seramİk kaplamali alÜmİnyum firin tepsİsİnİn transİent isil gerİlme analİzİ

T.C. DOKUZ EYLL NVERSTES

MHENDSLK FAKLTES MAKINA MHENDISLIGI BLM

SERAMK KAPLAMALI ALMNYUM FIRIN

TEPSSNN TRANSENT ISIL GERLME

ANALZ

BTRME PROJES

Samet ARIKI

Projeyi Yneten Prof. Dr. Mehmet Zor

Ocak, 2013 ZMR

T.C. Dokuz Eyll niversitesi, Mhendislik Fakltesi Makina Mhendislii Blm

Form BP-F1: Bitirme Projesi Teklif ve Eitim Planna Uygunluk Bildirimi Formu

Proje Teklifini Veren retim yesi : Proje Ad : Proje rencisinin, Ad, Soyad, Numaras : B1. Projenin kategorisi: Bu Proje, Mekanik Tasarm Projesidir. Isl Tasarm Projesidir. B2. Projenin zellii:

Proje disiplin-ii bir proje olacaktr. Proje bir disiplinde, tek bir alt dal kapsayan bir proje olacaktr. Proje ayn disiplinde, fakat birden fazla alt dallar kapsayan bir proje olacaktr.

Proje disiplinler-aras bir proje olacaktr. Katkda bulunacak olan disiplinler: B3. Projenin MDEK lt 5.5 ile uyumluluu (Bu blmden toplan en az 5 puan bildirilmelidir.): Proje aada verilen konu balklarnn hangilerini, ne lde ierecektir* (0: Hi, 3: Tam anlamyla). 1.) Ekonomi 0 1 2 3 2.) evre sorunlar 0 1 2 3 3.) Srdrlebilirlik 0 1 2 3 4.) retilebilirlik 0 1 2 3 5.) Mesleki ve Etik Sorumluluk Bilinci 0 1 2 3 6.) Salk 0 1 2 3 7.) Gvenlik 0 1 2 3 8.) Sosyal ve Politik Sorunlar 0 1 2 3 9.) Gerek Yaam Kstlarn Dikkate Alma 0 1 2 3

10.) Dier (Belirtiniz) 0 1 2 3 * Belirtilen konu ve kstlarn ierii iin MDEK lt 5.5.i inceleyiniz. Belirtilen kriterlerin proje almasnda kapal olarak salanmas yeterli deildir. Konularn Bitirme Projesi Tezi ierisinde ak bir ekilde yer almasn salaynz.

T.C. Dokuz Eyll niversitesi, Mhendislik Fakltesi, Makina Mhendislii Blm

Form BP-F2: Bitirme Projesi Bilgi Formu Bitirme Projesi Numaras : Proje Ad : Proje Danman, nvan, Ad, Soyad : Prof.Dr. Mehmet Zor Proje rencisinin Ad, Soyad, Numaras : Samet ark - 2005485014 Proje zeti (Trke) (Enok 300 kelime) : Bu projede seramik i yzeyi seramik kaplama bir alinyum frn tepsisinin, seilen bir scaklktan doal tanmla oda scaklna soumas esnasnda belirli bir anda oluan gerilmeler ANSYS Workbench program ile transient sl analiz yaplarak elde edilmitir. Bu ilem seramik kaplamann sl genleme katsays deitirlerek tekrarlanmtr. hacimleri eit, toplamda farkl geometriye sahip modellerden elde edilen sonular karlatrlm ve gerilme oluumu bakmndan en avantajl model seilerek daha hzl soumaya neden olan mermer ile temas halindeyken souma durumunda da gerilmeler bulunmutur. Anahtar Kelimeler (Enok 5 adet) : Isl Gerilmeler, Seramik, Aluminyum Project Summary (English) (Max 300 words): In this project, an ANSYS transient thermal - stress analysis has been run on a ceramic coated aluminum cookware to determine the stresses that occur on the bodies in the natural cooling process in room temperature. This analysis has been repeated with changing CTEs on ceramic coating. In total, same analysis setup have been run on three different models with equal usable inner volume and the most beneficial geometry has been determined. After that, this geometry was used in a situation, where the cookware is put on a relatively cold marble surface and cooled naturaly through convection and also conduction. Then the stresses that occur in this situation have been determined and compared with previous results. Keywords (Max 5 items) : Transient Thermal Stresses, Ceramics, Aluminum

TEZ SINAV SONU FORMU

Bu alma / / gn toplanan jrimiz tarafndan BTRME PROJES olarak

kabul edilmitir / edilmemitir.

