Transcript INTRODUCTION TO ANSYS 5.6

Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
5. Başlangıç Kararları
Başlangıç Kararları
Genel Bakış
Training Manual
• Bu bölümde , bazı karar verme proseslerini
tartışacağız.Buradaki amaç analize direkt başlamak yerine
planlamanın ne kadar önemli olduğunu sizlere göstermektir.
• Ele alınan konular:
– A. Hangi analiz tipi ?
– B. Neyi modellemek?
– C. Hangi eleman tipi?
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• ANSYS deki analize başlamadan önce, birkaç karar vermeniz
gerekiyor, örneğin ihtiyaç duyulan analiz tipi ve kurmak
isteğiniz modelin tipi.
001289
30 Nov 1999
5-2
Başlangıç Kararları
A. Hangi analiz tipi?
Training Manual
Yapısal
Katı cisimlerin hareketi, katı cisimdeki basınç,
yada katı cisimlerin teması
Termal
Uygulanan ısı, yüksek sıcaklıklar, yada
sıcaklıkdaki değişimler
Elektromagnetik
Elektrik akımına bağlı aletler (AC yada DC),
elektromagnetik dalgalar, ve voltaj
Akışkan
Gaz veya akışkanların hareketi, ya da taşınılan
gaz veya akışkanın
Birleştirilmiş Alan Yukarıdaki anlatılanların bir kombinasyonu
• Bu tartışmada yapısal analize odaklanacağız.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Analiz tipi genellikle aşağıdaki disiplinlerden birine bağlıdır :
001289
30 Nov 1999
5-3
Başlangıç Kararları
... Hangi analiz tipi?
Training Manual
– Statik yada dinamik analiz?
– Lineer yada lineer olmayan analiz?
• Bunlara cevap vermek için , ne zaman bir cisme bir yükleme
yapılacaksa, bu üç tip kuvvete bağlıdır :
– statik kuvvetler
– Atalet kuvvetkeri (kütleye bağlı)
– Yavaşlatma kuvvetleri
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Yapısal analizi seçtiğiniz zaman bir sonraki sorular şöyle olur:
001289
30 Nov 1999
5-4
Başlangıç Kararları
... Hangi analiz tipi?
Training Manual
• Statik analiz sadece katılık kuvvetlerinin anlamlı olduğunu
varsayar.
• Dinamik analiz bu üç tip kuvveti göz önüne alır.
• Örnek olarak , yüzücülerin kullandığı tramplen
analizini göz önüne alalım.
– Eğer yüzücü sabit üzerinde duruyorsa, statik analiz
yapmak yeterlidir.
– Ama yüzücü tramplen üzerinde yukarı aşağı
zıplıyorsa, dinamik analiz yapmak gerekir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Statik vs. Dinamic Analiz
001289
30 Nov 1999
5-5
Başlangıç Kararları
... Hangi analiz tipi?
Training Manual
• Bu yüzden zamana bağlı yüklemeleri kullanmak statik ve
dinamik analizini seçmek için iyi bir yoldur.
– Eğer yükleme uzun zaman boyunca sabit ise statik analizi seç.
– Değil ise, dinamik analizi seç.
• Genel olarak , eğer tahrik frekansı,yapnın en düşük doğal
frekansının 1/3’ünden daha az ise statik analiz kabul edilebilir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Atalet ve yavaşlatma kuvvetleri,uygulanan yükler zamanla
hızla değişiyorsa anlamlıdır.
001289
30 Nov 1999
5-6
Başlangıç Kararları
... Hangi analiz tipi?
Training Manual
• Linear analiz yüklemenin,yapının sertliğinde ihmal edilebilir
değişiklikler yarattığını farz eder. Tipik karekteristikler:
– Küçük sapmalar
– Elastik limit sınırında gerilmeler ve genlemeler
Gerilme
Elastik modül
(EX)
Genleme
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Lineer vs. Lineer olmayan analiz
001289
30 Nov 1999
5-7
Başlangıç Kararları
... Hangi analiz tipi?
