Dergiyi PDF olarak İndirmek İçin Tıklayınız.

DERGİDEN
Değerli okuyucularımız,
Değerli müşterilerimiz,
FİGES ARGE Dergisi
Nisan 2013 / Sayı: 1
(Nisan-Mayıs-Haziran 2013)
FİGES A.Ş. Adına Sahibi
Yönetim Kurulu Başkanı
Dr. Tarık Öğüt
Sorumlu Yazı İşleri Müdürü
Ali Özgür Emekli
[email protected]
Yönetim Yeri
FİGES A.Ş.
Ulutek Teknoloji
Geliştirme Bölgesi,
Uludağ Üniversitesi
Görükle Kampüsü,
16059 Nilüfer Bursa
Telefon : +90 224 280 8525
Faks : +90 224 280 8532
www.figes.com.tr
Dergimizin bu ilk sayısı ile Yönetim Kurulu Başkanımız Sayın Dr. Tarık Öğüt’ün bizi olumlu yönlendirmesi sayesinde, bir düşümüzü daha
gerçekleştirmiş oluyoruz. Kendisine, bizi bu yönde
teşvik ettiği, birçok fikir verdiği ve desteklediği
için, huzurlarınızda, teşekkürlerimi ve saygılarımı
iletmek istiyorum.
Ülkemizdeki birçok sanayi dalında, kaliteli üretim yeteneği sayesinde ihracat rakamlarımız olumlu şekilde büyümüştür. Son
dönemde ise dünya piyasaları değerlendirildiğinde, özgün ürün yaratma, inovasyon sayesinde büyüme, kalıcılığı ve sürekliliği sağlama çabaları artmıştır.
Bu hedeflere ulaşmada ise firmalarımızın, sanayimizin artık araştırma ve geliştirme yeteneklerine sahip olması, Ar-Ge’ye önem vermekle kalmayıp gerekli
altyapı, insan ve sistem yatırımlarını kalıcı bir şekilde yapması kaçınılmaz bir
gereksinim olarak karşımızda durmaktadır.
Bu dergiyi çıkarmaktaki amacımız; sizlere Ar-Ge çalışmaları içinde önemli bir
rol oynayan ileri mühendislik analizleri, yani simülasyon dünyasından haberler
vermek; tasarım ve ürüne yönelik konulardaki çalışmalarımızı paylaşmaktır.
Mekatronik, sistem modelleme ve gömülü yazılımlar konularında, son dönemde bünyemizde oluşturduğumuz uzmanlıklarımızı da dergimizin sayılarında
sizlerle paylaşacağız. Ayrıca, elektromanyetik alanındaki ilerlemeleri ve gelişmeleri duyuracağız.
Bir diğer amacımız da dergimizi okunabilir kılmak; çalışmalarınıza, günlük hayatınıza ve işinize yararlı bilgileri sunabilir hale getirmektir. Bu yönde sizlerden
eleştiriler almak bizleri çok sevindirir. Paylaşmak istediğinizi konuları duymak,
bizleri çok mutlu eder.
Derginin yayına hazırlanmasında emeği geçen tüm arkadaşlarıma teşekkür eder,
iyi bir başlangıç olmasını dilerim.
Basım Yeri
İstanbul
Ada Ofset Matbaacılık San.
ve Tic. Ltd. Şti.
Litros Yolu 2. Matbaacılar Sitesi
E Blok No: ZE-2 Kat:1
Topkapı / İSTANBUL
Telefon: +90 212 567 1242
Matbaa Sahibi: Kemal Kabaoğlu
Yayın Türü
Yerel Süreli Türkçe İngilizce
Bilimsel Yayın
3 ayda bir yayımlanır.
Dergide Yayımlanan Yazı, Fotoğraf,
Harita, İllüstrasyon ve Konuların Her
Hakkı Saklıdır. Kaynak Gösterilmek
şartıyla Alıntı Yapılabilir. Yayınlanan
Eserlerin Sorumluluğu Eser Sahiplerine
Aittir.
Saygılarımla,
Dr. Şadi Kopuz
Genel Müdür
1
Dergiden
2
Figes’ten
3
FİGES’ten Haberler
4
Sinerjitürk, Vakıf
Olarak Yeni Ufuklara
Yelken Açıyor
8
Kuş Çarpma Analizleri
11
Numerik Yöntemlerle
Radar Kesit Alanı
Hesabı
Aksi belirtilmedikçe tüm görseller:
© ANSYS, MATHWORKS ve FİGES
14
Yakıt Pilleri
16
ANSYS 14.5 Sürümü
Yenilikleri –
Yapısal Mekanik
21
Askeri Gemi Dizel
Makine Egzoz Sistemi
Tasarımı
24
Karmaşık Endüstriyel
Denetim Stratejilerinin
Tasarımı ve PLC’lere
Uygulanması
28
Yaklaşan
Etkinlikler
Para ile satılmaz
ARGE DERGİSİ 1
FİGES’TEN
Güçlü Türkiye için
Güçlü ARGE
T
ürk Sanayisi,
yenilikçi
ürünler geliştirme ve üretme açısından, adeta okun
yaydan fırladığı duruma gelmiştir. Bir taraftan, 50 yıldan
beri otomobil üreten Türkiye’nin üretim tecrübesi ve oluşturduğu yüksek nitelikli yan sanayi; diğer taraftan, devletin sistematik olarak 15 yılı aşan bir zamandan beri
uyguladığı araştırma ve geliştirme (ARGE) teşvikleri, sanayimizi heyecan verici bir noktaya taşımıştır. Buna ilaveten, yaklaşık 40 yıl önce ASELSAN’ın kuruluşu ile
başlayan, bugün ise kendi harp gemilerini tasarlayıp üretmekte olan ve teknolojik düzeyi ile bizleri gururlandıran
bir Türk Savunma Sanayisi gerçeği vardır. Türkiye, beyaz
eşya sanayisinde, Avrupa’nın en büyük üretim üssü durumuna gelmiştir. Çelik üretiminde ise Avrupa’da, Almanya’dan sonra, ikinci sırada olduğumuzu hatırlatmak
istiyorum. Ulaşım sektöründe THY, artık bir marka olmuştur; THY’nin hedefi ise 2023 yılına kadar Avrupa’nın
en büyüğü olmaktır. İstanbul’un üçüncü havalimanının,
dünyanın ilk dördü arasında yer alacağını basından öğrendim.
Gelmiş olduğumuz bu noktayı sadece korumak değil, aynı
zamanda daha ilerilere, “Türk Markaları” yaratarak taşımak zorundayız. Ülke olarak bunu yapabilecek insan ve
bilgi kaynaklarına sahibiz.
Bir “akıllı sistemler” çağından geçiyoruz. Her geçen gün
daha fazla “akıllı sistem” günlük yaşamımıza girmektedir.
Bu sistemlerin ortak özelliği, daha az insan müdahalesine
ihtiyaç duymalarıdır. Bu tür sistemlere birçok örnek verilebilir: İnsansız hava araçları, insansız kara ve deniz araçları, şu anda deneme aşamasında olan otonom taşıtlar,
akıllı binalar, akıllı ev aletleri, akıllı telefonlar... Bu sistemlerdeki “akıl” denilen şeyin; algılayıcılar, entegre devreler ve bu donanımın içine gömülmüş olan yazılımlardan
oluşan bir sistem olduğunu unutmayalım. Bu sistem, günlük hayatımızda kullandığımız her şeyin içinde olabilir.
Peki, bu cihazların “akıllı” olmasının bize faydası nedir?
Cevap basit: Kullanım hatalarından kaynaklanabilecek
risklerin en aza indirgenmesi, enerji verimliliği, konfor;
kısacası bizlere getirdiği daha yüksek yaşam kalitesidir.
Akıllı sistemler açısından sanayimizin hangi düzeyde ol-
2 www.figes.com.tr
duğuna bir göz atalım: Savunma sanayimizin oldukça iyi
bir noktada olduğu söyleyebiliriz. Savunma ve havacılık
sektörleri, her zaman ve her yerde yenilikçiliğin önderi olmuştur. Beyaz eşya sanayimizin de teknoloji ve yenilikçilikte dünyanın en iyileri ile yarıştığını söyleyebiliriz.
Otomobilin “Dört Tekerlekli Bilgisayar”a doğru gelişmekte olduğunu dikkate alırsak, otomotiv sanayimizin
akıllı sistemler yönünde büyük gelişme potansiyeline sahip
olduğu söylemek yanlış olmaz. Bu noktada, Otomotiv Sanayi Derneği (OSD) ve Taşıt Araçları Yan Sanayicileri
Derneği (TAYSAD)’ne önemli görevler düşmektedir.
Ürünlerimizi dünya piyasalarında daha güçlü bir şekilde
pazarlayabilmek için, güçlü markalar yaratmak zorundayız.
Güçlü markalar yaratmanın yolu da daha fazla yenilikçilikten ve ARGE’den geçmektedir. Bunun bilincinde olan
mevcut TAYSAD yönetimi “Güçlü Sanayi-Güçlü
Marka” sloganını benimsemiştir. Biz de bir ARGE şirketi
olarak bir adım daha atarak “Güçlü Türkiye için Güçlü
ARGE” diyoruz.
ARGE kavramının çok farklı sektörlere ve uygulamalara
uzanabileceğini göz önünde bulundurarak kendimiz için
bir sınırlama getirmek zorundayız. Bizim ARGE dünyamız, uygulamalı fizik ve matematik ile bunu tamamlayan
komşu alanlar olacaktır. Örneğin ölçüm ve test dünyası,
bunun ayrılmaz bir parçasıdır. Aynı zamanda bilgisayar
dünyası da bir ARGE mühendisinin “olmazsa olmazı”dır.
Elinizde ilk sayısını tuttuğunuz bu dergi, bir ARGE şirketi
olan FİGES’in, hep bir hayali olmuştur. Sanal modelleme
teknolojileri, matematiksel modelleme yöntemleri ve çözücüler gibi konulara da bu dergide yer vererek, ARGE
kültürünün sadece sanayide değil, aynı zamanda orta öğrenimde ve elbette üniversitelerimizde yayılmasına bir
nebze katkıda bulunmak istiyoruz. Belirli bir ölçüde
ARGE mevzuatı hakkında okurlarımızı güncel bilgilerle
donatmak, diğer bir hedefimiz olacaktır. Sizlerden gelecek
önerileri çok önemseyeceğiz. Arzumuz, bu dergi vasıtasıyla
sanayicilerimiz, mühendislerimiz ve öğrencilerimiz arasında sinerji yaratarak ARGE heyecanının yayılmasına
katkıda bulunmaktır.
Bir hayalimizi daha hayata geçirdiğimiz ve her sayısında
yeni bilgileri sizlere ulaştıracağımız dergimizi, keyif alarak
okumanızı diliyorum.
Saygılarımla,
Dr. Tarık Öğüt
Yönetim Kurulu Başkanı
FİGES A.Ş.
FİGES’TEN HABERLER
FİGES 2013’e Giriş Toplantısı
Her yılbaşında olduğu gibi, bu yıl da 11 Ocak’ta, İstanbul’da, The Green Park Pendik Hotel’de, tüm FİGES
çalışanları bir araya gelerek, geride bıraktığımız yıl ile ilgili değerlendirmeler yaptık ve 2013'e ilişkin vizyon ve
hedefleri paylaştık. Dört şehirdeki ofislerimizde çalışan doksanı aşkın personelimiz birbiriyle biraz daha kaynaşarak
2013 için motivasyonlarını ve görevdeşliklerini güçlendirdiler.
OSTİM Atölyemiz Açıldı
4 katlı, 400 metrekare toplam
alana sahip atölyemiz, anahtar
teslim projelerimizdeki ürünlerin
montajı, testi ve gerekli ölçümlerin
yapılması amacıyla kullanılacak.
Yakın zamanda gerekli makine
yatırımlarını yaparak prototip
üretimine de başlamayı hedefliyoruz.