Yaryl iin baar notu 100 (yz) tam not zerinden ..() dir.

Bakan ye ye

Makine Mhendislii Blm Bakanlna,

. Numaral .. jrimiz tarafndan / .. / .. gn saat da

yaplan snavda 100 (yz) tam not zerinden .. almtr.

Bakan ye ye

ONAY

TEEKKR

Bitirme projem sirasinda deerli zamann esirgemeyen danman hocam Prof. Dr.

Mehmet ZORa, ve desteklerinden dolay aileme teekkr ederim.

Samet ARIKI

ZET

Bu almada, seramik kapl alminyum alamdan yaplm bir frn tepsisinin, seilen bir kullanm scaklndan balayarak, doal tanm ile oda scaklna soumas esnasnda,

yine seilen bir zamanda model zerinde oluan gerilmeler, ANSYS Workbench program

ile transient sl gerilme analizi yaplarak elde edilmitir.

almada i hacimleri eit, geometrileri farkl model zerinde, seramik kaplamann

sl genleme katsays deitirilerek analiz tekrarlanm ve sl genleme katsaysndaki

deiime bal olarak modelde souma esnasnda 2000. saniyede oluan azami gerilmeler

elde edilmitir. Daha sonra farkl modellerden ayn artlar altnda elde edilen bu veriler

karlatrlarak grafik olarak sunulmutur.

Modellerin arasndan, gerilmeler bakmndan en avantajl olanyla, yine oda scaklnda

bir mermer zerine soumaya brakld durumda oluan gerilmeler incelenmi ve

karlatrmas yaplmtr.

Projede lleri Kullanlan Tepsi

1

NDEKLER

Sayfa

indekiler.................................................................................................................. ................1

Tablo Listesi..............................................................................................................................3

ekil Listesi...............................................................................................................................4

BLM BR

GR

1.1 Seramiin Tanm, Tarihi ve Mhendislikteki Yeri............................................................6

BLM K

MODELN OLUTURULMASI VE ANALZ

2.1 Modelleme...........................................................................................................................7

2.2 Malzeme Ayarlar................................................................................................................9

2.3 Model Ayarlar ve Mesh....................................................................................................10

2.4 Isl Analiz Snr artlar.....................................................................................................11

2.5 Adm Says ve Adm Zamanlar.......................................................................................12

2.6 Transient Termal Analizden Static Yapsal Analize Gei...............................................13

2.7 Statik Yapsal Analiz Ayarlar..........................................................................................14

2.8 Statik Yapsal Analizde Yk ve Desteklerin Uygulanmas...............................................16

2

BLM

SONULAR

Sayfa

3.1 Seramik Kaplama seramik = 1 Durumunda Sonular........................................................18







3.8 Analiz Sonularnn Modellere Gre Kyaslanmas..........................................................29

3.9 Silindirik Model, 23oC Mermer zerinde Souduu Esnada Oluan Gerilmeler.............29

BLM DRT

SONULARIN DEERLENDRLMES

4.1 Deerlendirme...................................................................................................................38

3

TABLO LSTES

Sayfa

Tablo 2.1 Kullanlan Malzemelerin zellikleri........................................................................9

Tablo 2.2 Seramik Kaplama iin Kullanlan Isl Genleme Deerleri......................................9