Training Manual
– Elastik limitin ötesinde genleme
– Büyük sapmalar , örneğin balık tuttuğumuz oltalar gibi
– İki parça arasına temas
Gerilmeler
Genlemeler
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Linear olmayan analiz de ise eğer yüklemeler yapının
sertliğinde belirgin değişimler yaratıyorsa kullanılır.Sertliğin
belirgin olarak değişmesinin tipik sebepleri :
001289
30 Nov 1999
5-8
Başlangıç Kararları
B. Neyi modellemek?
Training Manual
– Ne kadar detay içermeli?
– Simetri uygulanmalı mı?
– Gerilmeler?
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Çoğu modelleme kararları analiz modeli kurulmadan önce
yapılır :
001289
30 Nov 1999
5-9
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Önemli olmayan küçük detaylar analiz modeline
eklenmemelidir.Böyle şeyleri CAD sisteminden ANSYS
gönderirken engel olabilirsiniz.
• Bazı yapılar için , analizinizin amacına göre küçük detaylar
mesala büyük gerilme yaratan küçük delikler önem
kazanabilir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Detaylar
001289
30 Nov 1999
5-10
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
• Bazı yapılar bazı şekilde simetriktirler ve sadece profilin
modellenmesine izin verir.
• Simetri modelinin kullanılmasının temel avantajları :
– Genellikle modelin yaratılması kolaydır.
– Daha iyi ve detaylı bir model yapımına izin verir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Simetri
Training Manual
001289
30 Nov 1999
5-11
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
– Geometri
– Materyal özellikleri
– Yükleme şartları
• Simetrinin değişik tipleri mevcuttur:
– Asimetri
– Rotasyonel
– Düzlemsel yada yansıtıcı
– Tekrarlayan
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Simetrinin avantajını kullanmak için , aşağıdakilerin hepsi
simetrik olmalıdır:
001289
30 Nov 1999
5-12
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Merkez eksendeki simetridir , örnek olarak ampuller, düz
borular , yuvarlak tabaklar.
• Simetri düzlemi yapının herhangi bir yerinin kesitidir. Bu
yüzden sadece 2-D bizim için yeterli olacaktır— böylelikle
modelden çok şekilde tasarruf etmiş olacağız!
• Yüklemede çoğu olaylarda asimetrik
olarak kabul edilir. Ama eğer değilse
, analizde lineer ise, yüklemeler
bağımsız çözümler için harmonik
bileşenlerine ayrılabilir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Asimetri
001289
30 Nov 1999
5-13
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Merkez eksende ayarlanmış tekrarlanan segmentlerdir, türbün
rotorlarında olduğu gibi...
• Sadece yapının bir segmentinin modellenmesi gerekir.
• Yüklemede ayrıca eksende simetrik olduğu farz edilir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Rotasyonel simetri
001289
30 Nov 1999
5-14
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Yapının bir yarısının aynada yansıması diğer yarıyı gösterir.
Ayna ise simetri düzlemidir.
• Yükleme simetrik olabilir yada olmayabilir.
Bu model hem yansıtıcı
hemde rotasyonel
simetriyi aynı anda
gösterir
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Düzlemsel yada yansıtıcı simetri
001289
30 Nov 1999
5-15
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Tekrarlayan segmentler düz bir çizgi halindedir, soğutma
paletlerine sahip uzun bir boruyu örnek verebiliriz.
• Ayrıca yüklemede modelin uzunluğu boyunca tekrarlanan
şekilde farz edilir.
Bu model tekrarlanan simetriyi gösterir
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Tekrarlayan simetri
001289
30 Nov 1999
5-16
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Bazı durumlarda , sadece bazı detaylar yapının simetrisini
karışıklık içine iter. Siz bu detayları daha küçük bir model
kullanmanın getireceği kar ile göz ardı edebilirsiniz. Böylelikle
doğruluktan ne kadar uzaklaştığınızı tahmin etmek güçleşir.
