Mekanik Tasarım ve Analizin Bilimsel Esasları

Bu kitapta imalat esnasında sıklıkla karşılaşılan tasarım ve analiz süreçlerinin bilimsel

esasları sunulmuştur. Pek çok kitaptan farklı olarak işletmelerde gerçekleştirilen faaliyetleri içeren örnekler bu kitapta sistematik olarak incelenmiştir. Bulgular laboratuvarlar ve işletmelerde saatlerce bazen de günlerce süren denemeler, deneyler ile tespit edilmiştir. Kitabın kapsamı hem akışkan hem de katı cisim mekaniğidir. Okuyucunun temel mekanik bilgisine sahip olması gerekmektedir. Bu nedenle sadece analiz örneği değil aynı zamanda konuya ilişkin teorik temel bilgiler de kısa-öz, açık-net olarak sunulmuştur. Elde edilen bulgular Türkçe bilimsel açık literatüre sunulmuştur. Konu yazılım kullanmayı gerektirdiği için öğrenme verimini artırmak amacıyla kitaptaki örneklerin çizim, analiz dosyaları ve bunlara ilişkin eğitim videoları da okuyucunun erişimine sunulmuştur. Yazılımda kullanılan komutlar orijinal hâli ile verilmiştir. İlaveten, nadir de olsa bazı terimlerin Türkçe`de karşılığı olmaması nedeni ile anlam kaybına uğramaması için teknik literatürde kullanıldığı hâli ile verilmiştir. Kitap baştan itibaren değil, birinci bölümde verilen tanımlar, tarifler ile birlikte sadece ihtiyaç duyulan bölümü çalışmaya müsaittir.

BÖLÜM 1 GİRİŞ

Tasarım Nedir

Tasarımın Bağlı Olduğu Disiplinler

İmalat Yöntemleri

Tasarımın Aşamaları

Tescil ve Patent

Analiz Nedir

Model Nedir

Sonlu Eleman Yöntemi Nedir?

Sentez Nedir?

Optimizasyon Nedir?

HATIRLATMALAR

Histogram

Serbest Cisim Diyagramları

Denge Denklemleri

Normalize Etmek

Parçaları Yapıştırarak (glue) Bütün Bir Cisim Oluşturmak

Esnek, Rijit Cisimler

"…ill constrain…"

"…insufficinetly constrain…"

Serbestlik Derecesi, Kısıt

Bilimsel Gösterim

Bilgisayar Kaynakları

İterasyon, Yakınsama

Gerçek, Mühendislik Değerleri

Gevrek, Sünek Davranış

Normal, Kayma Gerilmesi

3 Sayısının Mekanikteki Yeri

Çubuk, Kafes, Kiriş, Çerçeve, Kolon

SORULAR

BÖLÜM 2 KONUMSAL VE ZAMANSAL AYRIKLAŞTIRMA

Sonlu Fark Yöntemi

Sonlu Hacim Yöntemi

Sonlu Eleman Yöntemi

v

İÇINDEKILER

vi İçindekiler

YAZILIMLARDAKİ DENKLEM ÇÖZÜCÜLER

GEOMETRİ

MALZEME

SEY`de SIKÇA KULLANILAN TERİMLER

Sonlu Eleman Modeli

Yakınsama

Şekil Fonksiyonu, Eleman Mertebesi (Lineer, kuadratik, kübik…)

Eleman Formülü (tam, indirgenmiş)

Eleman Kalitesi

Yük, Sınır Şartları, Simetrilik, Eğim

Doğrulama

SORULAR

BÖLÜM 3 MEKANİK ANALİZ TÜRLERİ

Mekaniğin Yapıtaşları

Mekanik Yük Türleri

Lineer ve Nonlineer Analizler

SORULAR

BÖLÜM 4 YAPISAL ANALİZLER

Deformasyon

Şekil Değiştirme ve Gerilme

Von Mises Eşdeğer Gerilmesi

Von Mises Eşdeğer Şekil Değiştirmesi

Asal Gerilme ve Asal Şekil Değiştirme

Maksimum Kayma Gerilmesi

Maksimum Fark

Emniyet Katsayısı

Termal Şekil Değiştirme

Enerji

Yapısal Hata

Birden Fazla Parçanın Bir Arada Bulunması

Basit/Kayar Mesnetli Bağlantılar

SORULAR.

BÖLÜM 5 KOLONLAR VE BURKULMA ANALİZİ

Kritik Yük

Bağlantı Türü

Alan Atalet Momenti

Burkulma Modları

BURKULMA SİMÜLASYONU

İçindekiler vii

Sınır Şartı

SORULAR

BÖLÜM 6 YORULMA ANALİZİ

S-N Eğrileri

Yük Türleri

Harmonik yükler

Rastgele yükler

Ortalama Gerilmenin S-N ve S-ε Eğrilerine Etkisi

Yorulma Emniyet Katsayısı

YORULMA SİMÜLASYONLARI

Simülasyonda Tekrarlı Yükleme Oluşturmak

Yorulma Mukavemet Faktörü (Kf)

Ölçek Faktörü

S-N İnterpolasyonu

Yorulma Simülasyonu Sonuçları

SORULAR

BÖLÜM 7 DİNAMİK ANALİZ

Zaman Entegrasyon Şemaları

Analiz Zamanının Belirlenmesi

Dinamik Analizlerde Başlangıç Şart(lar)ı Tanımlamak

Yükleme Adımları Kullanarak Başlangıç Şartı Oluşturmak

Bir Dinamik Analizde Başlangıç

Etkilerini Azaltmak İçin Birden Fazla Yük Adımı Uygulamak

Kütle-Yerçekimi Etkileri

SORULAR

BÖLÜM 8 RİJİT CİSİMLERİN DİNAMİK ANALİZİ

Bağlantı (Yatak)