Abu Dhabi'de,
IDEX Fuarı'ndaydık
Birleşik Arap Emirlikleri’nde,
17-21 Şubat tarihleri arasında
düzenlenen IDEX fuarında
(www.idexuae.ae), Savunma
Sanayii Müsteşarlığının liderliğinde;
FNSS, Otokar ve ASELSAN gibi
gurur kaynağımız Türk firmalarıyla
birlikte, 10-A26 numaralı
standımızda yer aldık.
EurasiaRail Fuarında
Stant Açtık
İstanbul'da, 7-9 Mart tarihlerinde,
EurasiaRail fuarında
(www.eurasiarail.eu) açtığımız stant
ile yer aldık. Ulaştırma, Denizcilik
ve Haberleşme Bakanı Sayın Binali
Yıldırım'ın açılışını yaptığı fuardaki
yerli katılımcı firmalardan biri
olmak bizi gururlandırdı.
Türkiye Rüzgâr Enerjisi
Birliği Üyesi Olduk
Türkiye’nin rüzgâr enerjisi
potansiyelinin ülke ekonomisine
kazandırılması doğrultusunda
çalışmalarda bulunan Türkiye
Rüzgâr Enerjisi Birliği (TÜREB), bu
alanda Türkiye’deki en güçlü sivil
toplum kuruluşudur. TÜREB, aynı
zamanda, Avrupa Rüzgâr Enerjisi
Birliği (EWEA)'nin de resmi anlamda
Türkiye şubesi olarak çalışmaktadır.
Aldığımız Ödül ve Teşekkürler
n
n
n
n
FİGES, savunma sanayisine yaptığı katkılardan dolayı Bursa Valiliği
tarafından teşekkür belgesi ile onurlandırılmıştır (Ocak 2013).
Bilişim Sektörü İş Adamları Derneği (BİSİAD) tarafından düzenlenen
BİSİAD Bilişim Ödülleri töreninde FİGES, Stratejik Sektörde Yazılım
Geliştiren En Başarılı Şirket Ödülü’nü aldı (Ocak 2013).
Dünyanın önde gelen sonlu
elemanlar yazılımı ANSYS’in
geliştiricisi olan, aynı zamanda
temsilciliğini yaptığımız
ANSYS Inc. firmasının 2012 yılı
için verdiği Dominator Nominee
(Başarılı Distribütör) Ödülü’nü
FİGES aldı. Bu ödülü almamızdaki katkılarından dolayı, tüm
müşterilerimize teşekkür ederiz (Şubat 2013).
FİGES, TEI tarafından, 2012 ticari yılına ait “Firma Performans
Değerlendirmesi” sonucunda A sınıfı tedarikçi olarak
değerlendirilmiştir (Şubat 2013).
Anadolu Raylı Ulaşım
Sistemleri Kümelenmesi
Üyesiyiz
Türkiye’nin raylı ulaşım sistemlerindeki
her türlü ihtiyacının yerli sanayici
tarafından üretilebileceğini savunan
raylı ulaşım sistemleri sanayicileri,
destekleyici kurum ve kuruluşları ile
birlikte “iş birliği ve güç birliği”
inancıyla bir araya gelerek,
“Anadolu Raylı Ulaşım Sistemleri
Kümelenmesi” (ARUS)’ni
(anadoluraylisistemler.org)
oluşturdu. FİGES olarak biz de
ARUS'a üye olduk.
ARGE DERGİSİ 3
RÖPORTAJ
Sinerjitürk,
Vakıf Olarak
Yeni Ufuklara
Yelken Açıyor
4 www.figes.com.tr
FİGES ARGE Dergisi: Abdullah
Bey, okuyucularımıza kendinizi
kısaca tanıtabilir misiniz?
Abdullah Raşit Gülhan: Öncelikle
izninizle FİGES’in bir dergi çıkarma girişimi hakkında düşüncelerimi aktarmak istiyorum. FİGES,
benim için farklı konumda olan,
kalbimde yer eden birkaç firmadan
birisi. Türkiye’de teknoloji üreten,
hizmet ihraç eden ve bunu dünya
ölçeğinde başarı ile yapan bir firmamız. Bu gibi firmalarımıza devletin, ilgili sektörleri yöneten
yöneticilerin ve bu sektörlerdeki
diğer oyuncuların özel önem vermesi, tabiri caiz ise onları bir Bohemya kristali, Faberge yumurtası
gibi koruması, itina göstermesi gerektiğine inanırım.
FİGES, birçok firmanın aksine, sadece kendisi kazanmak yerine, her
zaman olduğu gibi yine ülkeye kazandırmayı tercih etmiş ve zor bir
göreve soyunmuştur. Dergi çıkarmak, bilim ve teknoloji duayenlerini bir araya getirmek ve böylece
ülkeye katkı sağlamak, her türlü
takdirin ötesinde bir davranış olmakla beraber, son derece de güç
bir çalışmadır. Ancak, FİGES’e yakışan da bu: Güçlüklerin üstesinden
gelmek ve ülkeye kazandırmak. Bu
yeni girişiminizi kutluyor ve üstün
başarılar diliyorum.
Okuyucularınıza kısaca kendimi tanıtmak da isterim. Üniversite için
Ankara’ya gelinceye kadar; önce
Kastamonu Araç’ta başlayan hayatıma, Muğla Fethiye’de devam
ettim ve ilk, orta ve lise eğitimimi
İzmir’de tamamladım. Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Mühendisliği bölümünü 1983 yılında
bitirerek kariyerime Fizik Mühendisi olarak başladım. Bir yandan çalışırken diğer yandan yüksek
lisansımı tamamlayarak Fizik Yüksek Mühendisi unvanıyla iş hayatıma devam ettim. Telsiz Genel
Müdürlüğü adıyla bilinen kurumda,
önce Elektronik Test ve Ölçüm Laboratuvarı’nın kuruculuğunu yap-
tım. O laboratuvarın ilk mühendisi
ve bilahare müdürü oldum. Uzun
dönem, sadece laboratuvarda ölçtüğümüz cihazlar Türkiye’ye girebiliyor veya kullanılabiliyordu. Telsiz
cihazları, uydu cihazları, pager cihazları ve artık kullanılmayan veya
çok az kullanılan NMT cihazları,
yani araç telefonları gibi her türlü
telsiz haberleşme cihazlarının tek
geçiş noktası o laboratuvardı. Daha
sonra, yine Telsiz Genel Müdürlüğünde, Radyo Televizyon Yayınları
Şube Müdürlüğü ve Elektronik
Ölçüm Laboratuvarları Şube Müdürlüğü görevlerinde bulundum.
ABD’ye gittim ve orada, SCA
World Wide Marketing adlı bir şirket kurdum. Sonra Türkiye’ye döndüm ve Sony’nin Türkiye
temsilciliğinde çalıştım. Burada
Radyo-Televizyon Vericileri ve
Radyo Stüdyoları Grup Direktörü
olarak görev yaptım. Daha sonra,
Motorola ve Harris gibi dünya çapında önemli markaların Türkiye
temsilcisi olan SETKOM Şirketler
Grubu’nda Genel Koordinatör olarak görev yaptım.
2000 yılında, Kurul Üyesi olarak Telekomünikasyon Kurumunu kurmakla görevlendirilen ekibin içinde
yer aldım ve Kurul II. Başkanı olarak
2004 yılında görevimi tamamladım.
Bu görevimden sonra, ARG Danışmanlık Şirketi’ni ve Sinerjitürk Platformu’nu kurdum. Gördüm ki
Sinerjitürk, ülkemize çok yarar sağlayacak. O yüzden ticari faaliyetlerimi bitirdim. Vaktimin tamamını
ülkemizde teknoloji geliştirmeye ve
Sinerjitürk’e ayırdım. Sinerjitürk
Etkin İş ve Güç Birliği Vakfının kuruluşu, 9 Kasım 2012 tarihli T.C.
Resmi Gazetesi’nde yayınlanarak tamamlandı. Halen Sinerjitürk Vakfı
Mütevelli Heyeti ve Yönetim Kurulu
Başkanı olarak çalışmalarımı sürdürüyorum.
Dünyanın birçok yerinde, akademisyenlerimiz,
iş kadınlarımız / adamlarımız ve profesyonel
yöneticilerimiz var. Bunların önemli bir kısmı,
son derece başarılı çalışmalara imza atıyorlar; ancak
biz onların yaptığı başarılı çalışmalardan, hatta
onların varlığından bile haberdar değiliz diye
düşünerek Sinerjitürk Platformu’nu, 2007 yılında
kurdum. Düşününce, amacın, öncelikle beşeri
kaynağımızdan tam olarak yararlanmak olduğunu
söyleyebilirim. Sinerjitürk için; “Beyin Göçümüzü
Beyin Gücümüze Dönüştürme” projesidir diyebilirim.
FİGES ARGE Dergisi: Sinerjitürk
nasıl ortaya çıktı? Amaçları nelerdir?
Abdullah Raşit Gülhan: DPT’nin
5 yıllık kalkınma planlarının hazırlanmasında aldığım çeşitli görevlerden yararlanarak, Sinerjitürk kapsamında
hangi sektörler önemlidir diye düşündüm ve 8 ileri teknoloji alanında, çeşitli ülkelere dağılmış Türk iş
kadınlarını, iş adamlarını, akademisyenleri ve profesyonel yöneticileri bir
araya getirecek, Türkiye’yi muasır medeniyetler üstünde bir seviyeye çıkartacak, Başbakanımızın ifadesi ile
Türkiye’yi “Lider Ülkeler” arasına sokacak bir çalışmanın yapılmasının
elzem olduğuna inandım. Sinerjitürk,
bu düşünce üzerine inşa edildi. 2006 yılında, 830 kişiye yolladığım bir e-posta
ile “bunu nasıl kurmalıyız” tartışmalarını başlattım. 2007 yılında, Ulaştırma,
Denizcilik ve Haberleşme Bakanımız
Sayın Binali Yıldırım’ın da katıldığı 35
kişilik bir yemekte, bu fikrimi anlattım.
Çok büyük bir ilgi ve kabul gördü. Onlara gerçekten şükranlarımı sunuyorum. Bugün, 81 ülkede, 260 bini aşan
yurttaşımıza erişiyoruz. Sinerjitürk’ün
amaçlarını; temel olarak bu ülkeyle
gönül bağı olan, kalkınmasını arzu
eden, dini, etnik kimliği ve hatta milliyeti ne olursa olsun bu ülke ile bağ
kurmuş vatandaşlarımızı ve yurttaşlarımızı bir araya getirmek; ülkemizin
kalkınmasına katkı sağlamak; yurt dışındaki profesyonellerimizin daha üst
konumlara gelmelerine katkı sağlamak
ve gerek yurt içindeki gerekse dışındaki
şirketlerimizin daha büyük, daha güçlü
ve teknoloji üreten şirketler olmalarına
katkı sağlamak olarak özetleyebilirim.
FİGES ARGE Dergisi: Sizi
Sinerjitürk’ü kurmaya iten temel
neden ne oldu?
Abdullah Raşit Gülhan: Türkiye,
dünyanın önde gelen ekonomileri
arasında -büyük önderin çok bilinen
veciz ifadesi ile “Muasır medeniyetlerin üstünde”- teknoloji üreten ve
teknolojiye yön veren bir ülke olacaksa ülkenin insan kaynaklarının
tümünden yararlanması gerektiğini
düşündüm. Bu çok önemli beşeri
kaynağın heba edilmemesi gerekir.
Dünyanın birçok yerinde, akademisyenlerimiz, iş kadınlarımız / adamlarımız ve profesyonel yöneticilerimiz
var. Bunların önemli bir kısmı, son
derece başarılı çalışmalara imza atıyorlar; ancak biz onların yaptığı başarılı çalışmalardan, hatta onların
varlığından bile haberdar değiliz diye
düşünerek Sinerjitürk Platformu’nu,
2007 yılında kurdum. Düşününce,
amacın, öncelikle beşeri kaynağımızdan tam olarak yararlanmak olduğunu söyleyebilirim. Sinerjitürk için;
“Beyin Göçümüzü Beyin Gücümüze
Dönüştürme” projesidir diyebilirim.