001289
30 Nov 1999
5-17
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Gerilme tekilliği sonlu eleman modelinde öyle bir yerdir ki
gerilme değeri sınırlı değildir (sonsuz). Örnekler:
– Nokta yüklemesi , örneğin uygulanan kuvvet yada moment
– İzole edilmiş sınırlanmış nokta,burada reaksiyon kuvvetleri
nokta yüklemesi gibi davranır
– Keskin bir köşe
• Ağ yoğunluğu inceldiği zaman, gerilme
• değeri artar ve hiç bir zaman birbirine
•
yaklaşmaz.
P
s = P/A
As A  0, s  
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Gerilme tekilliği
001289
30 Nov 1999
5-18
Başlangıç Kararları
... Neyi modellemek?
Training Manual
• Öyleyse gerilme tekilliği ile nasıl uzlaşacağız?
– Eğer ilgilenilen bölgeden çok uzak bir yerde iseler ,sonuçları
gözden geçirirken etkilenen bölgeyi aktif durumdan çıkararak
kısaca göz ardı edebilirsiniz.
– Eğer ilgilenilen bölgede iseler, doğru hareketler yapmanız
gerekir, mesela:
• Eşdeğer basınç yüklemeli bir nokta kuvveti yerleştirilir.
• “Dışarı yayılma ”bir grup düğüm üzerinden yerdeğiştirme
sınırlaması.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Gerçek yapılar gerilme tekilliği taşımazlar. Bunlar modelin
tahminlerini basitleştirmek için yaratılmış kurgulardır.
001289
30 Nov 1999
5-19
Başlangıç Kararları
C. Hangi Eleman Tipi?
• Tipik konular şunlardır:
– Hangi eleman kategorisi? Katı, kabuk v.b.
– Eleman sırası. Lineer yada dörtgensel.
– Ağ yoğunluğu. Genellikle analizin amaçları doğrultusunda
belirlenir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Analize başlamadan önce vermeniz gereken önemli bir
karardır.
Training Manual
001289
30 Nov 1999
5-20
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
• ANSYS bir çok değişik eleman kategorisi sunar. Bunlardan en
çok kullananları :
– Çizgi elemanları
– Kabuklar
– 2-D katılar
– 3-D katılar
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Eleman kategorisi
001289
30 Nov 1999
5-21
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Kiriş elemanları civataları modellendirmek için , tübüler , Ckesitleri, açı demirlerini, yada herhangi uzun , ince elemanlarda
eğilme gerilmelerinin ihtiyaç duyulduğu yerlerde kullanılır.
– Direk elemanları yayların,civataların modellenmesinde kullanılır.
– Yay elemanları ise yayların, civataların uzun ince parçaların
veya eşdeğer uzunluktaki karışık parçaların modellenmesinde
kullanılır.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Çizgi elemanları:
001289
30 Nov 1999
5-22
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Zayıf paneller yada eğri yüzeylerin modellenmesinde kullanılır.
– Zayıf tanımı uygulamaya bağlıdır, ama genellikle, kabuk yapısı
(panel) kalınlığının en az 10 katı olmalıdır.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Kabuk elemanları:
001289
30 Nov 1999
5-23
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Katı nesnelerin profillerinin modelini çıkrmak için kullanılır.
– Kartezyen X-Y düzleminde modellenmelidir.
– Tüm yüklemeler X-Y düzlemindedir, ve sorumlu
(yerdeğiştirmeler) da X-Y düzlemindedir.
– Eleman davranışı aşağıdakilerden biri olabilir :
• Düzlem gerilmesi
• Düzlem genlemesi
• asimetrik
• asimetrik harmonik
Y
Z
X
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• 2-D Katı elemanlar:
001289
30 Nov 1999
5-24
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Z boyutu X ve Y boyutundaki
bileşenlerden daha küçük olduğu
zaman geçerlidir.
