T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ANSYS 5.4 İLE ÇELİK KAPI TASARIMI

BİTİRME PROJESİ

Arda ULUSELLER 1999485048

Projeyi Yöneten Prof. Dr. Sami AKSOY

Ocak, 2005 İZMİR

BÖLÜM BİR

KULLANILAN PAKET PROGRAM (ANSYS 5.4)

HAKKINDA GENEL BİLGİLER

1.1 ANSYS 5.4 Programının Genel Tanımı

ANSYS 5.4 mühendislik alanında sonlu eleman yöntemiyle çeşitli konularda

analiz yapan bir programdır.

Bu konular:

- Yapısal analiz

- Termal analiz

- Elektromagnetik analiz

- Akışkanlar analizi

kapsar.

1.2 ANSYS’ in Genel Kullanımı

1.2.1 Programın Açılışı

Ansys programını çalıştırmak için START menüden Programlar altından ANSYS

5.4 adlı menü adımı altından Interactive seçilir. Açılan pencerede Ansys in ilk

seçimleri yapılır. Burada şu seçimler yapılır.

• Product: Ansys / Multiphysics / LS-DYNA

• Working Directory: Çalışmalarının kaydedileceği dizin seçilir.

• Graphics Device Name: 3d Grafikler için kullanılacak görüntü bağdaştırıcı seçilir.

Biz Windows’un default görüntü bağdaştırıcısını kullanmak için Win32 seçildi.

• Initial Jobname: Yapmak istediğimiz projede kullanacağımız ad.

• Memory Requested for Total Workspace: Toplam kullanılabilir fiziksel bellek.

• Read START.ANS tile at start up: programın açılışında start.ans adlı dosyadaki

initial değerleri okunup okunmayacağını soruyor ve biz bu soruya evet cevabını

veriyoruz.

• GUI Configuration: Çalışma penceremizin koordinatlarını ve boyutlarını

belirliyoruz.

Resim 1.1

İstediğimiz seçimleri yaptıktan sonra save&run tuşunu okeyleyerek programı

başlatabiliriz. Bir süre sonra lisans aşaması gelir. Açılan pencerenin altındaki OK

butonuna basarak işlem devam ettirilir. Karşımıza ANSYS çalışması hazır haldedir.

1.2.2 Menüler

Bu bölümde Ansys 5.4’ de kullanılan temel menülerden bahsedeceğiz.

1.2.2.1 File: Bu kısımda yeni bir çalışmaya başlama, daha önceden kaydedilmiş

dosyaları çağırma, yapılan yeni çalışmayı kaydetme veya çıkış işlemleri yapılır.

1.2.2.2 Select: Model üzerinde çalışırken zaman zaman bazı kısımların (alanlar,

hacimler vb.) genel görünümden ayrı olarak incelenmesi modelleme kolaylıkları

sağlar.

1.2.2.3 List: Bu menü sayesinde hazırlanan model üzerindeki nokta, çizgi, alan

hacim, eleman, kuvvet, basınç, malzeme özellikleri ve ana serbestlik dereceleri yani

sonuçların okunması ve dökümü buradan elde edilir.

1.2.2.4 Plot: Modelin nokta, çizgi, alan, elemanların gösteriminin ayarlandığı ve

sonuçların ekranda görsel olarak ayarlandığı menüdür.

1.2.2.5 Plot Controls: Modelin grafik ekranındaki görünüm açısının değişimi,

perspektif görüntü veya istenilen şekillerde animasyon görüntüleri alınmasına yarar.

Ayrıca Ansys 5.4’ün çeşitli renk ve görüntü ayarları buradan yapılır.

1.2.2.6 Work Plane: Başlangıçta kullanılan kartezyen koordinat sistemi bu menü

yardımıyla kutupsal ya da kullanıcı eksen takımlarına dönüştürülebilir.

1.2.2.7 Menu Controls: Ekranda kullanılan pencerelerin açılıp kapanmasına olanak

sağlar.

1.2.2.8 Help: Programın bölümleri, komutları ve genel koordinatları hakkında bilgi

almaya yarayan menüdür.

1.2.3 ANSYS’ de Menüler

1.2.3.1 ANSYS Main Menu: Bu menü programın kullanılmasını sağlayan menüdür.

Bu menü sayesinde model oluşturulur, analiz çözümlenir, incelenerek gerekli

diyagramlar elde edilir.

1.2.3.2 ANSYS Graphics: Modelin oluşturulduğu ve üzerinde çalışılan penceredir.

1.2.3.3 Pan / Zoom / Rotate: Bu pencere plot controls menüsünden açılır.

Resim 1.2

Modelleme sırasında çok büyük kolaylıklar sağlar. Model istenilen şekillerde

döndürülebilir, büyütülüp küçültülebilir.

1.2.3.4 ANSYS Input: Bu menüde istenilen komut hakkında yapılması gerekli işlem

sırasını açıklayan penceredir.