FİGES ARGE Dergisi: Sinerjitürk’te
öncelik verdiğiniz uygulama alanları
nelerdir?
ARGE DERGİSİ 5
RÖPORTAJ
Öncelikle, belirlediğimiz teknoloji alanlarında
halen faaliyet gösteren Türk şirketlerinin ve
Türk profesyonellerinin ayrıntılı listesini hazırlamak
istiyoruz. Bu anlamda iki veri tabanı hazırlığımızı
yaptık. Hemen anlaşılabileceği gibi bu veri
tabanları; “Türk Şirketleri Veri Tabanı” ve
Türk Profesyonelleri Veri Tabanı” olacak.
Abdullah Raşit Gülhan: Sinerjitürk
Vakfı, şimdilik 8 ileri teknoloji alanı ile
ilgileniyor. Bu alanları şöyle sıralayabilirim:
1. Endüstriyel Tasarım,
2. Enerji,
3. Gemi İnşa,
4. Nanoteknoloji,
5. Otomotiv,
6. Sağlık Teknolojileri
(biyomedikal, ilaç, tıbbi cihaz,
biyoteknoloji vb.),
7. Savunma-Uzay-Havacılık,
8. Telekomünikasyon-Bilişim
Bu alanlar, bizim, şimdilik kaydı ile belirlediğimiz alanlar. Teknolojideki gelişmeye paralel olarak veya ülkemizin
gereksinimlerine bağlı olarak bu alanlara yeni alanlar ekleyebilir veya bu
alanlardan bazılarını çıkartabiliriz.
FİGES ARGE Dergisi: Sinerjitürk
ne tür çalışmalar yürütüyor?
Abdullah Raşit Gülhan: Etkinlikler
düzenliyoruz. Zira etkinlikler, düşüncemize göre, iş birliğinin temeli olan tanıma, dostluk oluşturma ve dostlukları
pekiştirmek için elzem. Bu açıdan etkinlikler bizim için önemli bir araç;
fakat Sinerjitürk, bir etkinlik düzenleme vakfı değil.
6 www.figes.com.tr
Öncelikle, belirlediğimiz teknoloji alanlarında halen faaliyet gösteren Türk şirketlerinin ve Türk profesyonellerinin
ayrıntılı listesini hazırlamak istiyoruz. Bu
anlamda iki veri tabanı hazırlığımızı
yaptık. Hemen anlaşılabileceği gibi bu
veri tabanları; “Türk Şirketleri Veri Tabanı” ve Türk Profesyonelleri Veri Tabanı” olacak. Bu konuda bir deneme
çalışması da gerçekleştirdik. Altyapımızı
uygun ve tam güvenli hale getirince, bu
çalışmayı başlatacağız. Herhangi bir
yurttaşımız veya şirketimiz, örneğin
“Andorra’da otomobil lastiği işinde bir
şirketimiz veya profesyonelimiz var mı?”
diye sorduğunda, ona bu konuda destek
olacağız. Öte yandan, ülkemizin ihtiyaçlarına uygun olarak, üniversitelerde
kuracağımız öğrenci topluluklarıyla
birlikte, yurt dışında yüksek lisans ve
doktora yapmak isteyen öğrencilerimize destek sağlayacağız. Üniversitelerin kıstaslarını sağlamaları koşulu ile
yurt dışında, ülkemizin ihtiyaç duyduğu tezleri yapmak üzere ilgili programlara katılmalarına yardımcı
olacağız.
Yurt içinde ve dışında çeşitli etkinlikler
düzenleyerek şirketlerimizin ve profesyonellerimizin birbirlerini tanımlarına
ve şirketlerimizin kabiliyet ve kapasiteleri hakkında farkındalık oluşmasına
katkı sağlayacağız.
Yönetmeliği üzerinde çalışmalara
devam ettiğimiz yurt dışı temsilciliklerimizi, yakın zamanda resmen kuracağız. Bugüne kadar temsilcilerimiz, gayri
resmi olarak bize destek veriyorlardı.
Onları resmen görevlendirmiş olacağız.
Teknolojideki gelişmeleri yakından izleyerek ve teknolojinin gelişme eğilimini inceleyerek; kamu kurumları
tarafından hazırlanan kalkınma planları gibi çeşitli çalışmalara katkı sağlayacak, çeşitli strateji raporları
hazırlayacağız. Bilgi Teknolojileri ve
İletişim Kurumu Başkanımız ve Savunma Sanayii Müsteşarımız ile paylaştığımız ve olumlu düşüncelerini de
aldığımız strateji gruplarımızı oluşturacağız. Burada hepsini sayamayacağım birçok alana yaygınlaştıracağımız
faaliyetlerimizi, ülkemize hizmeti ön
planda tutarak, fikirsel olarak destek
verecek dostlarımızın katkılarıyla gerçekleştirmeye çalışacağız.
FİGES ARGE Dergisi: Sinerjitürk’ün
bir vakıf haline gelmesinin
nedenleri ve avantajları hakkında
neler söyleyebilirsiniz?
Abdullah Raşit Gülhan: Evet, daha
önce de ifade ettiğim üzere, Sinerjitürk Vakfı, 9 Kasım 2012 tarihinde,
T.C. Resmi Gazete’de yayınlanan
tebliğ ile kuruluşunu gerçekleştirmiş
oldu. 9 kurucusu var. Benim dışımda;
Abdullah Çörtü, Cihat Bilal, İlhan
Barlas, Murat Dursun, Özhan Kocaman, Refik Demirci, Tolga Belen ve
Umut Taştan isimli dostlarımızla birlikte kurduk. Kendileri Sinerjitürk
Vakfı, dolayısı ile ülkemiz için özveriyle gayret göstermekteler.
Vakıf kuruluncaya kadar, Sinerjitürk
bir platform olarak çalışmalarını sürdürdü. Bildiğinizi üzere platform yapısının Türk hukukunda bir tanımı ve
kabulü yok. Bu bakımdan vakıf statüsünü kazanmamız, öncelikle devletimiz
nezdinde kabul edilir bir kimliğimiz olması anlamına geldi. Bu nedenledir ki,
Sayın Cumhurbaşkanımız ve Sayın
Başbakanımız başta olmak üzere, çeşitli
Bakanlarımızdan ve üst düzey yöneticilerimizden randevu talebinde bulunduk. Sayın Cumhurbaşkanımız, çeşitli
Bakanlarımız, çeşitli kamu yöneticilerimiz ve sivil toplum örgütü başkanlarımız ile görüştük. İleriye yönelik
müşterek çalışmalar yapabilmek, daha
başarılı çalışmalara imza atabilmek hususunda onların değerli öneri ve değerlendirmelerinden istifade ettik.
Son olarak; biz vakfımızı kurarken birçok vakfın aksine, mümkün olduğunca
şeffaf bir yapı kurmayı, hesap verebilir
olmayı arzu ettik. Vakfımız, bağımsız
bir denetçi tarafından denetlenecek.
Bu da ileride, vakfımıza bağışta bulunan, destek veren kuruluşlarımıza
güven verecek. Bunu platform çatısı
altında yapmamız mümkün değildi. Bu
nedenle 2007 yılından itibaren, kimseden bağış ve maddi destek almadan
çalışmalarımızı kendim finanse ettim.
FİGES ARGE Dergisi: Türkiye’nin,
2023’te, dünyanın ilk 10 ekonomisi
arasına girme hedefi var.
Ayrıca şimdiden 2035 ve 2071
vizyonlarından da bahsediliyor.
Bu paralelde, Sinerjitürk’ün
geleceğe ilişkin vizyonu nedir?
Sinerjitürk gelecekte neler
yapıyor olacak?
Abdullah Raşit Gülhan: Başta da belirttiğim üzere, Sinerjitürk olarak bizim
hedefimiz; “muasır medeniyetlerin” üstüne çıkmak. Başbakanımızın ifadesi ile
Türkiye’nin lider ülke olmasına katkı
sağlamak. Bu açıdan bakınca, biraz hayalperest bir yaklaşım olarak görülse de
bizim hedefimiz, ülkemizin lider ülke
olması; katkı sağlamak istediğimiz
husus da bu. Sinerjitürk Vakfı olarak;
öncelikle yurt içindeki ve dışındaki
Türk şirketlerinin arasındaki iş birliğinin gelişmesini destekleyeceğiz ve dünyada teknolojik gelişmeler ile yeni
ortaya çıkan disiplinlerdeki tüm gelişmeleri ülkemize kazandıracak yapıların
ve verimli teknoloji transfer ofislerinin
kurulmasına katkı sağlayacağız veya bu
merkezleri oluşturacağız. Sinerjitürk,
oluşturacağı strateji grupları ile ileri teknoloji ile sınırlı kalan bir çerçeve içinde,
Sinerjitürk, oluşturacağı
strateji grupları ile ileri
teknoloji ile sınırlı kalan
bir çerçeve içinde,
ülkemizin kalkınmasına
bir düşünce kuruluşu
olarak katkı sağlayacak;
politikaların oluşmasında
rol alacak önemli
bir merkez olmak
arzusundadır. Öte yandan,
halen 81 ülkede 260 bin
kişiyi aşan ağımızı daha
da genişleteceğiz ve
oluşturacağımız veri
tabanları ile şirketlerimize
ve profesyonellerimize
daha güçlü destek verir
olacağız.
ülkemizin kalkınmasına bir düşünce
kuruluşu olarak katkı sağlayacak; politikaların oluşmasında rol alacak önemli
bir merkez olmak arzusundadır. Öte
yandan, halen 81 ülkede 260 bin kişiyi
aşan ağımızı daha da genişleteceğiz ve
oluşturacağımız veri tabanları ile şirketlerimize ve profesyonellerimize daha
güçlü destek verir olacağız. Bu anlamda,
kendimizi, ileride, ülkemizin kalkınması
yolunda has, içten ve özverili bir hizmetkâr olarak görmeyi arzu ediyorum.
FİGES ARGE Dergisi: Sinerjitürk’e
katılmak ya da katkıda bulunmak
isteyen kişiler neler yapabilir?
Abdullah Raşit Gülhan: Önümüzdeki
üç yıl boyunca, Sinerjitürk Vakfına üye
kabul etmeyeceğiz. Mütevelli Heyeti
olarak, Sinerjitürk’ün kurumsallaşmasını tam olarak tamamlayarak, daha
başarılı bazı çalışmaları gerçekleştirdikten sonra, bu çalışmalarla müstakbel
vakıf üyelerinin karşısına çıkmak istiyoruz.
Ancak, Sinerjitürk’ün e-posta listesine, her okuyucunuzun ve okuyucularınızın dostlarının katılmasını
gönülden arzu ederim. Ara ara yolladığımız elektronik iletilerimizle bizden
haber
alabilirler
ve
çalışmalarımıza katkı sağlayabilirler.
Oluşan iş birliği ortamında, biz de
onlara katkı sağlayabiliriz. Ayrıca Sinerjitürk’ü LinkedIn, Facebook,
XING, Twitter ve Google+ gibi
platformlardan da takip edebilirler.
Yakında yenileyeceğimiz İnternet sayfamızın, tüm profesyonellerimize ve
tüm şirketlerimize destek verecek,
katkı sağlayacak önemli bir platform
olacağına inanıyor ve bu konuda çalışmalarımızı sürdürüyoruz.
Sinerjitürk Vakfı, sizlerin, tüm dostlarımızın bağışlarını kabul etmektedir. İsteyenler, Vakıflar Bankası
Cumhurbaşkanlığı Şubesi nezdinde
açılan Sinerjitürk Etkin İş ve Güç
Birliği Vakfı’nın hesabı aracılığıyla
bağış yapabilirler.
ARGE DERGİSİ 7
MAKALE
1. Giriş
Hava araçları ile kuşların havada çarpışması durumu (İngilizcesi bird strike), uçuş güvenliğini etkileyen önemli etmenlerden biridir ve büyük maddi hasara ve bazı durumlarda,
can kayıplarına yol açabilir. Bu kazalardan dolayı oluşan senelik hasar, ABD’de 400 milyon dolar, tüm dünyada ise 1,2
milyar dolar olarak tahmin edilmektedir [1].
