• Sonuç bulunamadı

Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Çapa Makinesi Bıçağının Statik Analizi

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Çapa Makinesi Bıçağının Statik Analizi"

Copied!
7
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 9, No: 4, 2012 (45-51)

Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 9, No: 4, 2012 (45-51)

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

www.teknolojikarastirmalar.com e-ISSN:1304-4141

Bu makaleye atıf yapmak için

Gök K., Aydın M., Gök A., “Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Çapa Makinesi Bıçağının Statik Analizi” Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2012, (9) 45-51

How to cite this article

Gök K., Aydın M., Gök A., “The Static Analysis of Hoeing Machine Blade Using Finite Element Method” Electronic Journal of Machine Technologies, 2012, (9) 45-51

Makale (Article)

Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Çapa Makinesi Bıçağının Statik Analizi

Kadir GÖK*, Mustafa AYDIN**, Arif GÖK***

*Dumlupınar Üniversitesi Tek. Bil. MYO, 43100 Kütahya/TÜRKİYE

** Dumlupınar Üniversitesi Müh. Fak. Mak. Müh. Böl., Kütahya /TÜRKİYE

*Kastamonu Üniversitesi Kastamonu MYO, 37100 Kastamonu/TÜRKİYE kadirgok67@hotmail.com

Geliş Tarihi: 28.12.2012 Kabul Tarihi: 12.03.2013

Özet

Bu çalışmada, çapa makinesi bıçağı üzerine uygulanan 5 farklı yük altında meydana gelen gerilme ve deformasyonlar AnsysWorkbench programı kullanılarak incelenmiştir. Çapa makinesi bıçağı, deliklerinden sabitlenirken, kesme yapan yüzeyine 300-400-500-600 ve 700N olmak üzere 5 farklı kuvvet uygulanmıştır.

Analizler sonucunda 700N luk kuvvet altında çapa makinesi bıçağında meydana gelen gerilme değeri 555 MPa olarak hesaplanmıştır. Bu değer malzemenin akma dayanımı aşmaktadır. Bu kuvvet değerinden sonra malzeme kalıcı olarak deformasyona uğrayacaktır.

Anahtar Kelimeler: Sonlu Elemanlar Yöntemi, 3B optik tarama, Çapa makinası

The Static Analysis of Hoeing Machine Blade Using Finite Element Method

Abstract

In this study, the stresses and deformations occurring under five different load applied on the blades of hoeing machine were analyzed using AnsysWorkbench. The blades of hoeing machine were fixed from the holes. In the analysis were applied on cutting surface in five forces as 300-400-500-600 and 700 N. As a result of analysis, the values of stresses occuring on blades of hoeing machine under 700 N force was calculated as 555 MPa. This value exceeds the yield strength of the material. After this, the material will be permanently deformed.

Keywords : Finite Element Method, 3D optical scanner, Hoeing machine

1. GİRİŞ

Çapa makineleri, toprağın işlenip hazır hale getirilmesinde kullanılan benzinli ve dizel tipleri bulunan bir çeşit tarım makineleridir. Çok seri ve pratik olarak çapalama işlemi ile tarımcılığın vazgeçilmez usnurlarından biri haline gelmiştir. Özellikle akslara bağlanan çapa bıçakları ile her türlü tarım arazisi ve toprak koşullarında rahatlıkla kullanılanabilmektedirler. Çapa makinesi (Şekil 1) alırken dikkat etmeniz gereken önemli şeylerden biri arazinizin büyüklüğü ve yapısıdır. Yetiştireceğiniz üründe çapa makinesinin tipini belirleyebilmektedir.