4

EKL LSTES

Sayfa

ekil 2.1 Dikdrtgen Prizma Model..........................................................................................8

ekil 2.2 Kesik Konik Model....................................................................................................8

ekil 2.3 Silindirik Model.........................................................................................................8

ekil 2.4a SolidWorks Programndan ANSYS Workbenche Gei........................................10

ekil 2.4b Aktarlan Geometrinin (A), Bir Analizde (B) Kullanlmas..................................10

ekil 2.5 Yklerin 1. Saniyeden tibaren Etkisiz Hale Getirilmesi.........................................11

ekil 2.6 Silindirik Modelin 1.Tr Analiz Koullarnda Transient Scaklk Dalm............12

ekil 2.7 Silindirik Modelin 2.Tr Analiz Koullarnda Transient Scaklk Dalm............13

ekil 2.8 Transient Isl Analizden, Statik Yapsal Analize Gei...........................................14

ekil 2.9 Yapsal Analiz Mesh Ayarlar..................................................................................15

ekil 2.10 Gvde ve Kaplamann Mesh Kesiti.......................................................................16

ekil 2.11 Alnan Veri Zamanlar(sol) Analiz Adm Zamanlar (sa).................................17

ekil 3.1.1 Dikdrtgen Prizma Modelde (1) Von Mises Gerilmeleri....................................18

ekil 3.1.2 Silindirik Modelde (1) Von Mises Gerilmeleri....................................................19

ekil 3.1.3 Kesik Konik Modelde (1) Von Mises Gerilmeleri..............................................19












5

Sayfa








ekil 3.8 Modellerde Oluan, Azami Gerilme-CTE Grafii...................................................29

ekil 3.9.1a seramik=1 Durumu ...............................................................................................30

ekil 3.9.1b 1 Durumu Azami Gerilim Deerinin Zamana Bal Deiimi..........................30

ekil 3.9.2a seramik=2 Durumu................................................................................................31

ekil 3.9.2b 2 Durumu Azami Gerilim Deerinin Zamana Bal Deiimi .........................31











ekil 3.9.8 I.Tr (Normal) ve II.Tr Analiz Sonularnn Kyaslamas..................................37

6

BLM BR

GR

1.1 Seramiin Tanm, Tarihi ve Mhendislikteki Yeri

Seramik inorganik, ametal bir materyaldir. Yapsal olarak kristal, ksmi kristal veya amorf

bir yapya sahip olabilir. Tarih boyunca eitli trleri ss eyas ve sanatsal eserlerin

yapmnda kullanlmtr.

Seramiin mhendislik alanndaki hikayesi 1709 ylnda Abraham Darbynin dkm

verimini artrmak iin kok kmr kullanmasyla balar. Kok gnmzde karbr

seramiklerinin yapmnda kullanlyor. 1888 ylnda Avusturyal kimyager Carl Josef Bayer

boksitten alminay ayrmak iin gerekli ilemi bulur. Gnmzde de ayn ilem hem

seramik hem de alminyum endstrisi iin, alminann arndrlmasnda kullanlmaktadr.

Yine 1880 dolaylarnda Pierre ve Jacques Curie piezoelektriklii kefeder. Piezoelektriklik

elektroseramiklerin en nemli zelliklerindendir. 1893te Edward G. Acheson kok ve kili sl

ortamda kartrp karburundum, yani sentetik silikon karbr kefeder. Ayn zamanda,

Henri Moissan sentetik SiC ve tungsten karbr retir. 1923te Karl Shrter likit faz

sinterlemeyle, Moissann tungsten karbrn kobalt ile birletirmeyi baarr. Metale

birletirilen karbrler sayesinde metal ilemede kullanlan sert eliklerin mr kayda deer

bir biimde artm olur.

Seramik trleri; yksek sertlik, yksek scaklklara dayanm, yksek elektriksel

yaltkanlk, sl yaltkanlk ya da iletkenlik vb. zellikleri nedeniyle bilinenden ok daha

fazla alanda kullanlmaktadr. Mhendislik alannda ekstrim noktalarda adeta mecbur

kalnan bu malzemenin en nemli dezavantaj ise gevrek bir malzeme olmasdr.

Seramik trleri trbin yataklarndan, uzay aralar nozzle larna kadar birok gelimi

uygulamada kullanld gibi gnlk hayatta daha fazla rastlayabileceimiz aydnlatma,

mutfak aletleri, medikal aletler vb. alanlarda da kullanlmaktadr.