Birçok olası kuş çarpmasının, kuşların son anda yön değiştirmeleri neticesinde önlendiğine inanılmaktadır. Ancak,
özellikle kuşlara yön değiştirmeleri için çok az bir zaman bırakan uçaklar, yüksek hızlarda hareket ettikleri için büyük
bir tehlike ile karşı karşıyadır. Uluslararası Sivil Havacılık
Örgütü (International Civil Aviation Organization /
ICAO) raporlarına göre, kuş çarpışmalarının yüzde 90 gibi
büyük bir çoğunluğu, havaalanları yakınında ve kalkış ya
da iniş sırasında meydana gelmektedir. Çarpmaların çoğunluğu, etkisini hava aracının ön kısımlarında gösterirken, birçok durumda da kuş, hava aracının jet motoru tarafından
emilir ve motorun pallerinin ve gövdesinin hasara uğramasına neden olur.
Güralp Başaran
Yapısal Analiz Mühendisi
Yapısal Analiz ve Tasarım Ekibi - Ankara
8 www.figes.com.tr
© FORÇA AÉREA BRASILEIRA
© FORÇA AÉREA BRASILEIRA
Kuş Çarpma
Analizleri
Şekil 1. Kuş çarpması sonucu oluşan hasara örnek [2]
Darbenin kuvveti; çarpan hayvanın ağırlığına, yönüne ve
darbe esnasındaki hız farkına bağlıdır. Aracın ağırlığı genellikle göz ardı edilir; çünkü çoğunlukla çarpan hayvanla kıyaslandığında çok daha büyüktür. Darbenin enerjisinin
büyüklüğü, hız farkının karesi ile orantılı olarak artar.
Kuş çarpmasının etkilerinin test ortamında tekrarlanamıyor olması, bu etkilerin bilgisayar ortamında hesaplamalı
mekanik yardımıyla benzetilmesini şart koşmaktadır. Bu
analizlerin ürün geliştirme aşamasında kullanılması, kayıpların asgari değerlerde tutulması açısından büyük önem
taşımaktadır. Analiz sonuçları, malzeme değişikliği ve yapısal / geometrik iyileştirmelerin belirlenmesinde, tasarıma
önemli girdiler sağlayabilmektedir.
Bu makalede, kuş çarpması analizlerinin detaylarına değinilmiş ve bu analizler üzerinden, farklı diskritizasyon metotlarının karşılaştırması yapılmıştır. Kuş çarpma
analizinde kullanılan SPH (Smoothed-Particle Hydrodynamics) nümerik diskritizasyon metodunun, Lagrange,
Euler ve ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) gibi diğer
metotlarla çözüm süresi, modelleme ve gerçeğe yakınlık
yönünden kıyaslamaları yapılmıştır. Bu metotlar arasında,
SPH yöntemi ile uçak kanadına kuş çarpması benzetiminin bir örneği, ANSYS LS-Dyna yazılımı kullanarak yapılmıştır.
2. Lagrange, Euler ve ALE Yaklaşımları
Kuş çarpma analizlerinde en yaygın yaklaşım, kuşun, analiz
ortamında silindirik, elipsoid veya yarım küresel katı olarak
modellenmesi ve malzeme özelliklerinin, suyun malzeme
özelliklerine yakın seçilmesidir. Kuşun nümerik diskritizasyonu Lagrange, Euler, ALE veya SPH yaklaşımı uygulanarak sağlanabilir.
Lagrange yaklaşımı, malzeme koordinat sistemini kullanır.
Bu sistem, Lagrange koordinatları olarak da bilinir. Düğüm
noktaları, geometriyle beraber hareket eder. Tek bir eleman içerisindeki kütle korunur ve elemanlar arası kütle
transferi olmaz. Bu nedenle deformasyon sonrası malzeme
sınırlarını veya dış yüzey konturunu, diğer metotlara nazaran daha doğru tanımlar. Bu yöntemin en önemli avantajı,
analiz süresinin diğer yöntemlere nazaran daha kısa olması
ve düşük deformasyon değerleri için sonuçlardaki güvenilirliğinin daha fazla olmasıdır. Lagrange yönteminde genelde karşılaşılan problem, yüksek deformasyon miktarları
sonucunda ağ yapısındaki elemanların kalitesinin değişmesine bağlı olarak, sonuçların hassasiyetinin ve nümerik
stabilitenin daha düşük gerçekleşmesidir. Yüksek deformasyonların görüldüğü analizlerde, Lagrange yaklaşımında
hassasiyet yakalamak için “remeshing” yapılabilir; ancak
bu işlem de analiz süresini arttıran bir faktördür ve her geometride istenen kalitede bir ağ yapısı oluşturamayabilir.
Bunun yanında, Lagrange ağ yapısı oluşturmanın karmaşık
geometrilerde güç olması da bu yaklaşımın dezavantajları
arasındadır.
Euler metodu, çoğunlukla akış analizlerinde tercih edilir.
Ağ yapısı uzayda sabit ve hareketsizdir. Malzeme, ağ yapısının içinden akar; dolayısıyla Euler elemanlarının arasında
kütle transferi olmaktadır. Malzemenin dış yüzeyi de sabit
ağ yapısı içerisinden aktığı ve yer değiştirdiği için boşluk
(veya hava) da modellenmelidir. Her bir eleman veya
hücre içerisinde birden fazla akışkan veya gaz bulunabilmektedir. Ağ yapısı malzemeyle beraber hareket etmediği
ve uzayda sabit olduğu için bozulması veya doğruluğunu
kaybetmesi gibi bir sorun bulunmamaktadır. Euler metodunun en büyük dezavantajlarından birisi, Lagrange’a nazaran eleman formülasyonunun çok daha fazla hesaplama
içermesi ve dolayısıyla da analiz süresinin uzun olmasıdır.
ALE metodu ise Lagrange ve Euler yaklaşımlarının birleşimidir. ALE elemanları arasında Euler’de olduğu gibi kütle
transferi olabilmektedir ve eleman içerisinde birden fazla
malzeme bulunabilmektedir (İngilizcesi multi-material
ALE). Ancak Euler’den farklı olarak ağ yapısı, uzayda malzeme noktalarından bağımsız olarak hareket edebilmektedir. ALE, tek bir malzeme üzerinde kullanıldığı durumda
(İngilizcesi single-material ALE), düğüm noktaları, malzemenin serbest yüzeyini takip edecek şekilde hareket edebilmektedir. Bu modelleme yöntemi, daha çok katı
cisimler için kullanılır. Bu durumda, malzemenin sadece
kendi içerisindeki elemanları arasında kütle transferi olmakta, serbest yüzeydeki düğüm noktaları yine yüzeyde
kaldığından dolayı boşluğun (veya havanın) modellenmesine gerek kalmamaktadır.
Şekil 2. (1) Lagrange, (2) Euler,
(3) ALE yöntemlerinde ağ yapısı davranışı [3]
3. Ağsız Yöntemler ve SPH Yaklaşımı
Sonlu elemanlar metodundan farklı olarak, ağsız yöntemlerde çözüm bölgesi, noktasal parçacıklarla (nodlarla) modellenir. Her parçacığın temsil ettiği hacme tekabül eden
bir kütle değeri vardır. Bu nodları birbirine bağlayan elemanlar bulunmamaktadır. Bu özellik, bütün ağsız yöntemler için ortaktır. Sonlu elemanlarda, her eleman için lokal
şekil fonksiyonları tanımlanırken, ağsız yöntemlerde, parçacıklar için global tek bir şekil fonksiyonu tanımlanır.
SPH yöntemi de bir ağsız yöntemdir; parçacıklar malzeme
noktalarını takip ettiği için, bir tür ağsız Lagrange yöntemi
olarak da tanımlanabilir.
Şekil 3. SPH nodları
ve I nodunda tanımlı
şekil fonksyonu.
Ağsız yöntemler, genellikle, sonlu elemanlar yönteminde
karşılaşılan olumsuzlukların aza indirilmesini sağlamak için
geliştirilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi; malzeme aşınma,
kırılma, kopma ve ayrılma senaryolarından doğan süreksizlikler için özel modelleme teknikleri kullanılmasını gerektirmektedir. Bu tarz senaryolarda ağsız yöntemlerin (veya
SPH’nin) Lagrange modellemeye karşı avantajı, yüksek deformasyonlarda doğruluğunun ve stabilitenin bozulmaması
ve malzeme kopması ve ayrılması gibi durumları daha kolay
ele alabilmesinden kaynaklanır. Aynı zamanda, parçacıklarla
diskretizasyon oluşturulurken eleman tipi, büyüklüğü ve kalitesi gibi kaygılar bulunmadığı için, karmaşık geometriler
çok rahatlıkla SPH nodlarıyla diskretize edilebilmektedir.
Euler ve ALE metotlarıyla karşılaştırıldığı zaman SPH’nin
en önemli özelliği, malzeme sınırlarını ve serbest yüzeylerini,
doğruluğu yüksek bir şekilde benzetebilmesidir.
ARGE DERGİSİ 9
MAKALE
Ayrıca ALE yaklaşımının, SPH ve Lagrange yaklaşımına nazaran, temas kuvvetlerinin hesaplanmasında yeterli derecede
verimli olmadığı söylenebilir. Bu durum, ALE ağ yapısının yoğunlaştırılması ile çözülebilir; fakat bu da analiz çözüm süresini
diğer iki yaklaşıma göre oldukça fazla uzatacaktır
Şekil 4. Farklı yöntemler kullanılarak
balistik benzetim sonuçları.
Şekil 5. Farklı yöntemler kullanılarak
Taylor Darbe Testi sonuçları.
4. Kuş Çarpması Analizleri
Bu çalışmada, kuşun modellenmesi için literatürde ve uygulamada en çok rastlanan SPH yöntemi kullanılmıştır.
Kuşu temsil eden geometri, hem çok yüksek deformasyonlara uğradığından hem de istenen doğruluğu makul analiz
süreleri içerisinde sağlayabildiğinden dolayı, SPH bu problem için en uygun yöntemdir. Uçak kanadı, Lagrange
kabuk sonlu elemanlarıyla modellenmiştir.
Çalışmada, uçak kanadına bir kuşun çarpması ve bu çarpışma esnasında uçak kanadında ne miktarda enerji sönümlendiğinin ve kanatta oluşacak deformasyonun
incelenmesi gerçekleştirilmiştir.
Şekil 6. Problemin LS-Dyna modeli,
kuşun Lagrangian solid ve SPH modelleri.
Kuş, elipsoid olarak modellenip, SPH parçacıklarıyla diskretize edilmiştir. Kanat parçası 10.200 adet shell elemanı;
kuş ise 8.020 adet SPH parçacığıyla modellenmiştir.
Kuşun malzeme özellikleri, su malzeme özelliklerine yakın
alınmıştır; çünkü kuşun yapısının büyük bir oranını su
oluşturmaktadır ve bu oranın yanında kas ve kemikler
düşük bir mukavemete sahiptir. Kanat malzeme modeli,
“*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY” olarak,
LS-Dyna içerisinde modellenmiştir. Özellikle darbe ve
çarpma benzetimlerinde önemli bir faktör olan deformasyon hızı (İngilizce strain-rate) etkisi, bu malzeme modeliyle
tanımlanabilmektedir. Çarpışma hızı olarak 250 m/s’lik
(900 km/saat) bir çarpışma durumu incelenmiştir.
10 www.figes.com.tr
Şekil 7. Kuşun kanatta yarattığı deformasyon miktarları.
Kuşun kanatta yarattığı deformasyon miktarları, Şekil 7’de
gösterilmiştir. Burada kanat elemanları üzerinde 0,1’lik
plastik gerinme değerinin aşılması durumunda elemanların
silinmesi, “*MAT_ADD_EROSION” komutu ile sağlanmıştır. Kuşun çarpma hızında kanat yüzeyini delerek kanadın içine doğru girdiği ve kanatta önemli derecede hasar
yarattığı görülmüştür.
