

i

nin oldu

ğ

u

sonltı eleınanlar

nı o

de

Ileri

nde

f_3

paraınctrcs i sıfır

olarak

ka

b

ul

edin i lebilir. a

p

araınc_l

r

c

sinin

ise çelikler

için

0. 1

'den

daha az olduğu kabul edilir. Dinanıik

analizierin

taınaın tn da ri

j

itlik orantılı sönlinılcnıc

olduğu kabul

edildi ve

a = 0.1 o

la

rak alındı.

t

( 1 )�de veri

l

en

nonlineer dcnklcn1

s

i

s

t

c

nıin

i

n çözünıü

için

gerekli olan bir diğer dcnklcn1 takıın1 deplasn1an, hız

ve

ivn₁c

vektörleri arastnda bağlantı

lardır.

Bu

a

ın

a

ç

la

bilinen

ilk

yönteın "Merkezi Fark Zaman

İntegrali

Y

ö

ntel

n

i_n

dir [2, 5]. 13una

gö

r

e

;

L\u

ı

�t

{ )i 2J• \i

-

\ { }i-2

A · j -·- _ U

(

- �

�

-+ ll __ o ll -·-

-�l2

6t

• ı

(5)

(6)

ü.Kocabtçak

(5)

ve

(6)

cşilliklcrindc verilen dcplasnınn, hız ve ivn1c

ilişkisinde integral zanıan auıınının,

6l,

stabilite liınili

vardır.

Bu linıil L\tl!ınx nş<lğtdaki bağıntıyin bulunabilir:

2

(

t,t """

)

<

(

)

w lll:\'\

(7)

burada \Vm:ıx güvenlik kabinine ait en yüksek doğal

frekans

değeridir.

�

_{u değerin hesaplanınası için iki}

yaklaşıın ıncvcuttur. Ilk yöntcnı kabinin en yüksek doğal frekanslarının, vVınax nıodal analiz

yoluyla

bulunmasıdır.

ikinci yöntcın ise knbin sonlu eleınanlar ağındaki

her

bir eleınanını en yüksek doğal frekansının buluntnasıdır. İlk yönlcnı büyük sayıda clcnıanuan oluşan sonlu eleınan ınodclleriylc uygulanınası pratik olnıadığı için ikinci

yaklaşıın kullanılınışlır. Buna göre;

J\

ll 2

L\t ııı.t\ < ı _{1 2}

(8)

E

r(ı

:_:_ ��

2

)

!\

kabuk alanını,

E

ınalzcnıe cl<ıslik ınodlilUnU, v nwlzcınc Poisson katsayısını

ve p

ise nıalzeıne yoğunluğuını göstcnncktcdir. (8) eşitliği kullanılarak en

diııaınik çclikl�rdc kullanılacak

L\tııı.-ıx

değeri 0.00048

nlarak

belirlendi.

Tc111as

Saııu·

l(oşullarının 'fanıııılanıuası

Kabin

sonlu eleınanlar ağıyla çarpına küllesi ve

sıkışlırına kirişi sonlu eleınanlar ağı arasındaki tcn1as

ko�ulu lcınas halindeki dliğüın noktalarının sınırlandırılınası yöntcınine göre yapılır. 1'cınas koşulu, iki ayrı

Jl\ğliın

noktas

ı

kUıncsinin

lanıınianan

bir tcıı1as

tolerans ı içcrs

i

_{nde, yakınlığın ın araşlın lı} n as ı ve birbirlerine olan uzunlukları, tenıas toleransının altındaki düğüın noktalarıııın, tcınas iterasyonunda tanıınianan yerel r;\scn t

a

k

ı

nıana göre nornıal yöndeki

bir

yay ile sınırl;ıı,dırılınasıyla yapılır.

.

1 • -. .. . . ·-·

.

ı

l

Tr:ı�ı��.��-·

1

-

- ·-- -

-

-Şekil

1. T

'cın

a

s l(oşulunun Uygul"nınası

Tcınas toleransı içindeki

iki

düğünı

noktasına

ycrl�ştirilcn hayali tcınas yayının rijitlik sabiti aşağıdaki

gibi hesaplanır.

r

(E.A c)

1'-

temas ==

---Tcınas To leransı

(9)

Burada Ac eleınan teınas yüzeyi ve E ise defornıasyona uğrayan ıııalzcnıenin

clastik

ı

no

dü

l

ü

d

ür

.

