EĞĐ TĐM AMAÇLI ANSYS PAKET PROGRAMININ TANITILMASI, ANSYS

63 Pages·2007·4.88 MB·Turkish

T.C
ZONGULDAK KARAELMAS ÜNĐVERSĐTESĐ
Karabük Teknik Eğitim Fakültesi
Makine Eğitim Bölümü

EĞĐTĐM AMAÇLI ANSYS PAKET PROGRAMININ TANITILMASI,
ANSYS ÖĞRETĐMĐ ve UYGULAMA ÖRNEKLERĐ

Adı Soyadı: Ersin PENÇE
No : 2003010504012

Danışman

Öğretim Görevlisi: Ender NALÇACIOĞLU
Ersin PENÇE’nin Mezuniyet Tezi olarak hazırladığı “Eğitim amaçlı Ansys paket
programının tanıtılması, Ansys öğretimi ve uygulama örnekleri” başlıklı bu çalışmada
komisyonumuzca mezuniyet tezi yönetme ve değerlendirme kılavuzunun ilgili maddelerince
değerlendirilerek kabul edilmiştir.

Tarih
11.06.2007

ADI SOYADI ĐMZA

Üye: Yrd. Doç. Dr. Cevdet GÖLOĞLU

Üye: Yrd. Doç. Dr. H.Đbrahim DEMĐRCĐ

Üye: Öğretim Görevlisi Ender NALÇACIOĞLU

II
ÖZET

ANSYS yazılımı mühendislerin mukavemet, titreşim, akışkanlar mekaniği ve ısı transferi ile
elektromanyetik alanlarında fiziğin tüm disiplinlerinin birbiri ile olan interaksiyonunu simule
etmekte kullanılabilen genel amaçlı bir sonlu elemanlar yazılımıdır.
Bu sayede gerçekleştirilen testlerin ya da çalışma şartlarının simule edilmesine olanak
sağlayan ANSYS, ürünlerin henüz prototipleri üretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar. Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların zayıf
noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile ömür hesaplarının gerçekleştirilmesi ve muhtemel
problemlerin öngörülmesi mümkün olmaktadır.
Ansys dersinde eğitim materyali olarak öğrencilere sunulmak üzere kavranması kolay örnek
eğitim videoları hazırlanıp Ansys programında bir analizin baştan sona nasıl gerçekleştirildiği
anlatılmıştır.

Đlk bölümde sonlu elemanlar yöntemine giriş yapılmış, tarihi gelişiminden bahsedilmiş,
kullanım alanları ve özelliklerinden bahsedilmiştir.

Đkinci bölümde hasar teorilerine değinilmiş, hasar teori çeşitleri, elastite modülü ve poisson
oranı konularına anlatılmıştır.

Üçüncü bölümde Ansys paket programının tanıtımı yapılarak programa giriş yapılmış,
programın menülerinden bahsedilmiştir.

Dördüncü bölümde baştan sona örnek bir analiz uygulaması yapılarak konuların daha iyi
kavranılması sağlanmıştır.

Beşinci bölümde etkileşimli arayüz hazırlanması anlatılmıştır.

Bu bölümlerin tamamının özümlenmesi sonucunda sonlu elemanlar yöntemini kullanarak
Ansys paket programında modelleme ve analiz işlemlerinin kolayca kavranabilmesi
sağlanmıştır.

III
TEŞEKKÜRLER

Tezimin hazırlanmasında bize rehberlik eden, danışman hocamız Ender NALÇACIOĞLU’na,
engin bilgileri ve fikirleriyle sürekli yanımda olan Đsmail KESER, Mustafa AYYILDIZ,
Hayrullah YETER, Musa TAŞ arkadaşlarımıza, sahip olduğumuz bu bilgileri bize kazandıran
saygı değer Yrd. Doç. Dr. Cevdet GÖLOĞLU, Yrd. Doç. Dr. H.Đbrahim DEMĐRCĐ ve diğer
hocalarıma, maddi ve manevi daima yanımda olan aileme teşekkürü bir borç bilirim.