Tablo 1,
Analizlerin
birbirleriyle
kıyaslaması
Tablo 1’de, farklı ağ sayısında diğer yaklaşımlarla yapılan
kuş çarpma analizlerinin birbirleriyle süre yönünden kıyaslaması gösterilmiştir. Analizlerde elde edilen temas
kuvvetleri ve deformasyon miktarlarının birbirine oldukça yakın olduğu göz önünde bulundurulduğunda,
analiz süresinin en kısa olduğu ve modelleme (ağ yapısı
oluşturma) kısmında daha az efor gerektiren SPH yaklaşımının, diğer yaklaşımlara göre daha avantajlı olduğu
söylenebilir.
Kaynaklar:
[1] Wikipedia,
http://en.wikipedia.org/wiki/Bird_strike
[2] http://www.fab.mil.br/portal/operacoes_aereas/
cruzex5/index.php?page=mostra&id=
344&idioma=1
[3] Do I., Day J., “Overview of ALE Method in
LS-Dyna”, Lawrance Livermore Software
Technology (LSTC), 2005
[4] V. K. Goyal, C. A. Huertas, T. J. Vasko, 2013.
“Bird-Strike Modeling Based on the Lagrangian
Formulation Using LS-DYNA”, Am. Trans. Eng.
Appl. Sci. 2(2): 057-081.
[5] J. Lacome, “Smooth Particle Hydrodynamics
(SPH): A New Feature in LS-DYNA”, in:
Proceedings of the 6th International LS-DYNA
Users Conference, 2000.
[6] J. Metrisin, B. Potter, “Simulating Bird Strike
Damage in Jet Engines”, ANSYS Solutions 3 (4)
(2001) 8–9.
Numerik Yöntemlerle
Radar Kesit Alanı Hesabı
Özge Taşkın
ANSYS, Elektromanyetik
Uygulama Mühendisi
Prof. Dr. Caner ÖZDEMİR
Mersin Üniversitesi,
Elektrik-Elektronik
Mühendisliği Bölümü
Yrd. Doç. Dr. Deniz
BÖLÜKBAŞ
İstanbul Arel Üniversitesi,
Elektrik-Elektronik
Mühendisliği Bölümü
FİGES, Elektromanyetik
Tasarım ve Analizler Ekibi
Lideri
1. Radar Kesit Alanı
Radar kesit alanı (RKA), bir
nesne tarafından karşılanan ve
geri yayılan elektromanyetik
(EM) enerjinin bir ölçüsüdür.
Kabaca RKA; bir nesnenin (ya
da hedefin) EM bir dalga ile
aydınlatıldığında, efektif eko
(ya da yansıma) alanı olarak da
tanımlanabilir. Radar alıcısı
açısından ele alındığında ise
RKA, bir nesnenin EM enerjiyi radar alıcısı yönündeki
yansıtabilirliğinin bir ölçüsü
olarak
da
düşünülebilir.
RKA’nın birimi metrekaredir.
Bir nesnenin RKA’sı nesnenin
gerçek büyüklüğüyle orantılıdır. RKA’nın daha resmi tanımı şu şekilde yapılabilir.
RKA; bir nesneden steradyan
(sr) başına radar alıcısı yönünde yansıyan gücün, nesne
tarafından karşılanan güç yoğunluğuna oranıdır. Eğer nesne
tarafından saçılan güç yoğunluğu Ws olarak gösterilirse;
{R2Ws} miktarı radar alıcısı tarafından steradyan başına saçılan EM enerjiyi verir. Wi ise
nesne tarafından karşılanan
güç yoğunluğu olarak ele alınırsa; nesnenin RKA’sı aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
(1)
RKA değeri, genel olarak hedefin, radarın uzak alan bölgesinde olduğu düşünülerek ele
alınır ve dolayısıyla yukarıdaki
denklemdeki R değeri sonsuza
çekilir. Dolayısıyla denklem;
daha pratik olarak gelen ve saçılan elektrik alan şiddetleri
cinsinden aşağıdaki gibi yazılabilir.
(2)
Burada Ei ve Es; gelen ve yansıyan elektrik alan şiddetlerini
vermektedir.
Şekil 1’de görüleceği üzere, bir
EM dalga nesneye çarptıktan
sonra, genel olarak her yöne
doğru saçılma yapar. RKA hesabında, sadece radar alıcısı yönündeki saçılma enerjisi
kullanılır. Eğer radarın alıcı ve
verici anteni aynı ise geri saçılan enerji radar alıcısı tarafından toplanır ve hesaplanan
RKA değeri, monostatik
RKA’yı verir. Eğer radar alıcısı,
radar vericisinden uzayda farklı
bir konumda bulunuyorsa hesaplanan değer bistatik RKA’yı
verir.
Bir nesnenin RKA’sı hem nesneye doğru bakış açısına hem
de gönderilen EM dalganın frekansına göre değişir. Bu değişim,
çok
küçük
açı
değişimlerinde bile çok fazla
olabilmektedir. Aynı durum,
frekans için de geçerlidir. Bir
nesneye hangi yönden baktığınıza göre, o nesnenin bakış yönünüze dik olan iz düşümü
kesiti de değişir. Bu durum; geri
yansıyan EM enerjinin de değişmesine neden olur ve RKA
değeri de değişir. Ancak küre
şeklindeki bir nesnenin iz düşümü kesiti bakış açısına göre
değişmeyeceğinden, RKA’sı da
değişmeyecektir. Frekans değiştikçe; nesnenin elektriksel
uzunluğu da değişeceğinden
RKA’sı da değişir. Genel olarak frekans yükseldikçe, nesnelerin RKA’ları artar. Nesnenin
yapılmış olduğu malzeme de
EM dalganın yansımasını etkileyeceğinden dolayı RKA değerini de etkiler. Metal
nesneler, EM enerjinin hepsini
Şekil 1: Radardan gelen EM enerji,
nesneye çarptıktan sonra her yöne saçılır.
ARGE DERGİSİ 11
MAKALE
geri yansıtırken, dielektrik (yalıtkan) temelli nesneler, bu
enerjinin ancak bir bölümünü
geri yansıtmaktadırlar.
programlama tekniklerinin gelişmesi sonucunda, tam dalga
çözümleri etkin olarak kullanılmaya başlanmıştır [4-5].
2. RKA’nın Önemi
ve FİGES’te Yapılan
Çalışmalar
FİGES’te RKA tahmini amacıyla yapılan çalışmalarda,
ANSYS HFSS™ (High Frequency Structural Software)
yazılımı kullanılmaktadır. Endüstride standart olan ANSYS
HFSS™, 3 boyutlu EM alan simülasyonlarında başarımı ispatlanmış bir yazılımdır.
Yazılımda kullanıcı seçimine
bağlı olarak Sonlu Elemanlar
Yöntemi ya da Integral Denklem Yöntemi kullanılabilmektedir.
Örnek çalışma için, üçgensel
üçyüzlü köşe yansıtıcı ile dairesel üçyüzlü köşe yansıtıcılarının ANSYS HFSS™ yazılımı
ile RKA değeri hesaplanmış ve
sonuçlar bu bölümde gösterilmiştir. Her iki saçıcının da mükemmel elektrik iletken olması
durumunda, azami RKA değerleri analitik olarak bilinmektedir. Şekil 2’de, problem
çözümünde kullanılan koordinat sistemi gösterilmiştir.
Üçgensel üçyüzlü köşe yansıtıcının RKA değeri Denklem
3’te ve dairesel üçyüzlü köşe
yansıtıcının RKA değeri ise
Denklem 4’te verilmiştir.
RKA, askeri platformların
(uçaklar, gemiler, tanklar, vb.)
tespitindeki ana parametredir.
Hayalet uçak (stealth) olarak
tabir edilen ve radar tarafından
yakalanmamak üzere tasarlanmış olan platformlar; tehdit
frekanslarında düşman radarı
tarafından tespit edilemeyecek
kadar oldukça düşük RKA değerlerine sahip olacak şekilde
tasarlanmaktadır. Düşük RKA
özelliği, platform üzerinden
düzlemsel yapıların kullanılması ve radar soğurucu malzemeler
ya
da
boyalar
kullanılması sayesinde gerçekleştirilmektedir.
EM problemlerin numerik çözümleri konusunda bilgi birikimi
ve deneyimiyle FİGES Elektromanyetik Tasarım ve Analizler
Ekibi, RKA değeri simülasyonu
ve sonuçların ölçümlerle doğrulanması konusunda çalışmalar
yürütmektedir. Bu kapsamda yapılan çeşitli projeler başarıyla tamamlanmıştır.
3. Numerik RKA
Hesabı
RKA hesabında; Elektrik-Alan
İntegral Denklemi (EAİD) ve
Manyetik-Alan İntegral Denklemi (MAİD) temelli ya da
Sonlu Elemanlar Yöntemi (Finite Element Method / FEM)
gibi tam-dalga çözümleri, elektriksel büyüklüğü çok fazla olmayan
nesneler
için
kullanılabilmektedir
[1-3].
Özellikle son dönemde bilgisayar teknolojisinin hızla ilerlemesi ve çok çekirdekli ya da
çok işlemcili yapılarla paralel
12 www.figes.com.tr
(3)
(4)
Bu denklemlerde ơmax (m2)
azami RKA, λ (m) etkiyen EM
dalganın dalga boyu ve L (m)
yansıtıcı geometrisinin dikme
uzunluğudur. Denklem 3 ve
4’te görüldüğü gibi, ơmax, yansıtıcının dikme uzunluğu arttıkça ve etkiyen EM dalganın
dalga boyu küçüldükçe artmaktadır.
Şekil 3’te, mükemmel elektrik
iletken üçgensel üçyüzlü köşe
yansıtıcının 8-16 GHz aralığında analitik RKA değerlerinin dikey-dikey (DD) ve
yatay-yatay (YY) polarizasyon
için ANSYS HFSS™ yazılım
sonuçlarıyla karşılaştırması yer
almaktadır.
Üçgensel üçyüzlü yansıtıcı için
8 GHz frekansında azami RKA
değeri 50,65 dBm2 olarak hesaplanmıştır. Her iki polarizasyonda, geometri 8 GHz
frekansında en düşük RKA değerini almakta ve frekans arttıkça azami RKA değerleri
artmaktadır. 8 GHz frekansında azami RKA değeri DD
polarizasyon için 50,65 dBm2
ve YY polarizasyon için 50,56
dBm2’dir. 16 GHz frekansında
azami RKA değeri DD polarizasyon için 50,65 dBm2 ve YY
polarizasyon
için
56,58
dBm2’dir. Azami RKA değeri,
benzetimlerde kullanılan en
yüksek frekans olan 16 GHz
frekansında elde edilmektedir.
RKA değeri hesaplanacak olan
saçıcının malzeme özelliği, yazılım kütüphanesinden seçilebilmektedir. Yukarıda mükemmel
elektrik iletken olarak tanımlanan saçıcılar, dielektrik olarak da
Şekil 2: Üçgensel üçyüzlü köşe yansıtıcısının x ekseni ile yaptığı açı (φ açısı)
ve z ekseni ile yaptığı açı (θ açısı).
değerinin düşük olması hedeflenmekte ve RKA azaltıcı yöntemler uygulanmaktadır. FİGES’in
Elektromanyetik Tasarım ve
Analizler Ekibi, bilgi birikimi ve
deneyimi ile RKA hesaplamasını
başarımı kanıtlanmış yazılımlar
kullanarak başarıyla gerçekleştirmektedir.
Şekil 3: Mükemmel elektrik iletken üçgensel üçyüzlü köşe yansıtıcısının 8-16 GHz
aralığında analitik RKA değerinin DD ve YY polarizasyon için ANSYS HFSS™ yazılım
sonuçlarıyla karşılaştırılması.
seçilebilmekte ve RKA analizi
yapılabilmektedir.
ANSYS
HFSS™ yazılımı ile hesaplanan
RKA değeri, çeşitli makalelerdeki ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve başarılı sonuçlar elde
edildiği bildirilmiştir.