Tüın dinaınik

anal izierde tc nı as toleransı

kabuk

_el

e

_ın

a

n kenar

uzunluğunun °/o5'i olarak alındı [5).

-lll. D

i

NAM

i

I<

ÇAH.PMA

"rES'fLEH.i

K.abin güvenliğinin taııınılaıınıasında en öncınli kavranı

defornıasyon

sonrası

kabine ait

hiçbir

parçanın

slirliclinün bulunacağı gliv�nlik kabinine girıncnıcsidir. Dinaınik çarpına testleri

uluslararası ISO

3463 'e l6] göre

y

a

p

_ı

l

_ır.

l"'estler

güvenlik

ka

bini

traktör üzerinde olnıak koşuluyla

gcrçcklcşlirilir.

Ç

a

_rp

ı

_na

2

_{tonluk bir çelik kütlenin en az}

6

nı yükscktc asılınası ve

H

kadar

yüksekten

birakılnıasıyla olur.

l3u

yöntenıle testler aşağıdaki sırayhı

yapılır:

ı.

Arkadan çarpnıa 2. Arkadan sıkıştırına

3.

Önden çarpnıa

�ı.

'{andan çarpına 5. Önden sıkıştırına

Arkadan çarpnıa test

d

üzen

e

ğ

i

şekil 2'dc, ar

ka

d

an

sıkışurına testi şekil J'te göstcrilnıiştir.

·--

·-

--

�__,G

_

o

L_J --

-

---\

\

\

Şcl\il

2.

Arkadan çarpnıa test düzcncği

Dinam ik Çarpma Testlerinin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Simulasyonu

�

·

--

-

-

--

__;

!-

�

·

�--

-

-

-

--

-

u

·

--

1

[

�

--___ ,_____..;,__'

--·--=- --\

J

f

ı

l(uwcl { 1 • 1

ı

l

- 1

Şcldl

3.

Arkadan sıkışlırına testi i

ı

·-r

• l(uv.,oı

B

i il ün test ler, ay n

ı

güven

1

i k k abi n i ne sı ray la uy

g

ulan

ır

v� her test için kalıcı dcfornıasyonlar ve llerhangi bir

parçanın güvenlik

b

ül

g

cs

i

nc

gi

rn1csi

durunnı kontrol

edilir.

1

V.

Ö

H. N E 1� B

i

H. 1\. AB

i N i N

D

i

N

A

1\'1

i 1'- Ç A

1� P 1\tLt\

TES'l'İ Sil\1UI�ASYONU

Diı1aıuik ,·arpllli.l testi soıılu

clctlli.llll�u·

hcsaphıına aş�ı ın n

b

rı s ta tH.la rttn bel i rti lcıı s ı ra i

1

c ya pılnı ış tır.

G

üvenl ik kabini Von Mises akına kanununa göre

clastik-plastik ınalzcınc olarak nıodcllcnınişlir. /\n(ılizlcrdc kullanılan çarpına kütlesinin ve sıkıştırı11�1

k

ir

işin

i

n claslisitc n1odUIU

2 1 O

Gpa ve yo

ğ

unlu

ğ

u 7800

lq!,/nı3 olan clast

i

k

nı<dzcnıc

olarak tanınıland1.

'-Dinaınik hesaplanıa (lşan1�1

l

a

r

ı standnrtta bclirtil-2n

sıra)

1�1

aynı kab in son lu eleınanlar ağı kullanılar:ık yapıldı. Arkadan çarpına, ön

d

en

çarpnHl

ve yand�1n

�-<ırpın:ı

analizlcriııdc ç.arpına küllesinin serbest düşn

1

c

z.�unanı anal

i

ze

dahil cdilıncdi v�

tcnıastan önceki

konııtnda ilk hız ko�ulu verilerek analizle

r

başlatıldı.

l3u yolla toplanı hcsaplaına süresinden tasarruf edildi.