(2)

46

Şekil 1. Çapa makinesi [1]

Literatürde, çapa makinesi bıçağının statik ve gerilme analizi hakkında mevcut çalışmaya rastlanmamıştır, fakat buna paralel olarak eksvatör ve benzeri makine ve ekipmanlarının fikstür ya da bağlantı elemanlarının hasar analizleri incelenmiştir. Bošnjak vd. [2], kepçe tekerlekli eksvatörün bağlantı çubuk desteğinin hasar analizini yapmışlar ve sonlu elemanlar analizini kullanmışlardır. Momcilovic vd. [3], 28MW’ lık yatay hidro türbin milinin hasar analizini sayısal hesaplamalara dayalı olarak gerçekleştirmişlerdir. Bayrakçeken vd., bir otomobil motorunun kam milinin kırılma analizini yapmışlardır. Hasar sebebini belirlemek için bir sonlu eleman gerilme analizi yanı sıra birkaç deneysel çalışmayı gerçekleştirmişlerdir [4]. Bekçi ve vd. [5] ise bir robot kolu aktarma organında kullanılması düşünülen farklı malzemelerden imal edilmesi tasarlanan modüler yapıdaki bir planet dişlinin ANSYS ile gerilme analizini gerçekleştirmişlerdir.

Bu çalışmada, çapa makinesi bıçağı üzerinde uygulanan 5 farklı yük altında meydana gelen gerilme ve deformasyonlar AnsysWorkbench programı kullanılarak incelenmiştir.

2. SAÇ PARÇANIN SAYISALLAŞTIRILMASI

Tersine mühendislik, mevcut CAD verisi olmayan yada hasar görmüş parçaları, bir tarayıcı yardımıyla elde edilen nokta bulutunu kullanarak CAD verisini daha hızlı bir biçimde yeniden elde etme olarak tanımlanabilir. Tasarım sürecini azalttığı içinde endüstride çok önemli bir rol üstlenmektedir. Bu yöntem;

son yıllarda hızlı prototip imalatında yoğun bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Klasik tasarım sürecinin aksine CAD yazılımları ile daha hızlı bir şekilde CAD verisi elde edilerek zamandan kazanım sağlamaktadır. Çok önemli diğer bir avantaj ise karmaşık parçaların tasarımında kolaylık sağlamasıdır.

Çok karmaşık parçaların tasarımında bazen mevcut CAD yazılımı yetersiz kalabilir. Tersine mühendislik ile parça ne kadar karmaşık olursa olsun bir tarama cihazı ile rahatlıkla taranabilir ve nokta bulutu elde edilebilir.

Teknik resmi olmayan bir parçanın CAD verisini elde etmek için ilk olarak nokta bulutu elde edilir. Elde edilen nokta bulutu mevcut CAD yazılımı ile yüzey oluşturulur. Eğer taranacak parçanın üzerinde bir hasar sözkonusu ise hasarlı kısım kolaylıkla belirlenir ve düzeltilir. Çapa makinesi bıçağı, stereo SHINING 3D OPTICSCAN CLASSIC D tarama cihazı ile taranarak nokta bulutu elde edilmiştir.

SHINING 3D OPTICSCAN CLASSIC D, 1,300,000 den fazla nokta oluşturabilmekle birlikte LED teknolojisine sahiptir. 0.04-0.02 arasında hassasiyete sahip olmakla birlikte 0.3 - 0.2 arasında çözünürlüğe sahiptir. Şekil 2.’ de SHINING 3D OPTICSCAN CLASSIC D tarama cihazının resmi görülmektedir. Şekil 3.’ de ise taranacak parçanın resmi görülmektedir.

(3)

47

Şekil 2. SHINING 3D OPTICSCAN CLASSIC D 3 boyutlu tarama cihazı

Şekil 3. Taranacak parça

Tarama cihazının üzerindeki kameralar sayesinde hareketli kafa ile parçanın üzerine ışık düşürülerek taranması sağlanmıştır. Parçanın tarama işleminden sonra nokta bulutu verisi elde edilmiştir. *.asc uzantısında kaydedilen dosyanın nokta bulutu Şekil 4. de olduğu gibi görülmektedir.

Şekil 4. Taranan parçadan elde edilen nokta bulutu

(4)

48 2.1. Parçanın CAD Modelinin Oluşturulması

Nokta bulutu oluşturulan çapa makinesi bıçağı Geomagic Studio 10 programında *.asc formatında açılır.