Şekil 4’te, Amerikan Kara
Kuvvetleri Araştırma laboratuvarı (Army Research Laboratory / ARL) tarafından
gerçekleştirilen çalışmanın sonuçlarından bir örnek yer almaktadır [6]. Şekil 4(a)’da
görülen dielektrik pervane mo-
deli için; 10 GHz frekansında
Ɵ = 0° elevasyon açısında,
HFSS™ yazılımı kullanılarak
hesaplanan ve ölçüm sonucu
elde edilen RKA değerleri
Şekil 4(b)’de görülmektedir.
RKA, saçıcıların radar tarafından tespit edilmesi probleminde oldukça önemli rol
oynadığından, platformların
tasarım sürecinden başlamak
üzere dikkate alınmalıdır. Özellikle savunma amaçlı kullanılan
platformların
RKA
Şekil 4: (a) RKA hesaplamaları ve ölçümlerinde kullanılan pervane modeli, (b) 10 GHz
frekansında Ɵ = 0° elevasyon açısında dielektrik pervanenin dikey-dikey polarizasyon
RKA değeri (açık mavi: HFSS; kırmızı: ölçüm sonucu), Yatay-yatay polarizasyon RKA
değeri; (açık yeşil: HFSS, turuncu: ölçüm sonucu)
Kaynaklar:
[1] Balanis, C. A., Antenna
Theory, Analysis and Design,
Harper & Row, New York,
1982.
[2] Ekelman, E. and Thiele, G.,
A hybrid technique for
combining the moment
method treatment of wire
antennas with the GTD for
curved surfaces, IEEE Trans.
Anten. Propag. AP-28: 831,
1980.
[3] Kim, T. J. and Thiele, G., A
hybrid diffraction technique
general theory and
applications, IEEE Trans.
Anten. Propag. AP-30:
888–898, 1982.
[4] Ramahi, Omar M. and Mittra,
R. , Finite-element analysis of
dielectric scatterers using the
absorbing boundary condition,
Magnetics, IEEE Transactions
on Volume: 25 , Issue: 4,
Page(s): 3043 – 3045, 1989.
[5] Jian-Ming Jin, Finite element
analysis of antennas and
phased arrays in the time
domain, Electromagnetics in
Advanced Applications
(ICEAA), 2012 International
Conference on, Page(s): 139,
2012.
[6] William A. Spurgeon, Robert
B. Bossoli, Nicholas Hirth and
Kenneth Ferreira, RCS
Predictions From a Method of
Moments and a Finite-Element
Code for Several Targets,
Army Research Lab,
ARL-TR-5234 July
2010.
ARGE DERGİSİ 13
MAKALE
Yakıt Pilleri
Sevil Çınar İncir
FİGES Akışkanlar Dinamiği
Analizleri Mühendisi
Ali Murat Soydan
Yüksek Mühendis,
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Y
erleşmiş enerji üretim yöntemlerinin kullanımı ve geliştirilmesi ile geçen bir yüz yılın ardından,
enerji
piyasasının
talepleri
doğrultusunda, yeni teknolojiler ve alternatif çözümler üretilmeye başlanmıştır. Bu talepler; enerjinin
daha güvenilir, daha ucuz ve daha kaliteli olması ile
birlikte, daha çevreci olması yönündedir. İçten yanmalı motorların aksine, yüzde 95’e varan verimlerle
çalışabilen ve çevre dostu hidrojen enerjisini kullanan yakıt hücreleri, günümüzün en popüler çalışma
konularından biridir.
Sürekli olarak çalışabilen bir batarya sistemine benzeyen yakıt hücreleri, bataryada olduğu gibi anot ve
katottan oluşan iki elektrota ve bunları ayıran bir
elektrolite sahiptir. Bataryalarda, indirgeme ve oksitleme reaksiyonlarında kullanılan kimyasal maddeler, aynı yerde bulunmakta ve aynı anda reaksiyona
sokulmaktadır. Elektrokimyasal bir enerji çevrim
aracı olan yakıt pillerinde, reaktanlar sürekli olarak
reaksiyon bölgesine akış yolu ile beslenir. Böylelikle,
kullanılan yakıtın enerjisi, klasik bataryalardan daha
verimli bir şekilde, doğrudan elektrik enerjisine çevrilir. Yakıt hücresinin çalışma prensibi, kataliz temeline dayanır;
l Reaksiyona giren yakıtın elektron ve protonları ayrılır,
Şekil 1. Yakıt pili katı modeli.
14 www.figes.com.tr
Elektrolit iletken olmadığından (Elektrolitler iyonik
iletkendir, yakıt hücresi tipine göre oksijen iyonu ya da
hidrojen iyonlarını ileterek iyonik iletkenlik
gerçekleştirmiş olurlar), elektronlar bir elektronik
devre üzerinden akmaya zorlanır ve böylece
elektrik akımı üretilmiş olur.
Bir diğer katalitik prosesle de geri toplanan elektronlar,
protonlarla ve oksitleyici ile birleşerek atık ürünler
açığa çıkar.
Yakıt pillerinde en çok kullanılan yakıt hidrojendir.
Bunun yanında, doğalgaz gibi hidrokarbonlar ve metanol gibi alkoller de yakıt olarak kullanılabilir. Klasik
bataryalarda olduğu gibi tek kullanımlık veya şarj edilmesi gereken metal reaktanlar yerine, harici hidrojen
ya da oksijen kullanması, yakıt hücrelerinin önemli
bir artısıdır. Böylelikle yakıtla desteklendiği sürece,
yakıt hücresinden elektrik enerjisi sürekli olarak elde
edilebilir. Klasik bataryalarda ilk olarak gerçekleşen
yanma reaksiyonunun verimi, üretilen elektrik enerjisinin verimini doğrudan etkilerken, yakıt hücrelerinde doğrudan elektrik enerjisi üretildiğinden, yanma
aşamasındaki kayıplar yakıt hücreleri için önemli değildir.
Sessiz ve modüler yapıları, düşük emisyonları ve yüksek verimleri ile yakıt hücreleri, genel olarak ulaşım
sektöründe, elektriğini ve ısısını kendi üreten binalarda (combined heat & power / CHP), uzayda elektrik
ve su üretmek amacıyla ve savunma sanayisinde kullanılan sensörlere ve diğer elektronik ünitelere güç
sağlamak amacıyla kendisine kullanım alanı bulmaktadır. Bir yakıt hücresinde depolanabilen yakıt miktarı,
aynı kütledeki veya hacimdeki bir bataryanınkinden
birkaç kat daha fazla olduğundan, gelecekte yakıt hücl
Şekil 2. Elektrolit yüzeyindeki
statik sıcaklık dağılımı.
relerinin küçüleceği ve çok daha fazla alanda kullanılabileceği tahmini kolaylıkla yapılabilir.
Yakıt hücreleri, kullanılan yakıt ve çalışma sıcaklıklarına
bağlı olarak 5 türdür:
l Düşük sıcaklıkta çalışanlar: Alkaline Fuel Cell (AFC)
ve Solid Polymer Fuel Cell (SPFC)’dir.
l Orta sıcaklıkta çalışanlar: Phosphoric
Acid Fuel Cell (PAFC)’dir.
l Yüksek sıcaklıkta çalışan yakıt hücreleri ise
Molten-Carbon Fuel Cell (MCFC) ve Solid-Oxide
Fuel Cell (SOFC)‘dir. SOFC'lerde katı oksit veya
seramik elektrolit kullanılmaktadır. SOFC’ler
o
500-1000 C arası sıcaklıklarda çalışır ve 1 Watt’tan
MW’lar mertebesine kadar güç üretebilir..
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü (GYTE) Nano Teknoloji Araştırmaları Merkezi ve Kalekalıp bünyesinde,
Ali Murat Soydan’ın doktora tezi kapsamında yapılan
ortak çalışmada, GYTE tarafından tasarlanan yakıt pillerinin (SOFC) akışkanlar dinamiği analizleri, FİGES
tarafından gerçekleştirilmiştir. Bataryalar yerine geçebilecek olan askeri güç ünitelerinin tasarlanıp üretilmesini hedefleyen bu projede, yapılan modelleme
çalışmasının amacı, yakıt pilini hesaplamalı akışkanlar
dinamiği yöntemleriyle modelleyip optimizasyon çalışmalarının gerçekleştirilmesiydi. Yakıt pili malzemeleri
ve üretim yöntemleri yüksek maliyetlere sahip olduk-
Şekil 3. (a) Elektrolit yüzeyindeki elektrik potansiyeli dağılımı
larından, bilgisayar ortamında simülasyonlarının gerçekleştirilmesi maddi açıdan kar sağlamaktadır.
GYTE tarafından tasarlanan yakıt pillerinin simülasyonlarına geçilmeden önce, doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Yapılan bu çalışmada kullanılan geometri,
Şekil 1’de gösterilmektedir. Analizler, ANSYS Fluent
yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Anot ve katot elektrotlarının arasında elektrolit bulunmaktadır. SOFC modellenirken, elektrolit yüzey olarak
modellenmektedir. Yakıt olarak hidrojen kullanılmıştır. Reaksiyona giren yakıtın elektron ve protonları ayrılır ve elektrolit iletken olmadığından, elektronlar
akım toplayıcılarda toplanarak elektronik bir devre üzerinden akmaya zorlanır. Böylece elektrik akımı üretilmiş olur.
Fluent’te yapılan simülasyonun sonuçları, Şekil 2 ve
Şekil 3’te görülmektedir.
Yakıt pillerinde, akım yoğunluğu artarken elektrik potansiyelinin de artması gerekir. Yapılan analizde, bunun
doğrulandığını görülebilmektedir. Elektrolit yüzeyi üzerindeki akım yoğunluğu, elektrik potansiyeli ve sıcaklık
dağılımlarına bakıldığında, akım yoğunluğu ve elektrik
potansiyeli girişten çıkışa doğru azalırken, sıcaklık artış
göstermektedir. Yüksek sıcaklık ve düşük akım yoğunluğundan dolayı optimum bir tasarım için buradaki
yakıt pilinin boyunun kısaltılması gerekir.
(b) Elektrolit yüzeyindeki akım yoğunluğu dağılımı.
ARGE DERGİSİ 15
MAKALE
ANSYS 14.5 Sürümü
Yenilikleri –
Yapısal Mekanik
Ercenk Aktay
FİGES İzmir Bölgesi
Yapısal Analizler Yöneticisi
Değerli okuyucularımız,
Bu yazımızda, ANSYS’in 2012 sonbaharında piyasaya sürülen en güncel versiyonu 14.5’in içerdiği yapısal mekanik
tarafındaki güncellemeler hakkında sizleri bilgilendirmeyi
amaçladık. Bu güncellemeler arasından öne çıkanları derledik.
1. Büyük ve Karmaşık Modellerin
Analizlerindeki Yenilikler
Sonlu elemanlar dünyasında birçok kullanıcı için büyük
ve karmaşık modeller üzerinde analizler yapmak artık standart hale gelmiştir. Bu nedenle; geometriden, sonuçların
alınmasına kadar olan aşamalarda yapılan işlemler için
harcanan zamanın azaltılması ve kullanılabilirliğin arttırılması oldukça önemlidir.
Şekil 1. Designmodeler Import detay seçenekleri.
neği kullanıcının hizmetine sunulmuştur (Şekil 3). Böylelikle, birbirine yakın bölgelerdeki unsurlar, analizci tarafında rahatlıkla ayırt edilebilmektedir.
a. Geometri İmport İşlemlerinde Hızlanma:
ANSYS 14.5’te gelen “Workbench Geometry Type” import seçeneği sayesinde, büyük modellerin analiz ortamına
alınması ve çözüm ağının oluşturulması işlemleri, 10 kata
kadar hızlandırılmıştır (Şekil 1).
b. Kontak Bağlantı Matrisi
ANSYS 14.5’te gelen “Connection Matrix” özelliği sayesinde, montajı oluşturan alt parçaların birbirleri ile
yapmış olduğu kontak durumları daha net şekilde anlaşılabilmektedir (Şekil 2).
c. Model Kurulumu–Filtreleme ve Görsel
İpuçları
Modelin okunabilirliğini arttırmak için; yüklemeler, sınır
koşulları gibi seçeneklerde, rassal renklendirme alt seçe-
Şekil 2. ANSYS WB Bağlantı Matrisi.