Dinaınik ç.�1rpn1a testini

h

csaplanıa nıodcli dört bileşen

i,·L'rıucktcdir.

Uunlar

g

ivcnlik k�ıbini, le�t klillcsi,

sı�ışlırınJ kirişi ve l'ıtlcnin sZll ınını hareketini

sa�ltı\'(lll ı·clik zincirler. _{'- J 'r}

(;üvcnlil\ J(ahini Son lu Eleınanlar Modeli

lJin<unik

ç

arpına aşanıalarınJa kullanılan güvenlik

ka

h i

n i ı n o

d

c l i

��

d Ct

: "-_i'ıı n ıı o k t as ı n d a n o

l

u ��ın

1 i

ı H.' c-r

ıs�)l)draııı�trik kabuk clcınaıılarından olu�l utılınuşttır.

(1 i'ı

v c n

1 i

k ka b i n i n

i

o lu ş t u ra n i n c c c i

d

8 r lı

p ro ri 1

158

konslrüksiyonu özellikle çarpına kütlesiyle ve

sıkıştırnın kirişleriyle tcnıasının ınodcllcnınc�i

açısından kabuk elcnıan nıo

d

ellcri kullanılnıaktad1r

[5]

/\yrıca liç boyutlu kabuk eleınan nıo<.Jcli, kabin

bi

r

lc�ınc ve ba

ğ

lantı noktası öncelikli olı11ak üzere tüm

ı

nodcl üzerinde diıuunik gcrilinı dalga dağılunının da

h

a

detay I

ı nıodel le n ın es i sağla n nıaktad ır.

l(abin

sonlu eleınanlar ağını oluşturan ANSYS

SIIELL163�

ince ciciarlı kabuk clcn1 aıH forn1lilayonuna

sah

i

p

t

ir. Elcınanın isoparuınctrik bilinccr dcphısınan ve

hız ş eki

1

fonksiyonlan üzerine kurulnıuş kineınatiği vardır.

Gaıt\S lntegr:ıl ).;ok\ıı.sı

y --

-

-~

e- L 1 _{/ •} / -·· 1, .-" ;' '. ./ -· ...

7

·'- .. , . .� \

l 1

/

/

'. •_. . . --

__

..

r 1/ -� •

ı_ ı

• 1 / - . ı 1/

-

-

·

-··

\ 1

ı/-�

... -� \

ı

.

;

Nı(c,q)

ı · ı:

·

----

_{,_} '• \ �.� -­ ... -.... _-� \ _. , ,· -... _{. •} -� ..._ flc:n:ın Fkse;1 T.ıkımı -_--

-..

_- -' . --+---• · - -1 •

ı

•

!

_ı • ! : ı • • ı DoğJI Ek�n T .ıkı :nı

Scldl 4. J\NSYS SIIELL 163

_J Eleınan Kincnıatiği

Cil'ıvenlik

kabininin ölçl'ılcri ve

d

e_p

ta

_sınan _sınır

k.

oş u ll arı, sonu

ç

lan ın u kayesc ctınck aınactyla testleri

ya

p

ılın ı� bir kabin

J

cn alınnu�tır ll].

Ciiivcnlik kub

i

n

in

in

sonlu eleınanlar ınoJcli 1 3,16�

düğünı noktası ve

12992

kabuk elcnıantndan

oluşınuşlur.

�eki!

5'tc gUvenlik kabini katı ınodcli ve

son

1

u c le ı na n lar nH><.lcl i gösteri lı n iştir.

Seliii

5. G

_üven

li

_k l(abini Katı Modeli

Ü.Kocabıçak

�t�l\il

6.

Güvenlik K.abini Sonlu Eleınanlar !Yluucli

Dinaınil\ Test J(oınponcntlca·inin Sonha Eleananlar

Modeli

Çarpına kütlesi, sıkışlın

n

a kirişi ve bağlantı zincirinin

sonlu eleınanlar ınodeli gerek doğru atalct

öLcllildcrinin

gerekse

tcınas

yöntenıinin

uygulanabilirliği a

ç

ısından gereklidir.