7

Seramik geleneksel olarak yemek takmlarndaki kullanm alann korumakta, ve yemek

piirme alannda da yapmaz ve izilmez seramikler olarak yerini almaya balamaktadr.

zellikle, frnlarda yemek piirme/stma scaklklar olan, 120-250 C derece arasnda

birok materyalin insan salna zararl salnmlar yapt yaplan testlerde ortaya km,

bu da piirme esnasnda i yzeylerde yeni materyallerin kullanma sunulma ihtiyacn

artrmtr. Yapmazlar alanndaki lider TEFLONda da retim ve kullanm esnasnda

ortama kanserojen, perfluorooktanik asit (PFOA) salndnn ortaya kmasndan sonra

sekiz byk retici bu retimi durduracaklarn aklamtr[1]. Bu alanda termal oklara

dayankl, gzeneksiz ve gda standartlarna uygun seramiklerin pazar payn artrmas

kanlmaz olacaktr.

Seramiklerin yapmazlk, izilmezlik ve termal ok dayanm alanndaki byk

avantajlar olmasna ramen, sl iletim alanndaki dezavantaj(en azndan uygun fiyatl ve

gda alannda kullanma uygun olanlarnda) byktr. Bu yzden daha ok atele direkt

temas olmayan, nm ile snmaya dayal frn tepsisi gibi mutfak aletlerinde

kullanlmaktadr. Bu analizde de seramik kapl frn tepsisinin transient sl gerilmeleri

incelenmitir.

BLM K

MODELNN OLUTURULMASI VE ANALZ

2.1. Modelleme

Firin tepsisi; i boyutlar 308x195x78 mm olan dikdrtgen prizma eklinde tasarlanmtr.

Taban ve yanal alanlarn birleim yerleri 5mm, yanal alanlarn birleim yerleri ise 18mm

rads verilmek suretiyle i hacim oluturulmutur.

Et kalnl toplamda 5mm olup, bunun 3 mm lik ksm dta alminyum alam gvde, ve

ite seramik kaplamadr. Ayn i hacime, derinlie ve et kalnlklarna sahip bir silindirik ve

bir kesik konik biimli model de karlatrma amal olarak hazrlanmtr.

8

308x195x78 mm i hacim temel boyutlar.

tAl= 3 mm, tSer= 2 mm.

Tm radsler(fillet) e merkezli. Taban

radsleri iten da: 5mm, 7mm, 10 mm

eklindedir. Yanal alan radsleri ise iten da

18 mm, 20 mm ve 23 mm eklindedir.

ekil 2.1. Dikdrtgen Prizma Model

Eitliinden d=130x2 mm ve h=78 mm olacak

ekilde i hacimleri eitlediimizde b= 146 mm

buluruz. Yani tabandan itibaren 120 ayla

alarak 78 mm ykselen bir ekil.Taban rads

yine 5, 7, 10 mm eklindedir .

ekil 2.2 Kesik Konik Model

hacmi r=138 mm, h= 78 mm temel

llerinde olacak ekilde hazrlanm model.

Taban radsleri yine iten dar 5, 7, 10 mm

eklindedir.

ekil 2.3 Silindirik Model

9

2.2. Malzeme Ayarlar

Simulasyonlarda kullanlan malzemeler; gda standartlarna uygunluu nedeniyle

Aluminyum alam AA3003, pyroceram seramik, mermer ve yiyecek olarak da buday

unuyla yaplm kektir.

Tablo 2.1 Kullanlan Malzemelerin zellikleri

AA3003[3]

Seramik[4],[b]

Kek[2]

Mermer

(kg/m3) 2730 2550 600 2600

(1/oC) 2,32x10-5

.............. 10-4

-

E (GPa) 70 95 0,01 -

0,33 0,25 0,3 -

k (W/m.oC) 210

[a] 3,64 0,3 2,5

cp (J/kg.oC) 893 800 2600 880

[a] : Kabul [b]: Baz Deerler Kabul

Tablo 2.1 deki zellikler Engineering Data hcresine girilir. Tabloda seramik sl

genleme katsays girilmemitir. nk seramikte dier zellikleri sabit tutarak yedi adet

sl genleme katsays kullanlmtr. Mermerin ise gerilmeleri incelenmeyeceinden

yanlzca sl zelliklerin deerleri girilmitir. Ayrca kekin de zerinde oluacak gerilmeler

nemsiz olduundan elastik yapsal zellikleri olduka kk alnarak sonular etkilemesi

engellenmitir.