16 www.figes.com.tr
Şekil 3. Filtre ve
renk kodu
seçenekleri.
e. Otomatik Submodeling
Bilindiği üzere submodeling tekniği, büyük modellerin belirli bir kısmının daha detaylı incelenmesi gerektiği durumlarda, çözüm süresinden büyük ölçüde tasarruf
edilmesini sağlayabilen, oldukça verimli bir analiz metodu
olarak öne çıkmaktadır. 14.0 sürümüne kadar ANSYS
WB’de makrolar aracılığı ile faydalanılabilen bu yöntem,
14.5 sürümünde, artık tamamen otomatik kurulum kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir (Şekil 5).
f. HPC ve GPU Gelişmeleri
Şekil 4. Obje Jeneratörü.
d. Obje Jeneratörü
ANSYS 14.5 sürümü ile birlikte gelen Obje Jeneratörü sayesinde; sınır koşulları, sonlu elemanlar ağı, temas ve geometri
dalındaki herhangi tür bir öğe, analiz modeli kurulumunu basitleştirmek amacıyla “named selection”lar üzerinden çoğaltma işlemine tabi tutulabilmektedir (Şekil 4).
Çözücü olarak Sparse Solver tercih edilmesi durumunda, analiz zamanını azaltmak için birden fazla
GPU’dan faydalanabilmek, ANSYS 14.5’te artık
mümkün hale getirilmiştir. Şekil 6’daki grafikte, sarı
kutucuk içerisinde özellikleri verilmiş olan 2 GPU’lu
Linux iş istasyonunda kontur dağılımı verilmiş olan
türbin modelinin ANSYS 14.5 üzerinde koşulması ile
elde edilmiştir. Test cihazı üzerinde 8 adet CPU ve
Distributed ANSYS çözücüsü ile sırasıyla 0, 1 ve 2
GPU destekli çözümler gerçekleştirilmiştir. Dikkat çekicidir ki; 1 ve 2 GPU kullanımının çözüm süresine
yaptığı ilave katkı, her üç çözümde de kullanılan 8
CPU’nun yaptığı ana işten hiç de aşağı kalmamaktadır
(Şekil 6).
g. Sonuç Dosyalarının Boyutunda Azalma
ANSYS 14.5’te, asal gerilmelerin hesaplanıp sonuç
dosyaları içerisinde depolanmasından ziyade, söz konusu gerilmelerin talep anında hesaplanmaları metodu
benimsendiği için, özellikle dinamik analizlerin sabit
disk ihtiyacı, yaklaşık yüzde 50 oranında azalmıştır
(Tablo 1).
Şekil 5. Submodeling
Proje Şematik
Penceresi.
ARGE DERGİSİ 17
MAKALE
ları yaratabilmekte, böylelikle katı parçanın bir nevi birebir eşleniğini yaratmış olmaktadır (Şekil 7). Eğim, katman sayılarında azalma ve bunun gibi kompozit
kalınlığını değiştirecek olan, modellemesi zorlu etmenler
de bilahare bu modelleme tekniğinde kolaylıkla modele
dâhil edilebilmektedir.
Bunun haricinde kompozitlerden ve izotropik malzemelerden oluşan parçalar, ayrıca tek bir modelin içerisinde
birbirlerine entegre de edilebilinmektedirler (Şekil 8).
Şekil 8. Kompozit ve
isotropik parçaların
montajı.
Şekil 6 Çift GPU ile performans artışı.
Tablo 1 Modal ve harmonik analizlerde sonuç dosyaları
büyüklüğündeki değişim.
h. Daha Hızlı Sonuç Görüntüleme
Çok sayıda parça ve eleman sayısı içeren modellerin post
processing hızı yüzde 40 arttırılabildiğinden dolayı, “result
set” tabanlı animasyonları oluşturmak, eski sürümlere kıyasla oldukça az zaman almaktadır.
2. 3 Boyutlu Kompozitlerin
Modellenmesi
Kalın kesitli yapılarda, kabuk teorisinin temel varsayımları,
temel geçerliliklerini ciddi derecede yitirmektedir. Bu yüzden, bu türden kompozit yapıları incelerken de tabakalı
kabuk teorisinin kullanılmasında ısrar etmek, analiz sonuçlarında önemli hatalaŞekil 7. Katı
rın ortaya çıkmasına yol
kompozit basınçlı
açabilmektedir. Dolayıkap.
sıyla bu nitelikteki yapıları, kabuk elemanlardan
ziyade, 3 boyutlu elemanlar kullanarak modellemek ciddi bir gereksinim
olarak öne çıkmaktadır.
ANSYS 14.5 sürümünün
çıkışı ile ANSYS Composite Prepost (ACP) modülünün kompozit katı model yaratma yeteneği de bir basamak daha ileriye taşınmıştır.
Şöyle ki; ACP, eldeki kabuk sonlu elemanlar ağını ve
kompozit katman tanımlamalarını esas alarak katı eleman18 www.figes.com.tr
3. WB Mechanical’ın
Özelleştirilmesi
ANSYS’in, çok çeşitli sektörlerde ARGE yapan işletmelerin oldukça geniş bir spektruma yayılabilen ihtiyaçlarını,
yıllardır başarıyla karşılayabiliyor oluşunun altında yatan
en önemli neden, ileri düzey bir "low-end" programdan
beklenenleri, kurulduğu günden bu yana neredeyse “eksiksiz” yerine getirebilmiş olmasıdır. Ancak, bazen uygulama
spektrumunun ucundaki niş bir problem bile, sık tekrarlanmak durumunda kalındığı zaman, artık hızla çözüm almak
için bir metot geliştirmenin daha ideal hale geldiği bir uygulama alanına pekâlâ dönüşebilmektedir. Bu nedenle
müşterilerinin ihtiyaçlarını her zaman karşılayabileceği iddiasında olan “low-end” bir benzetim programının, gerektiğinde standart yeteneklerin ötesinde kullanılabilir ilave
yetenekler oluşturmaya olanak sağlayarak, tabiri caizse
“high end” bir programa hızlıca dönüşebilmesi beklenir.
“High end” uygulamalar oluşturma yönünde ANSYS ailesi içerisindeki programlardan en öne çıkanı; birçok firmanın kendi proseslerini kodlamak -yeni bir yük veya sınır
koşulu yaratabilmek gibi- için uzun zamandır halihazırda
doğal bir metot olarak kullanmakta olduğu ANSYS’in
APDL dilidir. ANSYS Workbench platformu tabanlı
Mechanical arayüzü ise tıpkı APDL gibi, bu türden yerel
prosesleri oluşturmaya epeydir imkan vermekteydi. Buna
rağmen, uzman olmayan geliştiricilerin de ANSYS komutlarını rahatlıkla kullanabilmesine olanak sağlayabilecek kadar kullanıcı dostu bir ortam sunamıyordu. Bu
nedenle, Mechanical arayüzü, özelleştirilmiş uygulamalar
söz konusu olduğunda, APDL’in esnekliğinin gerisinde bir
araç olarak bilinegelmiştir. Sonuç olarak, çalışma alanla-
rının çok geniş olması yüzünden analiz ortamı olarak
MAPDL ve WB’in her ikisinin birden kullanıldığı işletmelerde, uzman seviyedeki bilgiye erişim verimli olarak
gerçekleştirilemeyebilir.
İşte tam da bu noktada, ANSYS 14.5 ile birlikte,
ANSYS Customization Toolkit (ACT) bu açığı kapatmak adına geliştirilmiş olan bir araç olarak devreye girmektedir (Şekil 9).
Şekil 10. Eliptik Çatlak Sonlu Elemanlar Ağı.
Şekil 9. ACT modül oluşturma dilleri: Python ve XML.
ANSYS, ACT’nin devreye girişi vesilesi ile müşterilerinin
kendi uzantılarını ekleyebileceği ve paylaşabileceği özel bir
forum görevi görmesi beklenen ACT genişletmeleri kütüphanesini de devreye sokmayı planlamaktadır. Hatta geleceğin ACT tabanlı genişletme kütüphanesinin
temelinin, şu an halihazırda aşağıdaki uygulamaların
ANSYS Customer Portal’dan indirilebilir olması ile çoktan atılmış olduğunu da söylemek yanlış olmaz:
l Akustik
l SE Bilgi
l Morphing
l Gelişmiş Post Proses
l Beam Elemanlar İçin Post Process
l WB ANSYS LS-Dyna
parametrelerin tanımlanabilmesi sayesinde basit bir şekilde geometriye yerleştirilebilir. Akabinde, çatlak bölgesindeki tüm ağ örme işlemleri ANSYS tarafından
otomatik olarak gerçekleştirilmektedir (Şekil 10).
Hem toplam hesaplama zamanını azaltabilmek hem de
yoğun bir sonlu elemanlar ağı sayesinde analizi daha doğru
şekilde gerçekleştirebilmek, çatlağın Submodel içerisinde
de modellenebilmesi sayesinde mümkün olabilmektedir
(Şekil 11).
4. Kırılma Mekaniği
Günümüzün yeni regülasyonlarının, yapısal analizlerde
basit gerilme anlayışının ötesine geçilmesini gerektirmesi,
üretim prosesleri ve yorulma ömrü esnasında oluşan çatlakların benzetim sonuçlarına olan etkilerinin de incelenmesini sıklıkla zorunlu kılmaktadır. Bir çatlağın, ürünün
zamanından önce kırılmasına sebep olup olmayacağını veya
bunun nasıl bir mekanizma ile gerçekleşeceğini tespit edememek, regülasyon kurumları tarafından reddedilmeye,
hatta daha uç örneklerde, problemlerin kanuni mercilere
kadar aksetmesine yol açmaktadır.
Bu bağlamda, ANSYS 14.5’in sunduğu kullanıcı dostu yeni
çatlak modelleme yetenekleri; Stress Intensity Factor,
Energy Release Rate ve J-Integral gibi önemli çatlak karakteristiklerinin hesaplanabilmesini mümkün kılmaktadır.
Eliptik Çatlaklar, merkez ve çatlak şeklinin boyutları gibi
Şekil 11. Çatlak
Modelleme ve
Submodeling.
5. Yapısal Analizlerde
Harici Verilerin Aktarımı
Birçok işletme için “multifizik analiz” kavramı, bir fizik ortamındaki verilerin bir başka fizik ortamına nokta bulut
koordinatları ve değerlerini içeren text dosyaları aracılığı
ile aktarıldığı zorlu bir işlemler serisini çağrıştırmaktadır.
Böylesi çalışmalarda, söz konusu veriyi verimli şekilde güncel sonlu elemanlar ağı üzerine aktarma işleminin doğruluk
derecesindeki belirsizlik ve prosedürel aşamalardaki emek
ARGE DERGİSİ 19
MAKALE
ANSYS 14.5’te, veri aktarma interpolasyonu için Kriging
ağırlıklı hesaplama çözümü kullanılabilmekte ve bu mevzubahis çözücüyü hızlandırmak amacıyla da çoklu çekirdek
desteğinden faydalanılabilmektedir. Görece büyük elemanların ve 8 çekirdeğin kullanıldığı durumlarda, 6-7 kata
kadar hızlanma elde edilmiştir (Tablo 2).
6. Kontak Modellerinin Kontrolü
Şekil 12. Bir pala üzerinde yüksek gradyanlı basınç konturu.
yoğunluğu, büyük motivasyon kayıplarına neden olabilmektedir. Özellikle, eğer söz konusu veri aktarma işlemi
yeterince hassas şekilde gerçekleştirilemezse, verilerin aktarılmış olduğu fizik ortamındaki nihai sonuçların doğruluğu, özellikle orijinal veride keskin gradyanların var
olduğu çalışmalarda bir hayli sorgulanabilir bir hale gelebilmektedir. Böylesi zorlu özgün veri türüne bir örnek olarak, türbin palalarının etrafındaki kenarlar üzerindeki
basınç gradyanları gösterilebilir.