Arkadan, yandan ve önden çarpıııa testlerinde kabinin

dinaınik yükleri,

640x640x640

_{ölçUsüııdcki}

2000

_kg

(tl"lırlı,'ındaki _{� b} test kütlesinin kabine {_y �arpınasıyla

oltışıııe:lktadır.

B

u

t i p y li k 1

c rn c ıı

i

n lı c sa

p 1

a ın a n

H.H.I

c

1

i n c a k ta rı In u 1 s ı

i<;

in tcsl küllesinin ve sarkaç hareketini sağlayan zincir

bağlantısının nıodcllcnıncsi gerckıncktcdir. Bu anıaçla çelik kütle

için bir adet 8

düğlinı

noktasından oluşan

lineer isoparanıetrik hacinı clcnıanı kullanılnııştır.

K ütlcn in

sarka<y� hareket i n i sağlayan

zin

c ir ler iç in sc

k iriş eleınanları kullanılın ıştır.

�ckil 7'dc arkadan çarpnıa hesabında kullanılan l adet

lı�ıcin1

clcınana ve

4

adet bağlantı kirişinin

�onlu elcınaıılar ıııodeli vcrilıııiştir.

..

o lu _'1 s t u n.lu _b " u

<Jndcn ve arkadan sık ıştınnada k u

1

lanılan k iri� in

llllH.lcllcıncsindc çarpına kUtlesind� oluuğu gibi

S

d

i

iğüıı1 noktasından oluşnn kübik lineer isoparaınclrik

haciın clcınanı kullanılınışlır.

�eki! 8\Jc arkadan sıkıştırn1ada kullanılan kiriş katı ınodcli ve sonlu eleınanlar n1odcli vcrilınişlir.

_ .. , .. . . . . ,;ı:u·k:ır ncı h.t:»s 1 AIUV\OAN CAHrMA KUf],ESI (2 TON)

Şcl<il

7. O

inaın

i

k test çarpına kütlesi ve bağlan

t

ı

kirişleri

• 1 • \ _. , 1 • _. ' . 1 ı, ' •, , '1 • . . · .._{.. t..} , . _{. .. •} 1 : . • 1 ' 1 • • • • 1 o ... ., ) • '• _,:• ' .\· .. 1 )' t o\ o 0t t \ ı' ol 1 "ISo 1 1 ·� ₁ 1 1··, �J.··�:' '• '\'•� .. '\ �tt·;·):{ .. ·�� 1�:. ,1; ... ,: .. • ·;\,!'*,i � ı , . . · , ' 1 .•, /1, · r · , · . ' '• • . .,. , • • . . , .... ,_, .. _{. .} , 1 ' • " ' • • •• , ' _.,. "\ � 1 ' J

Şcl{il

8.

Arkadan sıkıştırına sonlu clcnıanlar nıo<.lcli

Dinamik Çarpma Testlerinin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Simulasyonu

Dinanıik Çarpına J\nalizlcri

Arkadan Ç;.lrpına

Stnndarlta verilen

fonnüller yardınııyla�

ı_

·

l

rpnıa

kü

t

lesi

n

i

n serbest dü�ınc yüksekliği

1(>4.4

ıııın

ve

ç

a

rp

nı

t1

kütlesi hızı

1.76

nı/s

olarak

hesaplandı.

Şekil 9'ua arkadan çarpına hcsaplaına ınodcli ve

ça

rpına

sonrası kabini n durun1u

göstcrilıniştir.

Arkadan Sıkıştırına

Arkadan sıkıştırana

testinde s

ı

k

ı

ş

t

l

rına kirişi

üzerine

4120

kgrluk

yük dikey yönde 5 sn süreyle aritınlarak uygulannllş

ve

t

a

ki

p eden 5

s

a

n

iye

sUresince azaltılarak

kaldırılır.

Şek i

1 1 O' da

arkada

n

s

ı kış lı rnıa h

c

s

a

p

l

a

ın

a nıodcl

i ve

sıkl�!trına

s

o

n

ra

s

ı

kabinin duruınu göstcrilıni�tir.

