Ansys Mechanical ‘Support’ Sınır Şartlarına Genel Bakış
Ansys Mechanical ‘Support’ Sınır Şartlarına Genel Bakış
Giriş:
Pratik FEA (Sonlu Elemanlar Analizi) kitaplarının tanınmış yazarları Dominique Madier ve Steffan Evans, FEA analizinin en kritik ve zorlu yönünün sınır koşullarını tanımlamak olduğunu vurgulamaktadır. Bunun nedeni, yanlış belirlenen bir sınır koşulunun tamamen hatalı sonuçlara yol açabilmesidir. Bu nedenle, Ansys’teki farklı ‘Support’ türleri arasındaki farkları anlamak ve bu farkları analiz etmek için son işlem (postprocessing) araçlarını kullanmak, bu blogda ele alınmaya değer önemli bir konudur.
Sabit Destek (Fixed Support):
Bu destek koşulunda, tüm serbestlik dereceleri sabitlenmiştir. Seçilen destek, yüzey, kenar veya nokta, hem yer değiştirmeye hem de dönmeye karşı tamamen kısıtlanmıştır. Duvara sabitlenmiş kirişler, bu destek türüne en iyi örneklerden biri olarak gösterilebilir.
Ancak, modelinizin aşırı kısıtlanmadığından emin olun. Kullanıcıların en sık karşılaştığı sorunlardan biri, aşırı kısıtlama nedeniyle oluşan yüksek gerilme noktalarıdır. Sabit destekli bir yüzeyin hiçbir serbestlik derecesine sahip olmaması nedeniyle, yerel yüksek gerilme bölgelerinin oluşması muhtemeldir
Aşağıdaki şekillerde gösterildiği gibi, bir yüzeye ‘Fixed Support’ uygulamak, yüzey normal basınca veya çekmeye maruz kaldığında Poisson etkisi nedeniyle oluşabilecek deformasyonu engeller. Bu kısıtlama, destek bölgesine yakın yerlerde yüksek tekil gerilme yoğunluklarına neden olabilir ve bu gerilmeler, gerçek hayattaki davranışa kıyasla fiziksel olmayan veya abartılı olabilir. Böyle durumlarda, farklı ‘Support’ türleri daha uygun bir alternatif olabilir.
Yer Değiştirme Desteği (Displacement Support):
Üç ortogonal (dik) yönden herhangi birine sıfır veya sıfırdan farklı bir yer değiştirme değeri atanır.
Örnek: Çekme ve basma testleri
‘Displacement Support’, üç ortogonal yönden herhangi birinde (x, y, z) sıfır veya sıfırdan farklı bir yer değiştirme belirlemenizi sağlar. Başka bir deyişle, seçilen yüzey, kenar veya noktayı herhangi bir yönde kısıtlayabilir veya hareket ettirebilirsiniz. Örneğin, standart bir çekme testi ger
çekleştirirken test numuneleri tek eksenli bir yönde çekilir. Bu durum, yer değiştirme desteği ile temsil edilebilir
Sürtünmesiz Destek (Frictionless Support):
Bu destek türü, yüzeye normal yöndeki doğrusal hareketi kısıtlar. Ancak, yüzey içinde(in-plane) gerçekleşen hareketi sınırlandırmaz.
Örneğin, dikey yönde basınca maruz kalan bir küpü ele alalım. Küpün alt yüzeyi sürtünmesiz destek ile sınırlandırılmıştır. Bu durumda, destek küpün alt yüzeyinin dikey yönde hareket etmesini engellerken, yüzey içinde genişlemesine izin verir. Aynı prensip ters yönde de uygulanabilir.
Uygulama
Yalnızca Basma Desteği (Compression Only Support):
‘Compression Only Support’, yüzeyin teğetsel yönde hareket etmesine ve negatif normal yönde yer değiştirmesine izin verir, ancak pozitif normal yönde hareket etmesini engeller.
Doğrusal Olmayan Destek:
Ekstra Hesaplamalar
Uygulama
‘Frictionless’ ve ‘compression only’ Desteklerinin Karşılaştırması:
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi, ‘Frictionless support’, uygulanan yüke normal yönde ayrılmayı engellemiştir. Bunun sonucunda, pompa gövdesinin asimetrik geometrisi nedeniyle bazı deliklerin çevresinde çekme tepkileri oluşurken, diğer bölgelerde basma tepkileri gelişmiştir.
Öte yandan, yalnızca basma desteği, yükün normal yönünde ayrılmaya izin vermiştir. Bu durum, tepki kuvvetlerinin azalmasına ve dolayısıyla daha dengeli bir yük dağılımına yol açmıştır.
.
Doğru ve dengeli kuvvet sonuçları elde etmek için, desteklerin aynı kenarları veya düğüm noktalarını paylaşmadığından emin olun.
Silindirik Destek (Cylindrical Support):
‘Cylindrical Support’, belirli genişlikler boyunca radyal bir boşluk ve iki parça arasında eksenel bir boşluk tanımlamaya olanak tanır. Bir şaftın üzerindeki veya içindeki bir halkayı modellemek için kullanılabilir. Kısıtlama rijit olabilir veya belirli bir rijitlik değeri tanımlanabilir.
‘Cylindrical Support’ deliklere de uygulayabilirsiniz. Eğer şaft yalnızca dönmeye serbest bırakılmışsa, teğetsel kuvvet serbest olur, ancak eksenel ve radyal destekler sabitlenir. Ancak dikkatli olun, silindirik destekler genellikle küçük deformasyonlar için geçerlidir. Bu nedenle, büyük deformasyon analizlerinde kullanmaktan kaçının.
- Elastik Destek (Elastic Support):
‘Elastic Support’, bir parça veya montajın seçilen yüzeyleri ile zemin arasında elastik bir temel tanımlar. Bu destek, temelin birim normal deformasyonunu oluşturmak için gereken basınç olarak tanımlanan temel rijitliği (Foundation Stiffness) esasına dayanır. Elastik destek, bir yüzeye esnek ve sürtünmesiz bir destek uygular.
Elastik destek, temel rijitliğini temsil etmek için kullanılır.
Örnekler:
- LNG tanklarını desteklemek için kullanılan kazıkların modellenmesi
- Temellere monte edilen ana taşıyıcı çerçeve (base frame) veya kızakların (skid) FEA analizinde elastik destekler ile modellenmesi
Uzaktan Yer Değiştirme Desteği (Remote Displacement Support):
‘Remote Displacement Support’, Ansys Workbench'teki en önemli ve pratik destek türlerinden biri olarak kabul edilir. Temel olarak, basit mesnetli kirişleri modellemenin en kolay yoludur. Bu tür sınır koşullarında, bir uç yalnızca dönebilirken, diğer uç hem dönebilir hem de yanal yönde hareket edebilir.
Daha genel olarak, bu sınır koşulu sayesinde seçilen eksende hem dönme hem de yer değiştirme kontrol edilebilir. Bu destek türü, x, y ve z eksenlerinde toplam 6 serbestlik derecesi (3 yer değiştirme + 3 dönme) içerir.