– Z-genlemesi sıfır değildir.
– Opsiyonel kalınlığa (Z
doğrultusunda) izin verilir.
– Düzlem içerisindeki yüklemelerde
kullanılan düzlem yapılarında
kullanılır, yada basınç yada
santrifüj yüklemelerindeki ince
disklerde kullanılır.
Y
Z
X
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Düzlem gerilmeleri Z
doğrultusunda sıfır gerilme
varsayar.
001289
30 Nov 1999
5-25
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Z boyutu ,X ve Y boyutundaki bileşenlerden
daha fazla ise geçerlidir.
– Z-gerilmesi sıfır değildir.
– Uzun, sabit kesitli yapılar örneğin yapısal
kirişler için geçerlidir.
Z
Y
X
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Düzlem genlemesi Z yönünde sıfır genleme
kabul eder.
001289
30 Nov 1999
5-26
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
– Simetri ekseni Y ekseni ile çakışır.
– Negatif X koordinatlarına izin verilmez.
– Y yönü aksiyal, X yönü radyal, ve Z dairesel
(çember)yöndedir.
– Çember yer değiştirmesi sıfırdır ; çember
genleme ve gerilmeleri genellikle belirgindir.
– Basınç kapları, düz borular, şaftlar için
kullanılırlar.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Asimetri 3-D model ve onun yüklemeleri 2-D
kesiti y ekseni boyunca 360° döndürmeyle
yaratılabileceğini söyler.
Training Manual
001289
30 Nov 1999
5-27
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Asimetrik olmayan yüklemeler Fourier serisi bileşenlerine
ayrıştırılır, uygulanır ve ayrı çözülür, ve sonra birleştirilir.Bu
basitleştirmede hiç yaklaşık değerler yoktur!
– Asimetrik olmayan yüklemeler için kullanılır;örnek olarak bir şaft
daki tork..
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Asimetrik harmonik simetrinin çok özel bir durumu olup
burada yüklemeler asimetrik olmayabilir.
001289
30 Nov 1999
5-28
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Geometrisi,materyalleri,yüklemesi,yada ihtiyaç duyulan detaylar
yüzünden basit elemanlarla modellenemeyen yapılar için
kullanılır.
– Ayrıca model geometrisi 3-D CAD sisteminden transfer
edildiğinde ve 2-D yada kabuk formuna çevirmek için çok fazla
zamana ve çabaya ihtiyaç duyuluyorsa kullanılır.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• 3-D Katı elemanları:
001289
30 Nov 1999
5-29
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
• Eleman sırası elemanın şekil fonksiyonlarının polinom
sırasıdır.
• Şekil fonksiyonu nedir?
– Bu bir matematiksel fonksiyon olup elemanlarla birlikte şeklin
sonuçlarını verir. FEA ,DOF değerlerini sadece düğümlerde
çözdüğünden, biz lemanlarla birlikte düğümsel DOF değerlerini
noktalara işaretlemek için şekil fonksiyonuna ihtiyacımız vardır.
– Şekil fonksiyonu verilen eleman için varsayılan davranışı temsil
eder.
– Bir sonraki slaytda her vasrayılan eleman şekil fonksiyonunun
gerçek davranışla kaşılaştırılması ve bununda çözümün
doğruluğunu nasıl etkilediğini göreceğiz.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Eleman sırası
001289
30 Nov 1999
5-30
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Lineer yaklaşım (Kötü
sonuçlar)
Gerçek ikinci
dereceden eğri
Lineer yaklaşım çoklu
elemanlarla (Daha iyi
sonuçlar)
İkinci dereceden denklem
yaklaşımı
(En iy sonuçlar)
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
İkinci dereceden DOF
değerlerinin dağılımı
Training Manual
001289
30 Nov 1999
5-31
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
• Tipik olarak , lineer elemanın sadece köşe düğümleri var, ama
ikinci dereceden denklemin ayrıca orta tarafda da düğümleri
var.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Eleman tipini seçtiğiniz zaman,o eleman tipi için varsayılan
eleman şekil fonksiyonunu seçmiş ve kabul etmiş
oluyorsunuz.