Programın nokta örme ve düzenleme komutları ile nokta bulutundan ağ ve sonrasında yüzey model oluşturulur. Şekil 5. de nokta bulutundan oluşturulmuş parçanın yüzey modeli görülmektir.

Şekil 5. Nokta bulutundan oluşturulmuş yüzey model

3. ÇAPA MAKİNESİ BIÇAĞININ GERİLME ANALİZİ

Çalışma şartları altında çapa makinesi bıçağı üzerinde meydana gelen gerilme ve şekil değiştirmeler ANSYS Workbench paket programı kullanılarak analiz edilmiştir. Çapa makinesi bıçağına ait model Geomagic Studio 10 versiyonunda oluşturularak (Şekil 5) “iges” formatında AnsysWorkbench sonlu eleman esaslı analiz programında açılmıştır. Çapa makinesi bıçağının ağ (mesh) yapısı için Hex Dominant eleman tipi seçilirken, eleman boyutu olarak 2mm seçilmiştir. Çapa makinesi bıçağının kesme yapan kısmının ağ yoğunluğu diğer kısımlara göre daha sık seçilmiştir. Çapa makinesi bıçağının ağ yapısı Şekil 6. de verilmiştir. Ağ işlemi sonrası toplam 59903 düğüm, 19126 eleman meydana gelmiştir. Çapa makinesi bıçağı üzerine uygulanan sınır şartları ve kuvvet değeri kullanıcı tarafından belirlenmiştir. Çapa makinesi bıçağı deliklerinden sabitlenirken, kesme yapan yüzeyine 300-400-500-600 ve 700N olmak üzere 5 farklı kuvvet uygulanmıştır. Şekil 7.’ de gerilme analizinde uygulanan sınır şartları görülürken, kullanılan çapa makinesi bıçağına ait yapısal ve termal özellikler Tablo 1.de verilmiştir.

Şekil 6. Çapa makinesi bıçağının ağ (mesh) yapısı.

(5)

49

Şekil 7. Çapa makinesi bıçağı üzerine uygulanan sınır şartları ve kuvvet Tablo 1. Çapa makinesi bıçağına ait yapısal ve termal özellikler [6]

Structural

Elastikiyet Modulü 2,e+005 MPa Poisson Oranı 0,3

Yoğunluk 7,845e-009 kg/mm³ Termal Genleşme 1,2e-005 1/°C Akma Dayanımı 505 MPa Çekme Dayanımı 585 MPa

4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Analizler sonucunda çapa makinesi bıçağı üzerinde meydana gelen gerilme ve deformasyonlar hesaplatılmıştır. Farklı kuvvet altında çapa makinesi bıçağında meydana gelen gerilme ve deformasyonlar Şekil 8 ve Şekil 9’ da gösterilmiştir. Şekil 10’ da görüldüğü gibi 600N luk bir yük altında çapa makinesi bıçağında meydana gelen gerilme değeri 476,49 MPa olarak delik çevresinde yoğunlaşmıştır. Bu değer malzemenin akma dayanımından (505) düşük olduğu için malzemede bu kuvvete kadar herhangi bir ciddi hasar ya da kalıcı bir deformasyon meydana gelmeyecektir. 700N luk bir yük altında çapa makinesi bıçağında meydana gelen gerilme değeri 555 MPa olarak hesaplanmıştır. Bu değer malzemenin akma dayanımı aşmaktadır. Bu kuvvet değerinden sonra malzeme kalıcı olarak deformasyona uğrayacaktır.

