FEA Analizleri

Sonlu elamanlar yöntemi, çeşitli mühendislik problemlerine kabul edilebilir hassaslıkta çözüm arayan sayısal çözüm yöntemidir.  Temelinde yapı sistemleri için geliştirilen sonlu elemanlar yöntemi, dayandığı esasların genel olması dolayısıyla akışkanlar mekaniği, zemin mekaniği, nükleer mühendislik, elektromanyetik alanlar, termal analiz gibi birçok mühendislik problemlerinin çözümünde kullanılmaktadır.

Sonlu elemanlar yöntemin avantajları:

  • Sonlu elemanlar yöntemi herhangi bir alandaki probleme uygulanabilir: ısı transferi, gerilme analizi, manyetik alanlar, titreşim analizleri vb.
  • Geometrik sınırlama yoktur. Herhangi bir şekildeki bölgeye uygulanabilir.
  •  Herhangi bir yükleme ve sınır koşulu uygulanabilir. Bununla ilgili bir sınır yoktur.
  •  Yapı içindeki değişken ve karmaşık malzeme özellikleri uygulanabilir. Lineer olmayan, anizotrop vb.
  •  Prototip testlerine kıyasla sonlu eleman analizlerinin maliyetleri daha düşüktür. Ayrıca sonlu elemanlar metodunun maliyet, zaman ve daha iyi tasarım konusunda ki kazançları endüstrinin bu yöntemi tercih etmesinde büyük rol oynamaktadır.
Simmeca Mühendislik, lineer/nonlineer/dent/cut out/titreşim&frekans/akustik/ısıl/yorulma/çarpma&patlama/elektromanyetik/aeroelastisite problemlerinizin çözümleri için destek, danışmanlık, analiz hizmeti ve ürün tedariki konularında konusunda uzmanlaşmış ve 30 yıl aşan tecrübesi ile müşterilerine hizmet vermektedir.
meshes

Çözümlerimiz

Lineer statik analiz yapının davranışı konusunda bilgi verir ve birçok durum için nonlineer analizlerin tabanını oluşturur. Lineer statik analiz bazı kabullere dayanır:

  1. Yükleme şekli, oluşan yer değiştirme ile değişmez. Oluşan yer değiştirmeler küçüktür.
  2. Doğrusal ve elastik malzeme özellikleri
  3. Statik yükleme

Lineer statik analiz sonucunda, yapının üzerinde oluşan gerilim ve deformasyonlar bulunur.  Bu gerilmelere göre (Von Mises, Asal Gerilmeler, Kayma gerilmeler v.b) yükleme altındaki yapının akma veya kopma sınırına olan durumu belirlenmektedir.

statik

Birçok mühendislik problemi lineer değildir. Nonlineer, geometriden ve/veya malzemeden dolayı olabilir. Lineer ve elastik malzeme özelliklerine rağmen yapı üzerinde oluşan yüksek yer değiştirmeler nonlineerliğe sebep olur. Ayrıca, nonlineer elastik (Cauchy) ve plastik(von Mises, Tresca vb)  özellikler malzeme kaynaklı lineer olmama durumunu içerir.

Makina tasarımında sıcaklık dağılımının belirlenmesi, genellikle malzeme seçimi, çalışma esnasında normalin dışında sıcaklık etkisine maruz kalan parçaların tasarımı gibi konularda bir ilk adım oluşturur. Bu sırada da çevre şartlarının belirlenmesi, karmaşık geometrilerin modellenmesi ve en temel sabit özellikleri olan izotrop malzemeden her doğrultuda farklı özellikler gösteren kompozit malzemeye kadar çok çeşitli malzemelerin dikkate alınması gerekmektedir. Bu noktada elemanların hem ısıl hem de mekanik analizinde benzer yöntemlerin kullanılıyor olması nedeniyle sonlu elemanlar metodu büyük bir kullanım imkanı bulur.

thermal_analysis

Yorulma analizleri, tekrarlı yükleme etkisi altındaki yapıların ömürlerinin hesaplanması için yapılır. Bu yapıların gerilme yoğunluğunun yüksek olduğu bölgelerinde çatlak oluşumu ve ilerlemesi yorulma problemlerine sebep olmaktadır. Bu nedenle yapıların tasarımında yorulma ve kırılma problemlerini ele almak gerekir.

fatigue

Periyodik bir yükleme altında olan bir sistemde salınımlar meydana gelir. Eğer bu salınımlar sistemin doğal frekansına eşitse sistem üzerinde oluşan yer değiştirme ve buna bağlı olarak gerilmeler sonsuza dek artma eğilimi gösterir. Bu duruma rezonans denir. Rezonans sonucu oluşan yer değiştirmeler yapının yorulmasına ve yıkılmasına neden olabilir. Mühendislik problemlerinde, salınıma neden olabilecek etkilere, ani ve değişken rüzgar etkisi altındaki köprü, deprem yüküne maruz kalan bina, döner hareket yapan sistemler (helikopter rotoru, fan vb.) örnek olarak gösterilebilir.