Tablo 2.2 Seramik Kaplama iin Kullanlan Isl Genleme Deerleri

1[4] 2 3 4 5 6 7

106x seramik 1,98 4 8 12 16 17 18

Tablo 2.1 deki deerler sabit tutuldu ve Tablo 2.2 deki deerler girilerek yedi adet

seramik malzeme datas oluturuldu. Bu ekilde simlasyon tekrarlar daha seri bir ekilde

yapld.

10

2.3. Model Ayarlar ve Mesh

Model Solidworksde hazrlandktan sonra Ansys Workbenche aktarld. Aktarma

esnasnda tm temas yzeyleri de Workbenchde otomatik olarak tanmland. Bu yeni

srmlerde olan bir zellik. Eski srmlerde yine model dosyas uygun formatta

kaydedildikten sonra Ansys arayznden alabilir.

ekil 2.4a SolidWorks Programndan ANSYS Workbenche Gei

ekil 2.4b Aktarlan Geometrinin(A), Bir Analizde(B) Kullanl

Aktarlan model alan Transient Thermal grubunun Geometri hcresiyle paylald.

Daha sonra geometri hcresinin hemen altndaki model hcresinden, son ayarlara geildi.

Model ksmna girdiimizde simlasyon ncesi ekil zerinde tm ayarlar

yapabilmekteyiz. lk nce tm malzemeler paralara atand. Alminyum gvde ile kaplama

aras temas yzeyleri bonded olarak ayarland. Daha sonra kaplama ile kek aras balant

da bonded olarak ayarland.

Transient termal analizlerde mesh yaplrken dikkat edilmesi gereken unsur, elemanlarn

tercihen (mmkn olduunca) lineer olmasdr. Bu ekilde fizik kurallarna aykr sonular

11

alma olasl minimize edilmi olur[7]. Lineer elemanlardan olumas iin details of mesh

> advanced sekmesinden element midside nodes = dropped olarak seildi. Bu ekilde

ortalama hassasiyette, ancak termal simlasyon iin ideal bir mesh oluturulmu oldu.

2.4. Isl Analiz Snr artlar

alma esnasnda iki tr analiz art uyguland. lkinde (ekil 2.6), farkl geometri

niform 200 oC scaklktan 23 oC durgun hava ile tanm yoluyla soumaya brakld ve

2000. saniyedeki gerilmeleri incelendi.

Bu analizler arasndan, 2000. saniyede en dk azami Von Mises gerilmesine sahip olan

geometri, 200 oC niform scaklktan 23 oC mermer zerine braklarak; 23 oC durgun hava

ile tanm yoluyla ve ayn anda mermer yzeyle iletim yoluyla s transferi yapacak ekilde

soumaya brakld.

Birinci durumda tek bir scaklk deeri(200 oC) olduundan yanlzca initial

temperature(balang scakl) 200 oC girildi. Hava ile temas eden yzeyler iin ise her iki

durumda da tanm katsays convection database ten stagnant air simplified case

seildi. kinci durumda ise paralarn analiz balang scaklklar farkl olduu iin, bu

farkn programa tantlmas belli sreli termal ykler uygulanmak suretiyle yapld. Yani;

mermer modele, tepsi modeline( paradan oluuyor: alminyum gvde, seramik kaplama,

kek) birer scaklk yk (temperature load) uyguland ve bu yklere srasyla 23 oC ve 200

oC deerleri verildi. Ykler ilk admdan sonra iptal edilecek ekilde ayarland(ekil 2.5).