Kritik yük değerinde çapa makinesi bıçağında meydana gelen deformasyon miktarı 0,002382 mm olarak hesaplanmıştır. Değişken zorlamalara maruz makine elemanlarında gerilmelerin maksimum değerleri yerine bunların genliği ve periyodik değişimi, yani tekrarı önemlidir. Periyodik olarak değişen gerilmeler elemanın iç bünyesinde bir takım yıpranmalar ve ayrılmalar doğurur [7]. Tekrarlı yükler altında malzemenin iç yapısında ya da herhangi bir keskin köşesinde meydana gelen çatlaklar, zamanla gerilme yığılmalarına sebep olmaktadır. Bunun sonucu olarak malzemenin akma dayanımından daha düşük gerilme değerlerinde bile kırıldığı ya da hasara uğradığı gözlenebilmektedir. Bunun yanı sıra çapa makinesi bıçağı üzerine uygulanan kuvvet ve sonucunda meydana gelen gerilmeler arasındaki ilişki üstel ve istatiksel olarak oldukça önemli çıkmıştır. Kuvvet ve gerilme arasında korelasyon katsayısı R² = 0,9845, kuvvet ve deformasyon arasında korelasyon katsayısı R² = 0,9846 olarak bulunmuştur.

(6)

50

Şekil 8. Kuvvet-Gerilme grafiği

Şekil 9. Kuvvet-Deformasyon grafiği

Şekil 10. 600N luk bir yük altında çapa makinesi bıçağında meydana gelen gerilme dağılımı

Dinamik yüklerin parça ve mekanizma üzerinde yorulma ve titreşime sebebiyet vermesinden dolayı, sonraki çalışmalarda bu parça için yorulma ve modal analizleri gerçekleştirilmesi planlanmaktadır.

5. KAYNAKLAR

1. http://www.capamakinesi.net/?p=484

2. Bošnjak, S., Zrnic, N., Simonovic, A., Momcˇilovic, D., 2009, “Failure Analysis Of The End Eye Connection Of The Bucket Wheel Excavator Portal Tie-Rod Support”, Engineering Failure Analysis, 16, 740–750.

3. Momcˇilovic, D., Odanovic, Z., Mitrovic, R., Atanasovska, I., Vuherer, T., 2007, “Failure Analysis Of Hydraulic Turbine Shaft”, Engineering Failure Analysis”, 20, 54-66.

(7)

51

4. Bayrakceken, H., Ucun, İ., Tasgetiren, S., 2006, “Fracture Analysis of A Camshaft Made From Nodular Cast Iron”, Engineering Failure Analysis” 13, 1240–1245.

5. Bekçi, U., Varol, R., Taylan, F., 2006, “Farklı Malzemelerden İmal Edilmiş Modüler Dişli Çarkların ANSYS ile Gerilme Analizi”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2, 19-26.

6. Ansys Workbench 14.0 Material Library

7. Akkurt, M., 2005, Makine Elemanları Cilt: I-II, Birsen Yayınevi Ltd. Şti., İstanbul.

Referanslar

Benzer Belgeler

Tablo 11. i) Öğrencilerin görüşleri hizmet içi pedagojik formasyon eğitimi düzenlenmesinin uygunluğuna göre değişmekte midir?.. Öğrencilere ait öğretmen eğitim

Bu araştırma, karides stoklarından optimum düzeyde yarar sağlayabilmek için canlının biyoekolojik özellikleri, stoklarındaki değişimin göstergeleri, geleneksel av araçları

Having given broad definition of the concept of middle power that incor- porates both realist and liberal perspectives, we can now explain why Turkey can be regarded as a middle

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infects host cells through ACE2 receptors, leading to coronavirus disease (COVID-19)-related pneumonia,

(Mandel, 2014, Chapter 34) Music, the books covering Shakespeare’s plays, tabloids that Arthur gave Kristen Raymonde when she was an eight-year-old child actor once played the

Örneğin bir âşığın biyografisi oluşturulurken aynı mahlası kullanan 7-8 şairin daha bulunduğu ve sözel ortamda bütün şiirlerin birbirine

Bu araştırma, Türkiye’deki büyükşehir belediyelerinin sunduğu, bireylerin vatandaşlık okuryazarlığı kapsamında kullanabilecekleri e-belediye bilgi hizmetlerini ortaya

0úWHUL RGDNOÕ UHWLP SODQODPD  DQOD\ÕúÕ çerçevesinde  \ÕOÕ LoLQGH \DNODúÕN  KDIWDOÕN VWRN RODQ  WRQXQ DOWÕQD GúOPHPHVL YH  PúWHUL\H