Dayama

Sıçrama Katsayısı

Rijit Dinamik Analizde Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar

SORULAR

BÖLÜM 9 ESNEK CİSİMLERİN DİNAMİK ANALİZİ

BÖLÜM 10 EKSPLISIT DINAMIK ANALIZ

Analiz Ayarları

Simetrik Sınır Şartı

Hasar Başlangıcı, Evrilmesi ve Kopma

Eleman Silinmesi

viii İçindekiler

Eleman Ağı

Analizde Yük Adımları

Şok Dalgası İlerlemesi

Temas ve Cisim Etkileşim Nesneleri

Hata Mesajları

SORULAR

BÖLÜM 11 TİTREŞİM ANALİZİ

Titreşimin Mekanik Sistemlere Olan Etkileri

Titreşim ile İlgili Temel Terimler

Sönümleme

Sönümün Titreşime Etkisi

Sönümlemenin Girilişi

Titreşimin Matematiksel Modeli

SERBEST TİTREŞİM ANALİZİ

Eleman Ağı

Sınır Şartları

Analiz Ayarları

Ön Gerilmeli Modal Analiz

Modal Analiz Sonuçları

Doğal frekans sonuçları

Titreşim biçimlerine (Mod şekilleri) ilişkin sonuçlar

Kütle katılım çarpanlarına ilişkin sonuçlar

Campbell grafiği

SEY ile Modal Analizde Dikkat Edilecek Temel Hususlar

Hata Mesajları

Rezonans Frekansı Esaslı Faydalı Uygulamalar

SORULAR

BÖLÜM 12 ZORLANMIŞ TİTREŞİM ANALİZLERİ

HARMONİK CEVAP ANALİZİ

Harmonik Çözüm Yöntemleri

Harmonik Analiz Sonuçları

SPEKTRUM ANALİZLERİ

CEVAP SPEKTRUMU

Kayıtlı bir Deprem Spektrumunun Uygulanması

Depreme Karşı Dayanım

06.Şubat.2023 Kahramanmaraş Merkezli Depremler

RASTGELE SPEKTRUM

Rastgele Titreşim Simülasyonları

Rastgele Titreşim Analizi Sonuçları

SORULAR

İçindekiler ix

BÖLÜM 13 NONLİNEER YAPISAL ANALİZLER

Malzemelerin Lineer Davranışı

Malzemelerin Nonlineer Davranışı

Temastan Kaynaklanan Nonlineerlikler

Geometrik Nonlineerlikler

Newton-Raphson Denge İterasyonları

Nonlineer Analiz Parametreleri

Kuvvet Dengesi Elde Edilememesinin Nedenleri ve Düzeltilmesi

Plastik Deformasyon Simülasyonlarında Kullanılması Önerilen Kontrol Listesi

Döngüsel Deformasyon Simülasyonlarında Kullanılması Önerilen Kontrol Listesi

BÖLÜM 14 KIRILMA MEKANİĞİ

Çatlak Önü Gerilme Hesabı

Gerilme Yoğunluk Faktörü

Kırılma Tokluğu

Kırılma Tokluğu Hasar Kriteri

Şekil Değiştirme Enerjisi Salıverim Oranı

Yorulma Çatlağı İlerlemesi

KIRILMA MEKANİĞİ SİMÜLASYONU

Kırılma Aracı

Çatlak Yerleştirme

Çatlak İlerlemesi

BÖLÜM 15 OPTİMİZASYON

Optimizasyon Yöntemleri

Yüzey Pürüzlülüğü ve Üretim Yöntemleri

ŞEKİL OPTİMİZASYONU

SORULAR

BÖLÜM 16 ALTI SİGMA (6Σ) ANALİZİ

BÖLÜM 17 HESAPLAMALI AKIŞKAN DİNAMİĞİ

HAD ile İlgili Temel Terimler

Akışkan Türleri

Akış Türleri

Sıkıştırılabilir Akış

Hareket Denklemleri

Ayrıklaştırma

Sınır Şartları

Türbülans Modelleri

Yazılımlar ile HAD Analizi

Ağdan Bağımsızlık Analizi

x İçindekiler

Akış Bölgesi

Temaslar

İşletme Şartları

Referans Değerler

Analiz Öncesi Ayarlar

Çözüm Yöntemleri

Çözücü Türleri

Çözüm Kontrolleri

Monitörler ve Yakınsama Kontrolü

Başlangıç Değerleri Atama (Initialization)

Hesaplamanın Başlatılması

Uygun zaman adımının belirlenmesi

Analiz Sonuçlarının Değerlendirilme Yöntemleri

Çok Fazlı Akış

Bağıl Hareketli Cisimler

SORULAR

GENEL SONUÇLAR

BÖLÜM SONU SORULARIN CEVAPLARI

KAYNAKLAR

EK-1: GAUSS NOKTALARI

EK-2: AĞ OLUŞTURMA TAKTİKLERİ

EK-3: KUM SAATİ

EK-4: MESNETLER, YÜKLER VE SINIR ŞARTI TÜRLERİ

EK-5: KULLANICI TANIMLI SONUÇLAR

EK-6-A: TEMAS ÇİFTLERİ

EK-6-B: EKSPLİSİT ANALİZLERDE TEMAS ALGILAMA

EK-7: GERİLME YIĞILMASI VE TEKİLLİK

EK-8: ÇEŞİTLİ GEOMETRİLER İÇİN GERİLME YOĞUNLUK FAKTÖRÜ

EK-9: ANSYS® PROGRAMININ KULLANIMINA ÖZGÜ ÖZELLİKLER

SONSÖZ