1.2.3.5 ANSYS Toolbar: Bu menü sayesinde yaptığımız işlemi Save_DB ile kayıt

ederiz. Daha sonra son kaydedilen modeli istediğimizde Resume_DB ile görüntüyü

çağırmamıza yarayan bir menüdür.

1.2.3.6 ANSYS Output: Bu menü yukarıdaki menülerin arkasında çalışır ve her

yapılan işlemi sırasıyla kaydeder.

BÖLÜM İKİ

MODELLERİN TANIMLANMASI

2.1. ANALİZİ YAPILACAK PARÇANIN GENEL HATLARI

2.1.1 GENEL GÖRÜNÜM

Resim 2.1

Yukarıda ön ve sol yan görünüşü bulunan çelik kapımızın üç adet menteşesi

ve onbir adet kilidi bulunmaktadır. Bu kilitler ve menteşeler yapacağımız analizlerde

sabit kabul edilecektir.

2.1.2 ELEMANLARIN KOORDİNATLARI x1 x2 y1 y2 z1 z2

m1 -20 0 40 10 0 10 m2 -20 0 970 1030 0 10 m3 -20 0 1900 1960 0 10 k1 -34 16 400 410 35 45 k2 -34 16 800 810 35 45 k3 -34 16 1190 1200 35 45 k4 -34 16 1590 1600 35 45 k5 300 310 1984 2034 35 45 k6 690 700 1984 2034 35 45 k7 984 1034 1590 1600 35 45 k8 984 1034 960 1040 35 45 k9 984 1034 400 410 35 45

k10 300 310 -34 16 35 45 k11 690 700 -34 16 35 45 v1 0 1000 0 2000 0 10 v2 16 984 16 1984 10 80

Resim 2.2

2.1.3 ÜÇ BOYUTLU GÖRÜNÜM

Resim 2.3

2.2 KABULLER

2.2.1 MALZEME ÖZELLİKLERİ

E (Gpa) V

çelik 200000 0.3 ağaç kaplama 12000 0.3 yalıtım malz. 3100 0.3

Resim 2.4

2.2.2 UYGULANAN BASINÇ DEĞERİ

F = 10 N / mm²

2.2.3 BASINÇ UYGULANAN ALANLAR

-Z yönünde : 1 952 256 mm²

+Z yönünde : 2 000 000 mm²

2.2.4 SABİT NOKTALAR

-Z yönünde : Tüm menteşe ve kilitler sabit kabul edildi.

+Z yönünde : Tüm menteşeler, kilitler ve kapının kapandığı zaman oturduğu

yüzey sabit kabul edildi.

2.2.5 DİĞER KABULLER

Tüm menteşe ve kilitler çelik malzeme olarak kabul edildi. Tüm model

tiplerinin dış boyutları ve basınç uygulanan yüzey alanları aynı kabul edildi.

2.3 ANALİZİ YAPILACAK MODEL TİPLERİ

2.3.1 A TİPİ

“A” tipi modelimizin özelliği sadece çelikten imal edilmiş olmasıdır.

2.3.2 B TİPİ

“B” tipi modelimizin özelliği Resim 2.5’ te görülen kırmızı kısımların ağaç

kaplama, mavi kısımların yalıtım malzemesi ve ondüla şeklindeki parçanın çelik

olmasıdır. Bu tipte dikey ondüla kullanılmıştır ve y1 = 18 mm ‘den y2 = 1982mm’

ye kadardır. Boyutları x = 136 mm, y = 1964 mm, z = 60 mm olan “7” adet yalıtım

malzemesi dikey ondüla şeklindeki çelik malzemenin içine oturtulmuştur.

Resim 2.5

2.3.3 C TİPİ

“C” tipi modelimizin “B” tipinden farkı yatay ondüla şeklinde çelik kafes

kullanılmasıdır. Bunun yanında yalıtım malzemesinin boyutları da x = 964 mm,

y = 136 mm, z = 60 mm şeklindedir (sadece en alt ve en üstte y = 84 mm’ dir).

Burada kullanılan ondüla x1 = 18 mm’ den x2 = 982 mm’ ye kadardır.

Resim 2.6

BÖLÜM ÜÇ

MODELİN ANSYS 5.4 İLE TANIMLANMASI VE

ÇÖZÜMLENMESİ 3.1 ANA MENÜ

Resim 3.1

Ansys 5.4’ ün ana menüsü Resim 3.1’ de görüldüğü gibidir.

3.1.1 KULLANILAN MENÜLER

Resim 3.2

Resim 3.3 Resim 3.4

Analiz yaparken Preferences, Preprocessor, Solution ve General

Postprocessor menüleri kullanılmıştır. Bu menüler içindeki alt menüler sayesinde

istediğimiz parçanın genel görünümü ve özellikleri belirlenmiştir.