/ J ,• ı • •• 1 . , ( ' 1 ' ı • / 1 i ,1' ·' ₁ /

/ )

/ . 1 ,.r 1 ' .1 •

1

' ,, / ./ .. , / J ()nden Çarpına

Standartta

veri le n

for

nı

U ller yar d

ın

uy

l

a_,

<;arpn1a

kütlesinin

serbest

düşn1e yük

se

kli

ğ

i

166.2

r11n1 v

e

<;arpına kOllesi

h

ı

z

ı

1.77

ın/s olarak

hcsaplundı. Şekil

l

1

'de ö

nde

n çarpı�

·

l

_

�v

:besaplaına

nıodeli ve

ç

a

r

p

nla

s

o n

ra s ı ka b i

n

i

n

d

u r

u

n

nı

gü

st cr i l

ı

n i ş t ir.

Y luH.hlll

Ç'arpına

Slandarlla verilen fonnUller

yardunıyla,

çarpına

kütlesinin serbest düşınc yUksckliği

434

nını ve

ça

rpnıa

kütlesi

hızı

2.87

ın/s

olarak hesaplandı. Şekil

ı

2'dc yandan �arpına hcsa

p

1

a

ı

na ınooeli ve çarpn1a

sonrası k�biııin

d

urun

1

u

g

östcr

i

l

ı

niş

l

ir.

Ö

n

d

en

S

ıkıştu·nıa

Güvenlik kabini ünJcn s

ık

ışt

ın

na kuvveti ve zaınana

göre Jcği�i ın

ar

kaua

n sıkı�lınna ana

1

izi

n

ti

_c ku I

l

an

ıl

an

değerlerle aynıdır.

Şekil

13

'de

önden

stkıştırnıa

hesap laına

ınoclcl i ve s ı

k

ı

şt

ı

rına sonrast

k

abi nin

durun1u gösteri

!ın iştir.

•

�:

�; �,il 9.

Ar

k

aJan çarpın() hcsapl�ın1a nıodcli ve

çarpnltl

s_onras

l

kabinin durunıu

Ü.Kocab1çak ,. / 1 .. • , ·' / /

�eldi

1

O.

/\rkadan sıkaşttrnıa hcsaplan1a n1odcli ve sıkıştırnıa sonrası kabinin durunnı

1

.

. '

..

�t iı.il

1 ı.

Ondcn çarpına

lıesaplaın4\ ıııodeli ve

_{\·arpnıa sonrası kabinin uurunnı}

Din�mik Çarpma Testlerinin Son lu Elemanlar Yöntemiyle Simulasyonu

162

1 ı .ı ₁ \ .' _{1/ \} ,· rı \

./ !!

\.,

: ı 1 ı.

1

ll

\

·' _{1 t} 'ı ı ı \ 1 _{• ı}

/

ı

'\

. ı \ ı ı ₁

1

1 \ 1

�eldi 12.

Yandan ı;arpnla hcsaplaına lllodeli ve çarpıııa sonrası kabinin durunnı

ü.

Kocab1çak

Diııanı i�\ Analiz Son uçla rı

5

a

ş

aınal ı diı d l l i k anal izler sonunda her yük lenıedcki

dinanlİk çarı · q a k

u

v veti n in zaınana göre değiş i ın i elde

cdilJi. Şekil 1 4 ,de arkadan, önden ve yandan çarpn1a hesaplanıalarıntla e lde edi len kuvvct-zanıan eğrileri

vc r i l n1iştir. � --- ----�00\),il - ---.-·---1)1}1)() l) • -<!r.a_fTW y3t'Can ı:11p-r�ı

! l

TOOO J r=====:.:::-··--· - ' _ ,

i

-· -

L

___

L_-4--i----.

--·--

i

C' _o

t

l

ı

1 i ı ₁ � soro J - - -

·---�

- - - ·---�--:·----

�

'

1

ı

ı � ı ... •

1

�

�ooo

:>

1 'S

1

)!)·�· ' ----4..--"---+--- ·

�

--_...____ __ _..

'

1

j

1

· - ---·----·-·-- ı--- ·---···---....

.