IV
ĐÇĐNDEKĐLER

Sayfa

Ersin PENÇE’nin Mezuniyet Tezi olarak hazırladığı “Eğitim amaçlı Ansys paket programının
tanıtılması, Ansys öğretimi ve uygulama örnekleri” başlıklı bu çalışmada komisyonumuzca
mezuniyet tezi yönetme ve değerlendirme kılavuzunun ilgili maddelerince değerlendirilerek
kabul edilmiştir..................................................................................................................... II
ÖZET..................................................................................................................................III
TEŞEKKÜRLER.................................................................................................................IV
GĐRĐŞ.................................................................................................................................VII
BÖLÜM 1 SONLU ELEMANLAR YÖNTEMĐNE GĐRĐŞ...............................................1
1.1 SONLU ELEMANLAR YÖNTEMĐ.............................................................................1
1.2 SONLU ELEMANLAR METODUNUN TARĐHSEL GELĐŞĐMĐ................................1
1.3 SONLU ELEMAN METODUNUN ÇÖZÜMÜ............................................................2
1.4 ELEMAN TĐPLERĐ.....................................................................................................4
1.5 SONLU ELEMANLAR YÖNTEMĐNĐN AVANTAJLARI..........................................6
1.6 H ve P ELEMANLAR..................................................................................................6
1.7 EXPLICIT ve IMPLICIT YAZILIM............................................................................6
BÖLÜM 2 HASAR TEORĐLERĐNE GĐRĐŞ.....................................................................7
2.1 HASAR TEORĐLERĐ...................................................................................................7
2.1.1 Maksimum Normal Gerilme Teorisi(RANKĐNE)..................................................7
2.1.2 Maksimum Kayma Gerilme Teorisi(TRESCA)......................................................8
2.1.3 Maksimum Kayma Genleme Enerjisi Teorisi(VON MISSES)...............................9
2.1.4 Hasar Teorilerinin Kıyaslanması..........................................................................10
2.2 ELASTĐSĐTE MODÜLÜ ...........................................................................................11
2.3 YANAL GERĐNME ve POĐSSON KATSAYISI........................................................11
2.4 ANĐZOTROPĐK, ORTHOTROPĐK, ĐZOTROPĐK MALZEMELER..........................12
BÖLÜM 3 ANSYS PAKET PROGRAMI......................................................................13
3.1 ANSYS’e GĐRĐŞ........................................................................................................13
3.2 ANSYS PROGRAMININ ÇALIŞTIRILMASI ..........................................................17
3.3 ANSYS ARAYÜZÜ..................................................................................................18
3.4 ANSYS DOSYALARI...............................................................................................20
3.5 ANSYS MENÜLERĐ.................................................................................................21
3.5.1 Araç Menüsü.......................................................................................................21
3.5.2 Ana Menü............................................................................................................23
3.6 ELEMANLARA BÖLME..........................................................................................24
BÖLÜM 4 ÖRNEK BAŞLANGIÇ UYGULAMASI......................................................25
BÖLÜM 5 ETKĐLEŞĐMLĐ EĞĐTĐM....................................................................................51
5.1 ANA EKRAN............................................................................................................51
SONUÇ ve ÖNERĐLER.......................................................................................................52
KAYNAKLAR....................................................................................................................53
ÖZGEÇMĐŞ.........................................................................................................................54

