Sonlu elemanlar analizlerinde, hesaplama verimliliğini artırabilmek için ince cidarlı yapılar; kabuk (shell), kiriş (beam) elemanlar ile modellenmektedir. Geniş yüzey alanına oranla düşük kalınlığa sahip sac parçalarda, orta yüzey (mid-surface) çıkartma işlemi yapılarak öncelikle geometrik olarak 2 boyutlu yüzeyler oluşturulmakta, ardından da bu yüzey üzerinde ağ yapısı oluşturularak analiz modeli hazırlanmaktadır.
İnce cidarlı sabit kesitli profil yapıların modellenmesinde de yine benzer mantık ile kabuk elemanlar kullanılabilmekte aynı zamanda analizdeki isterlere bağlı olarak bu yapılar kiriş (beam) elemanlar ile de modellenebilmektedir.
Ansys yazılımında kullanılan klasik 3 boyutlu katı(solid) elemanlar: SOLID 185, SOLID 186, SOLID 187,
Geometrik ve yapısal davranış olarak 3 boyutludur.
Herbir düğüm noktasında üç serbestlik derecesine sahiptirler
Geliştirilmiş gerinim teknolojisi tabanlıdırlar.
3 boyutlu hacimsel katı yapılar için uygundurlar.
Eğilme durumundaki ince yapılar için çok uygun değildirler.
Ansys yazılımında kullanılan kabuk elemanlar: “SHELL181” ve “SHELL281” elemanlarıdır.
Geometrik olarak 2 boyutlu fakat yapısal açıdan 3 boyutlu davranış göstermektedirler.
Elemanların her düğüm noktasında 6 serbestlik derecesi (x,y,z ilerleme ve x,y,z dönme) vardır.
Ince cidarlı yapıların modellenmesi için uygundurlar
Ansys yazılımında kullanılan 3 boyutlu katı-kabuk elemanlar: SOLSH190
Geometrik ve yapısal davranış olarak 3 boyutludurlar.
Herbir düğüm noktasında üç serbestlik derecesine sahiptirler.
Çok ince plakalardan orta derece kalınlıktaki plakalara kadar farklı kalınlıklarda plaka analizlerinde kullanılmaktadır.
L/t=1000 olduğu ince yapılarda katı elemanların kullanımı:
Örnekte gösterilen ince yapıda iki farklı katı eleman kullanıldığında kayma gerilmeleri dağılımında farklılıklar görülmekte aynı zamanda, analizden beklenen deformasyon miktarı 1mm olmasına rağmen, SOLID 185 eleman tipinin kullanıldığı modelde, 0.0035, SOLID 186 eleman tipinin kullanılan modelde 0.83 hesaplanmaktadır.
Verilen örnekteki analiz sonuçlarında beklenen deformasyon değerine ulaşabilmek için modelde yapılabilecek değişiklikler:
1-) Ağ yapısının sıklaştırılması (çözüm süresini uzatacaktır)
2-) İkinci derece elemanların kullanımı (orta düğüm noktalı elemanlar) (çözüm süresini uzatacaktır)
Sonuçlardan görüldüğü üzere, çok ince yapılarda katı elemanlar kullanıldığında, doğru sonuç alabilmek için ya çok sıkı ağ yapısı örülmeli ya da 2. derece elemanlar kullanılmalıdır. Fakat bu durumda da eleman ve düğüm sayısının artmasıyla analiz çözüm süresinde artış olacaktır. İnce yapıların analizleri için pahalı bir yaklaşım olabilmektedir.
Aynı örnekte kabuk ve katı-kabuk elemanların kullanımı:
Kabuk elemanların kullanıldığı durumda sonuçlar:
Katı- Kabuk elemanların kullanıldığı durumda sonuçlar:
Sonuçlardan görüleceği üzere, verilen örnekteki ince yapı için kabuk ve katı-kabuk elemanlar kullanılarak yapılan analizlerde hem kayma gerilmeleri hem de deformasyon değerleri açısından doğru sonuçlara ortalama ağ yapısı ile ulaşılmaktadır. Benzer sonuçlara katı elemanlar ile ulaşabilmek için daha fazla emek harcanmaktadır.