Preferences menüsünden analiz tipi seçilir. Preprocessor menüsünden element

tipi, malzeme özellikleri ve şekil oluşturulur. Solution menüsünden yükler ve

deplasmanlar belirlenir, çözüm yaptırılır. General Postprocessor menüsünden

sonuçlar ve grafikler alınır.

3.2 PARÇANIN ANSYS 5.4 İLE MODELLENMESİ VE

ÇÖZÜMLENMESİ

3.2.1 ANALİZ TİPİNİN BELİRLENMESİ

Preferences menüsünden yapısal analiz yaptığımız için structural

seçilir.

Resim 3.5

3.2.2 ELEMAN TİPİ VE ÖZELLİKLERİ

Preprocessor>Element Type>Solid 45 seçilir.

Resim 3.6

3.2.3 MALZEME ÖZELLİKLERİ

Preprocessor>Material Properties tıklanarak istenilen malzemeye numara

verilerek özellikleri yazılır. Resim 3.7’ de ağaç malzeme için girilen değerler

görülmektedir.

Resim 3.7

3.2.4 BİRİMLERİN BELİRLENMESİ

Preprocessor>Material Properties>Select Units menüsünden USER seçilir.

Resim 3.8

3.2.5 GEOMETRİK MODELİN OLUŞTURULMASI

Preprocessor>Create>Volumes>By Dimensions menüsünden x, y, z

değerlerine göre bütün hacimler girilir.

Preprocessor>Operate>Add>Volumes menüsünden bütün hacimler seçilerek

tek hacim olarak kabul edilir.

Resim 3.9

3.2.6 ELEMANLARA AYIRMA (MESH)

Preprocessor>Mesh Tool>Global Set menüsünün “Size” bölümüne “50”

yazarak mesh yaparız.

Resim 3.10

Resim 3.11

3.2.7 DEPLASMAN – BASINÇ UYGULANMASI

Solution>Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas menüsünden basıncın

şiddeti ve yönü yazılır.

Solution>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas menüsünden

deplasmanlar verilir.

Resim 3. 12

3.2.8 ÇÖZÜMLEME

Solution>Solve>Current Ls menüsünden çözüm yaptırılır.

3.2.9 SONUÇLARIN OKUNMASI

General Postprocessor>Plot Results>Nodal Solution menüsünden istediğimiz

yöndeki gerilmeleri veya istediğimiz yöntemle elde edilen sonuçları görebiliriz.

Resim 3.13

BÖLÜM DÖRT

SONUÇLAR 4.1 SONUÇLAR

Resim 4.1 (A Tipi / Von Misses gerilmesi / +Z yönünde basınç)

Resim 4.2 (A Tipi / X yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.3 (A Tipi / Y yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.4 (A Tipi / Z yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.9 (B Tipi / Von Misses gerilmesi / +Z yönünde basınç)

Resim 4.10 (B Tipi / X yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.11 (B Tipi / Y yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.12 (B Tipi / Z yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.13 (C Tipi / Von Misses gerilmesi / +Z yönünde basınç)

Resim 4.14 (C Tipi / X yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.15 (C Tipi / Y yönündeki gerime / +Z yönünde basınç)

Resim 4.16 (C Tipi / Z yönündeki gerilme / +Z yönünde basınç)

Resim 4.17 (A Tipi / Von Misses gerilmesi / -Z yönünde basınç)

Resim 4.18 (A Tipi / X yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.19 (A Tipi / Y yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.20 (A Tipi / Z yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.25 (B Tipi / Von Misses gerilmesi / -Z yönünde basınç)

Resim 4.26 (B Tipi / X yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.27 (B Tipi / Y yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.28 (B Tipi / Z yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.29 (C Tipi / Von Misses gerilmesi / -Z yönünde basınç)

Resim 4.30 (C Tipi / X yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.31 (C Tipi / Y yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

Resim 4.32 (C Tipi / Z yönündeki gerilme / -Z yönünde basınç)

4.2 YORUMLAR

A Tipi : -Z yönünden kuvvet uygulandığında +Z yönüne göre min. ve max. gerilmeler artarken, max. deplasman değerinde düşüş oldu.

B Tipi : -Z yönünden kuvvet uygulandığında +Z yönüne göre min. ve max.

gerilmeler artarken, max. deplasman değerinde düşüş oldu. C Tipi : -Z yönünden kuvvet uygulandığında +Z yönüne göre min. ve max.

gerilmeler artarken, max. deplasman değerinde de artış oldu. Genele bakılırsa en yüksek max. gerilme değeri her iki yönde de “B” tipinde, en

yüksek min. gerilme değeri de “A” tipinde oluştu. Max. deplasman değerlerine bakılırsa en yüksek değerler “A” tipinde, en düşük

değerler ise “C” tipinde ortaya çıktı. Sonuç olarak her iki yönde gelen kuvvete karşı en düşük gerilme değerleri ve en

düşük deplasman değerlerine ulaşan “C” tipi kapımız (yatay ondüla) analizimizin en sağlam kapısı oldu.