V
ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ

Şekil Sayfa
Şekil Sayfa.........................................................................................................VI
Şekil 2.1 Rankine Teorisi.......................................................................................................8
Şekil 2.2 Tresca Teorisi..........................................................................................................9
Şekil 2.3 Von Misses Teorisi................................................................................................10
Şekil 2.4 Hooke Doğrusu.....................................................................................................11
Şekil 2.5 Yanal Gerinme Örneği..........................................................................................12
Şekil 3.1 Ansys Programının Başlatılması............................................................................17
Şekil 3.2 Program Başlangıç Ayarları...................................................................................18
Şekil 3.3 Ansys Arayüzü......................................................................................................19
Şekil 3.4 Ansys Dosya Tipleri..............................................................................................20
Şekil 3.5 Đş Adı Değiştirme..................................................................................................20
Şekil 3.6 Ansys Araç Menüsü..............................................................................................21
Şekil 3.7 Ansys Model Kontrol Menüsü...............................................................................22
Şekil 3.8 Ansys Ana Menüsü...............................................................................................23
Şekil 3.9 Ansys Elemanlara Bölme Menüsü.........................................................................24
Şekil 4.1 Program Açılış Penceresi.......................................................................................25
Şekil 4.2 a) Analiz Türü Seçimi b) Keypoint Komutu..........................................................26
Şekil 4.3 a) 1.Keypoint Noktası b) 2.Keypoint Noktası........................................................27
Şekil 4.4 a) Çizgi Çizme Komutu b) Keypointlerin Seçimi...................................................28
Şekil 4.5 a) Oluşturulan Çizgi b) Element Seçim Komutu....................................................29
Şekil 4.6 a) Element Ekleme b) Element Türü Belirleme.....................................................30
Şekil 4.7 a) Element Seçim Đşlem Sonu b) Element Değerlerini Girme Komutu...................31
Şekil 4.8 a) Değer Girilecek Element Seçimi b) Element Türünü Onaylama.........................32
Şekil 4.9 a) Element Değerlerini Girme b) Değer Giriş Penceresinin Kapatılışı................33
Şekil 4.10 a) Malzeme Özelliklerini Girme Komutu b) Đzotropik Malzeme Seçimi...............34
Şekil 4.12 a) Elemanlara Ayırma Komutu b) Elemanlara Ayırma Menüsü...........................36
Şekil 4.13 a) Parçanın Bölünmesi b) Ağ Örme Komutu........................................................37
Şekil 4.14 a) Çizgi Seçimi b) Model Şekil Özellikleri Menüsüne Giriş.................................38
Şekil 4.15 a) Modele Hacim Kazandırma b) Analiz Tipi Seçim Komutu..............................39
Şekil 4.16 a) Analiz Tipi Seçimi b) Modeli Sabitleme Komutu............................................40
VI
Şekil 4.17 a) Sabitleme Đçin Keypoint Seçimi b) Sabitlemeyi Onaylama..............................41
Şekil 4.18 a) Kuvvet Uygulama Komutu b) Kuvvet Uygulama Đçin Keypoint Seçimi...........42
Şekil 4.19 a) Kuvvet Yön ve Değerinin Girilişi b)Çözümleme Komutu................................43
Şekil 4.20 a) Çözümleme Adımı Başlangıcı b) Çözümlemenin Tamamlanması....................44
Şekil 4.21 a) Son Sonuçları Okuma Komutu b) Deformasyonu Görme Komutu...................45
Şekil 4.22 a) Deformasyonu Görme Seçenekleri b) Deformasyonun Görüntüsü...................46
Şekil 4.23 a) Đzometrik Bakma Komutu b) Đzometrik Görünüş.............................................47
Şekil 4.24 a) Gerilme Dağılımlarını Görme Komutu b) Elastik Hasar Seçimi.......................48
Şekil 4.25 a) Von Misses Teorisi Seçimi b) Analiz Sonuç Ekranı.........................................49
Şekil 4.26 Meydana Gelen Eğilme Miktarının Görüntülenmesi............................................50
Şekil 5.1 Ana Ekran Görüntüsü............................................................................................52

GĐRĐŞ

Yaptığım çalışmada sonlu elemanlar yöntemine değinerek ANSYS paket programının temel
kullanım kademeleri anlatılmıştır. Çalışmada konular, ANSYS paket programının açılış
işlemiyle başlayarak, bir çok konuya değinilmiş ve örnek problem uygulamalarıyla da
sonlandırılmıştır.

Bu çalışmadaki amaç; Ansys paket programının özelliklerinin ve kullanımının öğrencilere
aktarılmasıdır. Etkileşimli DVD eki ile görsel eğitim yolu kullanılarak öğrencilerin algılaması
kolaylaştırılmıştır.

VII
VIII
BÖLÜM 1 SONLU ELEMANLAR YÖNTEMĐNE GĐRĐŞ

1.1 SONLU ELEMANLAR YÖNTEMĐ

Sonlu elemanlar yöntemi fizik ve mühendislikte karşılaşılan bir çok problemin çözümünde
kullanılan en yaygın ve etkin sayısal yöntemlerden biridir. Sonlu elemanlar metodu
matematikçilerden ziyade daha çok mühendisler tarafından geliştirilmiştir. Metot ilk olarak
gerilme analizi problemlerine uygulanmıştır. Tüm bu uygulamalarda bir büyüklük alanının
hesaplanması istenmektedir. Gerilme analizinde bu değer deplasman alanı veya gerilme alanı;
ısı analizinde sıcaklık alanı veya ısı akışı; akışkan problemlerinde ise akım fonksiyonu veya
hız potansiyel fonksiyonudur. Hesaplanan büyüklük, alanın almış olduğu en büyük değer
veya en büyük gradyen pratikte özel bir önem içerir. Sonlu elemanlar metodunda yapı,
davranışı daha önce belirlenmiş olan bir çok elemana bölünür. Elemanlar "nod" adı verilen
noktalarda tekrar birleştirilirler. Bu şekilde cebri bir denklem takımı elde edilir. Gerilme
analizinde bu denklemler nodlardaki denge denklemleridir. Đncelenen probleme bağlı olarak
bu şekilde yüzlerce hatta binlerce denklem elde edilir. Bu denklem takımının çözümü ise
bilgisayar kullanımını zorunlu kılmaktadır.
1.2 SONLU ELEMANLAR METODUNUN TARĐHSEL GELĐŞĐMĐ

