Tipik bir statik analiz simülasyonu sırasıyla malzeme seçimi, sınır koşullarının atanması, mesh atamasının gerçekleştirilmesi ve analizin koşturulmasıyla oluşturulmaktadır. Bu işlemleri gerçekleştirirken bazı bilgilere henüz sahip olmayabiliriz. Peki bu bilgiler elimize geçene kadar analize devam edebilseydik nasıl olurdu?
Tasarımlarınızı test etmek ve doğrulamak SOLIDWORKS Simulation ile her zaman çok kolaydır. Yine de bazı tasarımcılar simülasyon yaparken malzeme seçme ve doğru yük büyüklüklerini uygulama konusunda kararsız kalabiliyorlar.
Doğrusal statik gerilim analizinde bir malzemeyi değiştirdiğinizde ne olacağını hiç merak ettiniz mi? Elbette alüminyum gibi daha “yumuşak” bir malzeme kullanırsak gerilimler büyük ölçüde artmasını bekleriz. Ancak gerçek şu ki malzemenin değişmesi gerilmeyi değiştirmiyor!
Bahsettiğimiz bu durumu basit bir mil üzerinde gerçekleştirdiğimiz çekme analizinde görelim. Örneğimizde bir ucunu sabitleyip diğer ucuna 2000 N yük uygulayarak bir çekme testi simüle ediyoruz. Başlangıçta malzeme olarak titanyum seçiyoruz ve daha fazla sonuç yakınsaması için ince bir mesh yapısı oluşturuyoruz.
Titanyum malzemesi ile yapılan analiz çıktısı
Sonuçları incelediğimizde numunenin merkezinde 25,8 MPa’lık bir gerilim değeri elde ettik.Şimdi ise analizi kopyalayarak sadece malzemeyi alüminyum olarak değiştirelim.
Alüminyum malzemesi ile yapılan analiz çıktısı
Farkettiyseniz iki malzeme ile yapılan analiz sonuçları aynıdır.Sadece virgülden sonraki çok küçük farklarla karşılaşabiliriz.Bunun sebebi ise SOLIDWORKS Simulation’ın FEA yöntemi ile çözümleme gerçekleştirmesidir.
Mühendislik hesaplamasına dönecek olursak stres, yükün alana oranı olarak tanımlamaktayız. Gerçekleştirdiğimiz örneği ele alırsak mühendislik hesapları sonucunda;
Doğrusal bir statik analiz gerçekleştirdiğimizden dolayı milin üzerinde oluşan gerilme malzemeye bağlı değişmeyecektir.
Malzemeler değiştiğinde gerilme değişmiyor olsa da yer değiştirme ve gerinim değerleri değişkenlik gösterecektir. Bunun sebebi bu parametrelerin direkt malzeme karakteristik özelliklerine bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. Bundan dolayı yumuşak bir malzemede daha fazla yer değiştirme beklenecektir.
Birim Gerilim Faktörü
Yazımızın başında da bahsettiğimiz gibi üzerinden çalışmaya başladığımız analizin bazı parametrelerine sahip olmayabiliriz ve bunları ilgili alanlardan temin etmek için beklemek zorunda kalabiliriz. Şayet yük değerini bilmiyorsanız beklemenize gerek kalmayacaktır. Malzemenin doğrusal olarak kabul edildiğini unutmayın, bu nedenle yükler büyüklüklerine göre ölçeklenir. Yani kuvvet iki katına çıkarsa, yer değiştirme ve gerilimler de 2 ile çarpılır.
Bir parça tasarımını tamamladığınızı, analiz için fikstür alanlarını ve uygulanacak yükün yönü ve uygulanacak konumunu biliyorsanız artık analize başlayabilirsiniz.Analizinizde herhangi bir malzeme seçebilir, fikstürlerinizi uygulayabilir ve yük için 1 N büyüklüğünde yük kuvvet uygulayabilirsiniz.Açıkladığımız durumu alüminyum parça olarak tasarladığımız braket parçasında görelim.
Alüminy
Bu analizdeki maksimum gerilim 1 N uygulandığında 0,020022 MPa’dır. Peki bu değer ne anlama geliyor? Bunu “Birim Gerilim Faktörü” olarak yorumlayabilirsiniz, bu sayı basit çarpma kullanarak herhangi bir yük büyüklüğü için gerilimleri hesaplamanıza olanak tanır. Dolayısıyla daha sonra yükün aslında 1000 N olduğunu varsayarsak, maksimum gerilimler sonuç olarak 20,022 MPa olacaktır.
Alüminyumdan yapılan parçanın dayanabileceği maksimum yük değerini hesaplamak için aşağıdaki işlemi yapabiliriz.
Alüminyum braket parçanın dayanabileceği maksimum yük formülü
Eğer malzemeyi değişirseniz bu yük değeri değişecektir. Örneğin braket parçanın malzemesini paslanmaz çelik olarak değiştirdiğimizi düşünelim.
Paslanmaz çelik braket parçanın dayanabileceği maksimum yük formülü
Bu mühendislik hesabını doğrulamak için 10328,99 N’luk yük ile AISI 304 malzemesinden braket modelini analiz ettiğimizde akma mukavemet değerinin çıktı olarak okunduğunu görebilirsiniz.
AISI 304 braket parçasının 10328,99 N yük altında gerilim sonucu
Sonuçlardan, maksimum gerilimin Akma noktasının hemen altında olduğunu ve bu nedenle varsayımlarımızı doğruladığını görebilirsiniz. Sabitleme noktaları değişmediği ve yük konumu ve yönü aynı kaldığı sürece, bu simülasyon yaklaşımından tam olarak yararlanabiliriz.