001289
30 Nov 1999
5-32
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
•
Sadece lineer yerdeğişimlerini
ve bu yüzden sadece tek
elemanlı sabit durum
gerilmelerini destekler.
•
İkinci dereceden
yerdeğişimlerini ve bu yüzden
tek elemanlı gerilmenin lineer
değişimini destekler.
•
Eleman bükülmelerine çok
hassasdır.
•
•
Sadece nominal gerilme
sonuçları ile ilgileniyorsan
kabul edilebilir.
Bükülmüş kenarları temsil eder
ve yüzeyler lineer
elemanlardan daha doğrudur.
Eleman bükülmesine hassas
değildir.
•
Eğer yüksek doğruluk
gerilmeleri ilgileniyorsanız
tavsiye edilir.
•
Lineer elemanlardan daha iyi
sonuçlar verir.
•
Yüksek gerilme gradyenlerini
çözmek için çok sayıda eleman
kullnamaya ihtiyacınız vardır.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
İkinci dereceden elemanlar
Lineer elemanlar
001289
30 Nov 1999
5-33
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Kabuk modelleri için ,lineer ve ikinci dereceden elemanlar
arasındaki fark katı modeller kadar dramatik değildir. Lineer
kabuklar onun için daha fazla tercih sebebidir.
– Lineer ve ikinci dereceden elemanların dışında, üçüncü bir türde
mevcuttur, p-elemanları. P-elemanları ikinci dereceden sekizinci
dereceye kadar yerdeğişimlerini destekler veotomatik çözüm
yaklaşım kontrollerini de içerir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Notlar:
001289
30 Nov 1999
5-34
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
• FEA nın ana terimi eleman sayısı (ağ yoğunluğu)arttığı
zaman, çözüm gerçek çözüme daha çok yaklaşır.
• Ama, çözüm zamanı ve bilgisayar kaynak ihtiyacı da siz
eleman sayısını arttıkça artar.
• Analizin amaçları genellikle aşağıdaki düğmenin hangi tarafa
doğru gitmesini istediğinizi karar vermektir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
Ağ yoğunluğu
001289
30 Nov 1999
5-35
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– İyi bir ağa ihtiyaç duyulur, yapının her hangi bir yerindeki
geometrik detayları atlamanız gerekir.
– Gerilme yaklaşımı mutlaka kanıtlanmalıdır.
– Modelin herhangi bir yerinde yapacağınız basitleştirme çok
belirgin hata verir.
• Eğer dönme ve nominal gerilmelerle ilgileniyorsanız
– Bağıl kaba bir ağ yeterlidir.
– Küçük geometri detayları atlanabilir.
:
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Eğer yüksek doğrulukta gerilmelerle ilgileniyorsanız :
001289
30 Nov 1999
5-36
Başlangıç Kararları
... Hangi Eleman Tipi?
Training Manual
– Küçük detaylar genellikle atlanabilir.
– Basit mode şekilleri bağıl kaba ağ ile ele geçirilir.
– Karışık mode şekilleri uniform, iyi ağ içerebilir.
• Termal Analiz:
– Küçük detaylar genellikle atlanabilir, ama çoğu termal analiz
gerilme analizi ile takip edildiğinden, genellikle gerilmelerin
dikkate alınması bunu belirler.
– Ağ yoğunluğu genellikle beklenen termal gradyenler tarafından
belirlenir. İyi ağ yüksek termal gradyenler için gerek duyulur,
düşük gradyenler için ise kaba ağ yeterli olabilir.
INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 1
• Eğer mode şekilleri ile ilgileniyorsanız (modal analiz):
001289
30 Nov 1999
5-37