Yani ilk adm bittii andan itibaren (1. saniyeden sonra) 23 oC ve 200 oC lik scaklk ykleri

etkisiz hale geldi ve sonrasnda tm elemanlarn scaklklar s transferleri ile belirlendi.

ekil 2.5 Yklerin 1. Saniyeden Sonra Etkisiz Hale Getirilmesi

12

2.5. Adm Says ve Adm Zamanlar

Eer transient termal analiz, tek bir niform scaklk deerinden balyorsa zm tek bir

adm ile yaplabilir. Ancak, yaplan analizlerden birinde iki farkl niform scaklk

olduundan ve 2.4 numaral balk altnda akland zere 0-1 sn aras scaklklar sabit

tutulacandan, en az iki adm gereklidir. ekil 2.5 te gsterilen rnekte ise analiz 3 admda

zlmtr(0-1sn aras 1.adm, 1-20sn aras 2.adm 20-2000sn aras 3.adm).

Admlarn da kaa blneceini, yani adm iindeki admlar da zaman olarak veya alt-

adm(substep) says olarak ayarlayabiliyoruz. Burada da admn tm sresine gre uygun

incelikte adm veya zaman seimi yapld. zellikle balang zaman(initial time step)

nemli olduundan, bu deer 0,25 sn seildi.

Bu ekilde ayarlanan analiz, mmkn olan en hassas seviyede transient scaklk

dalmn buldu (ekil 2.6 ve 2.7)

ekil 2.6 Silindirik Modelin 1. Tr Analiz Koullarnda Transient Scaklk Dalm

13

ekil 2.7 Silindirik Modelin 2. Tr Simlasyonda Transient Scaklk Dalm

2.6. Transient Termal Analizden Statik Yapsal Analize Gei

zm esnasnda analizini yaptmz 2000 saniyelik sre iinde setiimiz admlar

dnda program, 2.5 balnda anlatld ekilde, ayarlara gre ok sayda zamanda

modelin scaklk zamann bulur ve kaydeder.

Genel proje ekrannda Transient Thermal grubunun yanna bamsz bir Static-

Structural grubu ald(Ancak istenirse tamamen baml da alabilir.). Burada bamsz

almasnn nedeni, yanlzca istenen hcrelerin paylalacak olmasdr. Bu ekilde yanlzca

geometriler ve transient termal sonular paylalmtr. Bu sayede sl ve gerilme

analizlerinin modelleri ve materyalleri ayr olmu, sonu olarak da seramik kaplamann

deiik sl genleme katsaylarna gre simulasyonun yanlzca static structural blm

tekrar edilmi, ve iki ayr simlasyonun doalarna uygun iki farkl mesh oluturma ihtimali

domutur (ekil 2.8).

Daha nce 2.3 bal altnda anlatld gibi termal sistemlerde lineer elemanlar(orta

nokta nodelar olmayan elemanlar) daha isabetli sonular vermektedir. Buna karn

14

structural sistemlerde non-lineer elemanlar(orta nokta nodelar olan elemanlar) isabetli

sonular vermektedir, ayn isabeti yakalamak iin (zellikle modelin kvrml blgelerinde)

lineer elemanlarn saysnn ok fazla olmas gerekmektedir. Bu sebeple, iki farkl mesh

oluturulmutur.

ekil 2.8 Transient Isl Analizden, Statik Yapsal Analize Gei

2.7 Statik Yapsal Analiz Ayarlar

kinci tr simlasyonlarda gerilmesi bulunmak istenmeyen mermer para bastrld

(supress). Her iki simlasyon tipinde de structural analiz iin ortak olan mesh ayarlar yapld

(ekil 2.9). Burada mesh metodu tm paralar iin tetrahedral olarak seildi. nk

hexagonal mesh, eimli yzeylerin tanmlanmasnda ok iyi sonular vermedi. Daha sonra

Details of Mesh sekmesinde Relevance -25 , Sizing alt sekmesinde Use Advanced

Size Function On: Curvature olarak, ve Span Angle Centre Fine olarak ayarland. Bu

sayede hem eimli yzeyler baarl bir ekilde tanmlanm oldu hem de kat cisimlerinin

ortalarnda gereksiz fazlalkta eleman oluturulmam oldu (ekil 2.10).