Titreşim analizleri ile yapının doğal frekansları ve şekilleri bulunur. Yapının maruz kalabileceği periyodik bir yüklemenin frekansı bu doğal frekanslarından herhangi birisi ile çakışıyor ise yapıyı rezonanstan korumak için önlemler alınması gerekmektedir.

freq

  • Çarpma yükü etkisi altındaki malzeme davranışlarının incelenmesi
  • Araçların çarpma analizleri (hava, kara ve deniz araçlarının standartlarda belirtilen çarpma analizleri)
  • Açık ve kapalı alanlarda patlama simülasyonları
  •  Su altı patlama simülasyonları
  • Ani cisim çarpma analizleri

Çeşitli yükler altında yapı üzerinde oluşan gerilmelerin belirlenen sınır değerleri altında kalması sağlandıktan sonra, mevcut çalışma koşullarında, yapının olabilecek en düşük ağırlıkta en uygun tasarımının saptanması mühendislik açısından çok önemlidir. Tasarım optimizasyonunda problemi doğru olarak formüle etmek çok önemlidir. Bir tasarım problemini tanımlamak için; tasarım değişkenlerini, hedef fonksiyonlarını ve tasarım sınırlamalarını tanımlamak gerekir.

İlk olarak sistemi tanımlamak için tasarım değişkenleri olarak adlandırılan değişken seti belirlenir. Bu değişkenlere tahmini sayısal değerler atanarak sistem oluşturulur.

Elde edilen tasarımın diğer bir tasarımdan daha iyi olup olmadığına karar vermek için bazı kriterlere ihtiyaç vardır. Bu kriterlere hedef fonksiyonları adı verilir.

Yapı-Akışkan etkileşim akustik analizleri test doğrulamaları ile gerçekleştirilmektedir.

ACOUSTİCS

Havacılıkta, uçuş hızlarının gün geçtikçe artması, havacılık projelerinde yeni bir takım mühendislik problemlerinin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Bu problemlerinin en önemlisi Aeroelastik olaylarının analizidir.

Statik aeroelastik problemleri üç ayrı başlık altında incelenmektedir. Bunlar,

  • Yük Dağılımının hesaplanması
  • Diverjans (Divergence)
  • Kanatçık Tersliği (Control Effectiveness)

Diverjans, statik aeroelastik türden bir problemdir ve yüzeye ait aerodinamik taşıma kuvvetleri oluşturulan burulma momenti, yapının elastik oluşundan doğan geri getirici yaylanma momentinden daha büyük olması durumunda, yüzeyin uğramış olduğu statik kararsızlık olayıdır. Diverjans hızı hesaplamalarında; Simmeca Mühendislik olarak MIL 8870A, FAR 25.629, FAR 23.629 ve FAR 23.1505 standartlarına göre tasarım yapılmaktadır.

Kanatçık Tersliği, salınımsız cinsten bir olay olmakla beraber dümenin açısal hareketiyle oluşturulan kumanda etkisinin kaybolduğu hale karşı gelen statik bir aeroelastik problemdir.

Aeroelastiste hava akışına maruz kalan yapılarda;

  • Aerodinamik kuvvetleri,
  • Elastik kuvvetleri
  • Ataletsel kuvvetleri

bütünleşik olarak yapı ile etkileşimini inceleyen bir bilim dalıdır.

Genel Çözüm:

Yapıların

  • Rijitliğnin veya Katılığının artırılması
  • Malzemenin mukavim olması aeroelastiste problemlerini azaltacaktır.

Flutter, genel olarak uçak yapılarının bazı uçuş şartları altında göstermiş oldukları aeroelastik kararsızlık problemidir. Ancak, flutter halinde salınımlı bir kararsızlık durumu söz konusudur. Salınımlı bir kararsızlık halini ifade eden flutter olayında, uçağın tasıyıcı yüzeyleri, serbestlik derecelerine bağlı olarak, hava akımından enerji kazanmak sureti ile kendi kendini besleyen salınımlı bir hareket halini almaktadır. Bu halde enerji kaynağının hiçbir frekansı bulunmamakta, ancak uçağın yapısıyla ve uçuş şartlarına bağıntılı olan frekanslar ile sistem enerji temin etmektedir. Flutter analizi ile ilgili kapsamlı ilk çalışma 1934 yılında Theodorsen tarafından yapılmıştır. 1934 yılından günümüze kadar yapılan bu çalışmalar sayesinde, karmaşık aeroelastisite problemleri çözüm bulmaktadır.

Flutter analizinde statik aeroelastik analizde olduğu gibi bir yapısal model olduğu, bir aerodinamik model olduğu ve onların splinelar aracılığıyla birbirleriyle bağlantılı olduğu varsayılır. Bu model, kararlılık analizinde serbest derecelerin sayısını azaltmak için kullanılır. Böylece, titreşim biçimlerinin yeterli bir sayısının kullanılması bir dizi çözüm oluşturduğu için gereken kesinlik bir noktada elde edilir. Bu metod, model koordinatlarında aerodinamik etki katsayılarının bir dönüşümüdür. Bu dönüşüm, hesaplama verimliliği için sadece birkaç Mach sayısı (M) ve indirgenmiş frekanslar (k)  kullanılarak uygulanmıştır. Böylece, hesaplama verimliliği için yapılan bu uygulama aerodinamik kuvvet katsayı matrisleri (model) olarak genelleştirilmiş, daha sonra istenen flutter analizleri için herhangi bir ekstra Mach sayısı ve azalan frekanslar interpole edilmiştir. Sonuçta, matris interpolasyonu programın otomatik bir özelliği olmuştur.

aero