Ana Sayfa Teorik Bilgiler Katı Cisimler Mekaniği Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

1680
0

Bu çalışmada; temel iki yapısal problem ele alınarak, farklı eleman tipleri ve farklı yazılımlar kullanılarak analizler çözdürülmüş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Yapılan analizlerde, 1 boyutlu kiriş (beam) elemanlar, 2 boyutlu kabuk (shell) elemanlar ve 3 boyutlu katı (solid) elemanlar kullanılmıştır.

Analizler, Ls Dyna, ABAQUS ve Pam-Crash yazılımlarında implisit ve eksplisit olarak çözdürülmüştür.

İncelenen problemler:
1-) Eğilme yükü altındaki ankastre kiriş yapının incelenmesi

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_01 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Dikdörtgen kesitli kiriş yapının geometrik özellikleri:

l (uzunluk)=100mm, b(genişlik)=10mm, h(yükseklik)=5mm

Kiriş, bir ucundan tüm serbestlik derecelerinde kısıtlanmıştır, diğer ucundan da F=20N eksenel yük uygulanmıştır.

Kiriş malzemesi için Elastisite modülü: 69000 MPa, poisson oranı=0.3 alınmıştır.

Problemin analitik hesaplanmasına göz atarsak:

Maksimum deformasyon (w):

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_03 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Kesit modülü (I):

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_04 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Maksimum gerilme (σ)

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_05 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_06 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_07 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

formülleri hesaplanarak:

maksimum deformasyon (w)=0.9275 mm

Maksimum gerilme (σ) =48 MPa hesaplanmaktadır.

2-) Basınç yükü altında dairesel kesitli yapının incelenmesi

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_02 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Geometrik özellikler:

Yarıçap (R)=50 mm, yükseklik (h)=2 mm

Plakanın dış kenarı tüm serbestlik derecelerinde sabitlenmiştir. Tüm yüzeye 0.25 MPa yük uygulanmıştır.

Plaka malzemesi Elastisite Modülü (E)= 69000 MPa, poisson oranı=0.3 alınmıştır.

Problemin analitik hesaplanmasına göz atarsak:

Maksimum deformasyon (w)=

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_08 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Plaka merkezindeki gerilme (σ)=

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_09 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri Formüller kullanılarak,

maksimum deformasyon (w)= 0.484 mm

maksimum gerilme(σ)= 76.25 MPa hesaplanmıştır.


 

Analizlerde Kullanılan Eleman Tipleri:
Ls Dyna yazılımı için kullanılan eleman tipleri:
Kiriş Elemanlar:

Type 1(HughesLiu, kesit alanı integrasyonu)

Type 2 (Belytschko-Schwer)

Kabuk elemanlar:

Type 2(Belytschko-Tsay, tek integrasyon noktası)

Type 16(Ful integrasyon)

Katı Elemanlar:

Type 1 (hexahedron, sabit gerilme – tek integrasyon noktası)

Type 2 (hexahedron, indirgenmiş integrasyon)

Type 10 (tetrahedron, tek integrasyon noktası)

Tek integrasyon noktalı elemanlar için hourglass kontrolü kullanılmıştır, Belytschko-Tsay kabuk elemanlar için, direngenlik (stiffness) opsiyonu kullanılmış, Type 1 katı elemanlar için viskoz opsiyonu seçilmiştir.

PAM-CRASH yazılımı için de benzer eleman tipleri kullanılmıştır.

ABAQUS yazılımında tetrahedron eleman için 10 düğüm noktalı ikinci dereceli C3D10 elemanı kullanılmıştır.

Dairesel kesitli yapının analizlerinde kullanılan çeyrek daire ağ yapıları aşağıda gösterilmiştir.

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_10 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_11 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_12 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

 Analiz Sonuçları:
1-) Eğilme yükü altındaki ankastre kiriş yapının incelenmesi

Ankastre kiriş modelindeki gerilme değerleri, kirişin sabitlenen uç bölümünde, yüzeyde oluşan eksenel gerilmelerdir. Bu değerler, integrasyon noktalarındaki gerilmelerin ekstrapolasyonu ile hesaplanmaktadır.

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_13 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Type 2 Kiriş eleman için, gerilme değeri, sabitlenen uç kısımda oluşan moment ile hesaplanmaktadır.

Quadrilateral kabuk elemanlar için ağ yapısı sıklığı arttıkça aspect oranı düşmektedir.

Ağ yapısının sıklaşması ile gerilme değerleri analitik sonuçlardan uzaklaşmaktadır.

Eğilme ve kayma durumunda, tetrahedron elemanların iyi sonuç vermediği görülmektedir. 10 düğüm noktalı ikinci derece C3D10 elemanı (ABAQUS) sonuçları diğer tetrahedron elemanların değerlerine göre analitik sonuçlara daha yakındır.

LS Dyna sonuçlarını incelediğimizde, TYPE1 (katı) sabit gerilme hexahedron eleman kullanıldığında, ağ yapısının büyük elemanlar ile oluşturulduğu durum için  model esnek bir davranış göstermiştir fakat eleman yoğunluğunun artırılması ile analitik sonuçlara yaklaşılmıştır.

Ful integrasyon noktalı Ls Dyna elemanları ise ağ yapısının büyük elemanlar ile oluşturulduğu durum için daha rijit bir yapı göstermiştir ve ağ yapısının sıklaşması ile analitik sonuçlara yaklaşılmıştır.

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_14 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

2-) Basınç yükü altında dairesel kesitli yapının incelenmesi

Dairesel Kesitli Yapının Analizinde plaka merkezinde oluşan gerilme değerleri hesaplanmıştır.

Analiz sonuçları incelendiğinde, ağ yapısının sıklaştırıldığı eksplisit analizlerdeki sonuçlar analitik çözüme oldukça yakındır.

Yapısal-Analizde-Farklı-Eleman-Tiplerinin-Karşılaştırılması_15 Farklı Eleman Tiplerinin Yapısal Analiz Sonuçlarına Etkileri

Kimler Neler Demiş?

avatar

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
Bildir