15

ekil 2.9 Yapsal Analiz Mesh Ayarlar

16

ekil 2.10 Gvde ve Kaplamann Mesh Kesiti

Static Structural penceresinde en nemli ayrntlardan birisi de sl gerilmelerin sfr

olduu referans scakl (TREF) ayardr. Bu, gerilme analizi yaplan tm modeller

balangta 200 oC de olduundan, 200 oC olarak ayarland (Static Structural > Options >

Environment Temperature= 200 o

C). Gerilme analizi yaplacaklar arasnda balang

scaklklar farkl olan modeller olsayd, o zaman referans scaklk deeri Geometry >

Options > Referance Temp. > By Body > Deer eklinde teker teker tanmlanrd.

2.8. Statik Yapsal Analizde Yk ve Desteklerin Uygulanmas

ekil 2.8 de grld gibi transient sl analizin sonular gerilme analizinin setup ile

paylald iin gerilme analizi ana penceresinde imported body temperature olarak

dardan alnan scaklk ykleri hazr halde grlr. Burada belirtilmesi gereken hangi

zamanlarda yk alnmak(source time) ve alnan verinin hangi zamanda kullanlmak(analysis

time) istendiidir. Hesaplamalarda 30 adet noktadan veri alnd.

17

Bir dier nemli nokta da; veri kullanm zamanlarnn(analysis time), gerilme

analizinin(static structural) adm zamanlaryla bire bir uyum gstermesi gerekliliidir. ekil

2.11de bu aka gsterilmitir.

ekil 2.11 Alnan Veri Zamanlar (sol) Analiz Adm Zamanlar (sa)

Bu art salanmad zaman, program hata verip ilemi sonlandracaktr.

Destek(support) olarak da modelin taban alanna displacement eklendi ve tabann

normali ynndeki eksene 0 mm girildi. Dier eksenler serbest brakld. Bu destek ile

model, taban alan normali ynnde (yukar-aa) hareket edemez hale getirilmi oldu.

Bu ilemlerden sonra Solve tuuna baslarak zm gerekletirildi.

18

BLM

SONULAR

Bu blmde; geometrik olarak farkl, ancak i hacim olarak eit iki tepsi modelinin,

seramik kaplamalarna ayr ayr, yedier deiik sl genleme katsays (her seferinde gvde

malzemesinin sl genleme katsaysna yaklaarak) verilerek yaplan transient sl gerilme

analizi sonular yer aliyor. Malzemelerin zellikleri Tablo 2.1 ve 2.2 de verilmitir.

3.1. Seramik Kaplama seramik = 1 Durumunda Sonular

3.1.1 Dikdrtgen Prizma Model (1):

ekil 3.1.1 Dikdrtgen Prizma Modelde (1) Von Mises Gerilmeleri

19

3.1.2. Silindirik Model (1):

ekil 3.1.2 Silindirik Modelde (1) Von Mises Gerilmeleri

3.1.3 Kesik Konik Model (1):

ekil 3.1.3 Kesik Konik Modelde (1) Von Mises Gerilmeleri

20

3.2. Seramik Kaplama seramik = 2 Durumunda Sonular



3.2.2 Silindirik Model (2):


21



3.3 Seramik Kaplama seramik = 3 Durumunda Sonular



22


ekil 3.3.2 Silindirik Modelde (3) Von Mises Gerilmesi



23






24

3.4.3 Kesik Koni Model (4):

ekil 3.4.3 Kesik Koni Modelde (4) Von Mises Gerilmeleri




25





26



ekil 3.6.1 Dikdrtgen Prizmatik Modelde (6) Von Mises Gerilmeleri



27





ekil 3.7.1 Dikdrtgen Prizma Model (7)de Von Mises Gerilmeleri

28





29

3.8 Analiz Sonularnn Modellere Gre Kyaslanmas

Seramik iin seilen sl genleme katsaylarnn tmnde, analiz sonularnda grlen

azami Von Misses gerilmeleri MS Excel ile grafik olarak elde edildi.

ekil 3.8 Modellerde Oluan, Azami Gerilme CTE Grafii

3.9 Silindirik Model 23 oC Mermer zerinde Souduu Esnada Oluan Gerilmeler

Bu analizde ise ayn modele bir adet de 1x0,5 metre boyutlarnda 23oC mermer zerine

bonded olarak yerletirilmi. Yine 23oC durgun hava ile tanm ayarlar yaplmtr.