Sonlu elemanlar metodu ilk olarak yapı analizinde kullanılmaya başlandı. Đlk çalışmalar
Hrennikoff (1941) ve Mc Henry (1943) tarafından geliştirilen yarı analitik analiz metotlarıdır.
Argyis ve Kelsey (1960) virtuel iş prensibini kullanarak bir direkt yaklaşım metodu
geliştirmiştir. Turner ve diğerleri (1956) bir üçgen eleman için rijitlik matrisini oluşturmuştur.
"Sonlu Elemanlar" terimi ilk defa Clough (1960) tarafından çalışmasında telâffuz edilmiştir.
Metodun üç boyutlu problemlere uygulanması iki boyutlu teoriden sonra kolayca
gerçeklenmiştir(Argyis ,1964). Đlk gerçek kabuk elemanlar eksenel simetrik elemanlar olup
(Grafton ve Strome (1963)), bunları silindirik ve diğer kabuk elemanları izlemiştir (Gallagher
(1969)). Araştırıcılar 1960'li yılların başlarında non-lineer problemlerle ilgilenmeye
başladılar. Turner ve diğerleri (1960) geometrik olarak non-lineer problemler için bir çözüm
tekniği geliştirdi. Sonlu elemanlar metoduyla stabilite analizi ise ilk Martin (1965) tarafından
tartışılmıştır. Statik problemlerin yanısıra dinamik problemlerde sonlu elemanlar metoduyla
1
incelenmeye başlandı (Zienkiewicz ve digerleri (1966) ve Koening ve Davids (1969)). 1943
yılında Courant bölgesel sürekli lineer yaklaşım kullanarak bir burulma problemi için çözüm
üretmiştir. Yapı alanı dışındakı problemlerin sonlu elemanlar metoduyla çözümü 1960 'li
yıllarda başlamıştır. Örneğin Zienkiewicz ve Cheung (1965) sonlu elemanlar metodu ile
Poisson denklemini çözmüştür. Doctors (1970) ise metodu potansiyel akışa uygulamıştır.
Sonlu elemanlar metodu geliştirilerek ısı transferi, yeraltı sularının akışı, manyetik alan ve
diğer bir çok alana uygulanmaktadır. Genel amaçlı sonlu elemanlar paket programları 1970'li
yıllardan itibaren ortaya çıkmaya başlamıştır. 1980'li yılların sonlarına doğru ise artık paket
programlar mikro bilgisayarlarda kullanılmaya başlandı. 1990 yıllarının ortaları itibarîyle
sonlu elemanlar metodu ve uygulamalarıyla ilgili yaklaşık olarak 40.000 makale ve kitap
yayınlanmıştır.
1.3 SONLU ELEMAN METODUNUN ÇÖZÜMÜ

Bu yöntemle, incelemek istenilen cismin sonlu sayıda küçük elemana bölünerek inceleme
yapıldığı için Sonlu Elemanlar Yöntemi (The Finite Element Methot) olarak adlandırılır. Bu
metot ile yapılacak deney, düğüm noktalarından birbirine bağlı sonlu sayıda küçük elemana
bölünür. Seçilen birim eleman, geometrik bir şekildir. Bunun amacı, geometrik yapısını
bildiğimiz küçük elemanlar üzerinde inceleme ve çözüm yapmamızın kolay olmasıdır. Bu
işlem ANSYS’te MESH komutuyla yapılır. Birim eleman boyunun küçülmesi, daha hassas
çözüm yapmamızı sağlarken, denklem sayısını arttırdığı için işlem süresini uzatır.

Sonlu elemanlar metoduyla çözüm yapılırken izlenmesi gereken yol;

1. Yapıyı ya da sürekli elemanı birim elemanlara bölmek. Bu yapılırken birim elemanın
boyutunu ve şeklini, malzemenin fiziki özelliklerine göre seçmek gerekir.
2. Sonlu elemanlar birbirine düğüm noktalarından bağlanmış kabul edilirler. Bu düğüm
noktalarının yer değiştirmeleri, basit yapıların analizlerinde oluğu gibi, problemin bilinmeyen
ana parametreleridir.
3. Her bir sonlu elemanın yer değişimini tanımlamak için düğüm noktalarının yer değişimleri
cinsinden fonksiyon seçilir. (genelde bir polinomdur, polinomun derecesi birim elemanın
düğüm sayısına bağlıdır)
2