--.-J

ı

• ı

1

ı

• O J -·- j - ·-_L . . _ _,!_ 0.00 o. ı o o :'0 0,)0 ·-

_

,

-· ---·. _ .._ ' 0.50 060 O .i O ı_ . • -_{·--- ·- -}--- ·-_{-·---- _} ... _{_} .. _{______} -- __ , -· -· - ·--· -. . - - . - •

��1\.il 14.

l J i ıı<ıınik a n a l izlcnlcn elde ed i le n kuv v

�

t ­

zaınan eğri l eri

Dinaın ik nıukavcınct analizleri sonucunda ka

J

in

taş ı y ı c ı konstrüksiyo n

u

n un sürücü güve n l i k bölgelerine

girnıcdiği ve I SO 3 4 64 ' uygun olduğu

gö

rü ld

ii

. �kil

1 5 \Ic dctorınc o

l

ıınış kab in gc_oın_ctrisi ve

sürUcii

tıüvcıı l i k, bölncs i vcr i l ın i �t ir.

b ::;. '(

�cl\il

15.

_Dinaın ik çarpına anal izi sonrast kabin

gcoınctrisi ve güve n l i k bö l gesi

V.

SONllÇ

Laboratuvar ortanı ında gerçekleştirilen testler uzun zanıan al ınakta ve yüksek ınaliyctlcri de bcrabcrinuc gcti rnıektcdir. Sonlu c le nıan lar yönten1 inc da

y

alı ol arak testierin siınu l asyon unu yapınak ınün1kün

o lıııaktad ır.

S tandart ı,u·da be I irtile n testleri n öne ın l i b ir kısını

d i n a ın i k çarpına testleri olup, bu n l<1 rı

n

gerçekleşti ri lıncsi he ın ınal iye tl i he ın de fazla zanıan al

ı

naktad

ı

r. Gerek kab i n ierin gerekse taş ı y ıcı

s istcnı lcrin daha tasarı nı a

ş

aınasın

d

a b i l gisayar ortanı ında son lu e lcnıanlar yöntcnı iylc D inanı i k

Çarpnıa

T

estlerin i n siın u l asyonunun yapılınası tasarı ın , i nıalat ve test harcanıaları n ı azaltacaktır.

13u

ç

al ı

ş

ı

nadn, d i nan1ik çarpnıa test lerin i n sinı

u

layo

n

u

i <; i n bir son lu clcıHaıılar ınodcl i o l uşturuldu. Prali k bir uygulanıa olarak test sonuçları bulunan traktör gUv e n l i k kabin inin d inanı i k

ç

ar

p

nıa testleri A N S '{ S

son l u eleınan lar yaz ı l ı ın ı i l c s i nı u lc edildi. Elde edi len soınıç.l<n·, tasarı nı aşa ın as ı n_da

son

l u cl_cın a _n 1 a r yard ıınıy la dinaın ik çarpına test lerinin siınu lasyo nunun yapı labi lcceğin i göstcnn iştir.

KAY NA KLA I{

[' 1 J

_{KOC /\ BIÇ AK,}

Ü

., "rfraktör Gr

ıv

enlik Kabin leri nin

l(

onstrüksiyonu ve Kontrolü

İ

çin

B

ir Anal

iz

Model i,,

Doktora T'czi,

i .T.Ü.

l(ütüphancsi,

i

sta

n

bu l, 1 994 .

[21 AN S Y S Theory Man ual, Ph.

J

honson Road 3 1 75 ,

LJSA, 1 996.

[3] ABAQUS Thcory Rcferebce Vol. 1, ABACO M AL.

Str3sse, 20 1 ,

_{Milnich-Gcrnıany, 1 995.}

f !J J

_{M /\ R C 'Training N}otcs, Göth i ng S

tr.

1 1

O Bodcn­

Gcnnany, ı Y95.

( 5 ] J\N SYS/LS-DY N /\3 0 T'heory Manual, Ph.

J l ıonson IZoad J 1 75, USA,

ı 996.

[6

J

_{I SO 3463, Agricultura J and r.orcstry Whce lcd}

Traclors- Protcctivc Stnıcturcs- Dynaınic

ı·cst

McthoJ

and Acccptancc Conditions,

1

n ternational Organ i .1..ation for Stanuard izaüon, S\vitzcrland, 1 984.

•