Gerilmeler yine, 2000.saniyede yanlzca alminyum gvde ve seramik kaplama iin

incelenecektir.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

0,00E+00 4,00E-06 8,00E-06 1,20E-05 1,60E-05 2,00E-05

Mo

del

de

Olu

an

Aza

mi V

on

Mis

ses

Ge

rilm

esi

[M

Pa]

Isl Genleme Katsays (CTE) [1/oC]

Prizmatik

Silindirik

Konik

30

ekil 3.9.1a seramik=1 Durumu

ekil 3.9.1b 1 Durumu Azami Gerilim Deerinin Zamana Bal Deiimi

20.sn de ani zirve oluuyor. (205 MPa)

31




32




33




34




35

ekil 3.9.6a 6 Durumu



36




37

ekil 3.9.8 I.Tr(Normal) ve II.Tr Analiz Sonularnn Kyaslanmas

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0,0E+00 4,0E-06 8,0E-06 1,2E-05 1,6E-05 2,0E-05

Mo

del

de

Olu

an

Aza

mi V

on

Mis

ses

Ger

ilme

si

(MP

a)

CTE (1/oC)

Mermer zerindeNormal

38

BLM DRT

SONULARIN DEGERLENDIRILMESI

4.1 Deerlendirme

farkl geometriye sahip modelin, ayn evresel koullarda, yanlzca 23 oC durgun hava

ile temas halinde soumas srasnda oluan gerilmeler, ANSYS analizleriyle bulundu.

Analiz; modellerin her biri iin, dier tm zellikler sabit tutularak, seramik kaplamann

yedi farkl sl genleme katsaysyla tekrarland (toplam 21 analiz). Sonular grafik haline

getirildi(ekil 3.8).

ekil 3.8 den de aka grld zere radyal yapdaki modellerde oluan gerilmeler

prizmatik modele nazaran olduka azdr. Ayn ilevi grecek olan bu seramik kapl tepsilerin

retiminde, silindirik modelin tercih edilmesi ANSYS transient sl stress analizinden alnan

sonulara gre, daha uygun olacaktr. Ayrca, burada seilecek kaplamann sl genleme

katsaysnn, alminyum alamn sl genleme katsaysndan farknn 6.2x10-6 civarnda

olmas gerektii anlalyor.

Yanlzca 23 oC hava ile temas halinde soumann, 23 oC mermere temas ederken ayn

anda hava ile soumaya gre kyaslanmas ekil 3.9.8 de yaplmtr. Aka grlecei

zere; 2000. saniyede her sl genleme deerinde, model zerinde ulalan azami gerilme

deeri mermere temasl durumda daha fazla olmutur. Bu; ok ani ve daha hzl souma ile

aklanabilir. ekil 3.9.1b ila 3.9.7b aralndaki grafikler ok ksa srede modelde i

scaklk farklarnn yksek olmas nedeniyle gerilmelerde u noktalar olutuunu ortaya

koymaktadr. Yani; tepsinin frndan karld an (kendisine kyasla) olduka dk

scaklktaki mermer bir yzeye konulmas durumunda, kaplamada atlak oluma olasl,

daha dzenli ve yava souma gerekletii duruma gre olduka yksektir.

KAYNAKLAR

[1] www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2006/01/25/AR2006012502041.html

[2] BAIK O. D., SABLANI S. S., MARCOTTE M. ve CASTAIGNE F. Modeling the

Thermal Properties of a Cup Cake During Baking Journal of Food Science, Volume 64,

Issue 2, pages 295299, March 1999

[3] http://www.efunda.com/

[4] HOWIE J.R. - US Patent 3869596, Column 2, Row 59, 1975

5 MOAVENI S. Finite Element Analysis-Theory and Application with ANSYS, Prentice-

Hall Inc., 1999

6 http://www.figes.com.tr

[7] http://www.simutechgroup.com/FEA/fea-tips-tricks-ansys-thermal-non-physical-

results.html

seramİk kaplamali alÜmİnyum firin tepsİsİnİn transİent isil gerİlme analİzİ

Documents