ANSYS 14.5, çoklu çekirdekle hesaplama yeteneklerinin
veri taşıma ve transfer işlemlerinde kullanılabilmesine olanak vermektedir. Bu sayede, 6 ya da 7 civarında hızlanma
faktörlerinin yakalanabildiği bir verimlilik artışı sağlamaktadır (Şekil 12). Ek olarak, kuvvet ve deplasmanlar gibi
daha üst seviye türden verilerin aktarılabilmesi de mümkün hale getirilmiştir.
Tablo 2. Kriging Algoritması’nın hesaplama hızına etkileri
20 www.figes.com.tr
Günümüzde, yapısal mekanik alanında çalışan mühendis
meslektaşlarımızın, büyük montajların analizlerinde yaptıkları incelemelerin detay ve komplekslik derinlikleri,
diğer fizik dallarına nazaran yapısal mekanik SEA
teknolojilerinin ne kadar güvene şayan bir olgunluk
düzeyine eriştiğinin ispatıdır. Dolayısı ile böylesine bir güvenilirliğin getirdiği yükümlülüğün bir sonucu olarak; mekanizmalarda var olabilecek eklemler arası açıklıkların
veya kompleks kontak etkileşimlerinin kontak sonuçlarına, zamana veya koordinatlara bağlı modellenmesi gibi
mühendislik sektörünün ihtiyaçlarını karşılayabilecek türden uç yetenekler de ANSYS 14.5 sürümü ile analiz ortamına eklenmişlerdir.
Kontak özellikleri, kullanıcı tarafından programlanabilir
fonksiyonlar veya tabular giriş değişkenleri şeklinde;
zaman, sıcaklık basınç vb. değerlerin birine veya birkaçına
bağlı olarak tanımlanabilir (Şekil 13).
Şekil 13. Kontak Özellikleri Fonksiyonu komut satırları.
Askeri Gemi Dizel Makine
Egzoz Sistemi Tasarımı
Günümüzde yeni inşa edilmekte olan sivil ve askeri gemilerdeki
ana tahrik sistemlerinde, gemilerin boyutları ve kullanım amaçları da
dikkate alınarak, genellikle dizel makineler tercih edilmektedir.
Ana güç üretim unsuru olarak dizel makinelerin yoğunlukla
kullanılıyor olması, beraberinde dizel makinenin kendisi ve kendisine
bağlı diğer ekipmanların tasarım ve tasarım sonrası teknik
özelliklerinin önemini arttırmaktadır.
Şadi Kopuz
Genel Müdür, FİGES
Ersen Arslan
Bursa Yapısal Analizler
Yöneticisi, FİGES
Yalın Kaptan
Akışkanlar Dinamiği Yöneticisi,
FİGES
B
u kapsamda; aynı zamanda gemilerde oluşan hava doğuşumlu gürültünün ve su altı
gürültüsünün de ana kaynağı olan
dizel makinelerin, dizel makineye ve
monte edileceği gemiye uygun olarak
tasarımı yapılan egzoz sistemi ve sistem elemanlarının, dizayn edilerek
konstrüksiyonunun oluşturulması
önemli hale gelmiştir. Türkiye’de,
özellikle savaş gemilerinde kullanılmak üzere yurt dışından tedarik edilmekte olan dizel makineler için
gerekli olan egzoz sistemi ve sistem
elemanları; ya yurt dışı üretici firmasından direk paket şeklinde alınmakta ya da bu egzoz sistemleri yurt
dışı menşeli egzoz sistemi üretici firmalardan tedarik edilmektedir. Bu
nedenle savaş gemisi projelerinde
yerli katkı payının arttırılması ve halihazırda yerli savunma sanayisinin
tasarım ve imalat aşamasına erişemediği söz konusu egzoz sistemi elemanlarının, ülkemizde dizayn ve
imalatlarının yapılması ile Türk Savunma Sanayisi’ne bu anlamda bir
örnek teşkil etmesi amacıyla; bu ça-
lışma kapsamında, halihazırda yürütülmekte olan bir savaş gemisi projesi
için egzoz sistemi tasarımı gerçekleştirilmiş ve egzoz sisteminde yer alan
susturucuların imalatları yapılmıştır.
Seyir halindeki gemide yürütülen
akustik ölçümlerde, sistemin, kendisinden beklenilen akustik performansı sağladığı gözlemlenmiştir.
Gemiler, şu anda Deniz Kuvvetlerinde kullanılmaktadır.
1. Egzoz Sistemi
Geri Basınç ve Isıl
Analizleri
Tasarımı yapılan egzoz sisteminde,
egzoz çıkışının geminin borda kısmında ve deniz seviyesinde olması
dikkate alınarak, makine dairesinde
oluşacak hava doğuşumlu gürültünün
en az seviyeye düşürülmesi maksadıyla; egzoz çıkış sıcaklığının ve dolayısıyla geminin kızılötesi iz
karakteristiğinin azaltılması için sisteme konan yaş tip susturucuya ek
olarak, kuru tip bir susturucuya da ihtiyaç duyulmuştur.
Geri basınç ve ısıl analizleri yapılırken, egzoz sistemi; tek fazlı akışın gerçekleştiği dizel makine çıkışından
kuru tip susturucu çıkışına kadar olan
birinci bölüm ve çift fazlı akışın gerçekleştiği kuru tip susturucu çıkışından geminin borda çıkışına kadar
olan ikinci bölüm olarak iki ayrı kısımda incelenmiştir. Analizler sıraŞekil 1. İlk Kuru Tip Susturucu Modeli
Şekil 2. Akım Çizgileri ve Hız Konturları
ARGE DERGİSİ 21
MAKALE
sında kullanılan sınır ve ortam koşulları, makine teknik özellikleri ve geminin kullanılacağı ortam şartları
dikkate alınarak belirlenmiştir.
Tüm egzoz sistemi için yapılan geri
basınç analizleri sonucunda ortaya
çıkan ortalama geri basınç değeri,
dizel makine için üretici firmanın vermiş olduğu geri basınç kriteri ile karşılaştırılmış ve egzoz sistemi ve sistem
üstünde yer alan susturucu konstrüksiyonu ve boyutları belirlenirken, susturucunun akustik karakteristiği
yanında, söz konusu geri basınç kriter
değeri de baz alınmıştır.
Şekil 4. Akım Çizgileri ve Basınç Kaybı
a. İlk Kuru Tip Susturucu
Modeli Geri Basınç Analizi
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında ilk
olarak yansımalı (İngilizce reflective)
tipte olan ve gürültüyü sönümlemek
için içyapısında perfore tüp ve yansıma odacığı bulunan, makine dairesindeki yerleşime uyumlu bir kuru tip
susturucu modeli oluşturulmuştur.
Analiz için belirlenen ortam ve sınır
şartları ile yaş tip susturucunun bulunduğu egzoz sistemi ikinci bölümünden
elde edilen geri basınç bilgileri kullanılarak, kuru tip susturucudaki ortalama geri basınç değeri 6.370 Pa
(63,70 mbar) olarak tespit edilmiştir.
Sadece kuru tip susturucudan elde
edilmiş olan bu geri basınç değeri bile,
üretici firmanın tüm egzoz sistemi için
vermiş olduğu kıstas (30-50 mbar
arası) değeri geçmiş olup, bu susturucu
konstrüksiyonunun uygun olmadığı
değerlendirilmiş ve kuru tip susturucunun içyapısı ve boyutlarının değiştirilmesine karar verilmiştir.
b. İyileştirilen Kuru Tip
Susturucu Modeli
Geri Basınç Analizi
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında sistem üstünde kullanılacak olan kuru
tip susturucunun tasarımı (boyutları
ve içyapısı), bu çalışmanın ilerleyen
maddelerinde anlatılacak olan akustik tasarım ve makine dairesindeki
yerleşim dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Dizel makine egzoz çıkışının
boyutları da dikkate alınarak, kuru tip
susturucunun egzoz girişine gelen
devre iki farklı şekilde tasarlanmış ve
bu iki geometriden basınç kaybı en
düşük olanı, kuru tip susturucu olarak
seçilmiştir.
Yeni geometri ile yapılan basınç kaybı
analizi sonucu, ortalama geri basınç
değeri 2.300 Pa (23,00 mbar) değe-
Şekil 3. İyileştirilen Kuru Tip Susturucu Modelleri
22 www.figes.com.tr
rine indirilmiştir. Elde edilen geri basınç sonuçları dikkate alınarak, ikinci
geometrideki susturucu yapısının,
kuru tip susturucunun en son hali olarak kabul edilmesine ve egzoz sisteminde
kullanılmasına
karar
verilmiştir.
c. Yaş Tip Susturucu
Modeli Geri Basınç ve
Isıl Analizi
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında yaş
tip susturucunun yapısının belirlenmesi maksadıyla deniz suyu giriş devresi ve bir yaş tip susturucu modeli
oluşturulmuştur. Deniz suyunun egzoz
gazına karışmasını sağlayan delikli içyapı, deniz suyu ile soğutma yaparak
hava doğuşumlu gürültüyü sönümleme ve makine dairesindeki yerleşimine uyumlu yapı, yaş tip susturucu
modelinin özellikleri arasındadır.
Dizel makineden gelen devrenin boyutları da dikkate alınarak, yaş tip susturucu için deniz suyu giriş devreleri
tek ve çift olmak üzere ve su girişi dik
ve 45° açılı olmak üzere dört farklı tip
yapı oluşturulmuştur. Bu susturucular
için geri basınç analizi ile geminin
borda çıkışındaki egzoz gazı ile deniz
suyu karışımının çıkış sıcaklığının belirlendiği ısıl analizler yapılmıştır.
Analiz için belirlenen ortam ve sınır
şartları kullanılarak yaş tip susturucunun dört farklı konfigürasyonu için
yapılan geri basınç ve ısıl analizleri sonucunda elde edilen değerler, Tablo
1’de verilmiştir. Analiz edilen dört
farklı yapıdaki yaş tip susturucu modelinden, en düşük borda çıkış sıcaklığını veren çift girişli ve deniz suyu
akışının yüzeye dik olarak geldiği konfigürasyon, egzoz sisteminde kullanılmak üzere seçilmiştir.
Tablo 1’de de görüldüğü gibi; kuru tip
susturucu ile yaş tip susturucunun
oluşturduğu ve dizel makine çıkışından geminin borda çıkışına kadar
olan tüm egzoz sisteminin tamamını
kapsayan analizler sonucunda, toplam
geri basınç değeri, dizel makine için
verilen sınır değerlerin içinde kalmıştır. Böylece, bu egzoz sisteminin, geri
basınç açısından dizel makineye
uygun olduğuna karar verilmiştir.
2. Egzoz Sistemi
Akustik Tasarımı
Susturucular, bilindiği gibi, dizel makine egzoz gürültüsü, fan gürültüsü ve
gaz akışının olduğu diğer gürültü kaynaklarından dolayı oluşan gürültünün
azaltılması için kullanılan gürültü
kontrol elemanlarıdır. Susturucular;
akustik enerjiyi yansıtma , yutma
veya bu ikisinin kombine etkisi ile
azaltan pasif tip susturucular ve aktif
Resim 1
tip susturucular olmak üzere ikiye ayrılırlar. Bu çalışmadaki egzoz sisteminde yer alan kuru tip susturucu,
çalışma prensibi itibariyle pasif tipte
olan bir susturucudur.
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında, sistem üstünde kullanılacak olan kuru tip
susturucunun tasarımının yapılması
maksadıyla; içyapısında perfore boru
bulunan, yansıtmalı özelliği de olan
ancak esasen sönümlemeyi, perfore borunun etrafına sarılı yalıtım malzemesi
(taş yünü) sayesinde oluşan yutma
özelliği ile sağlayan ve makine dairesindeki yerleşime uyumlu bir kuru tip
susturucu modeli oluşturulmuştur.
Şekil 5. Yaş Tip Susturucu Modelleri
Tablo 1: Kuru ve Yaş Tip Susturucu Geri Basınç Analizi Özeti
Egzoz Sistemi
Geri Basınç
Dizel Makine Geri Basınç
Elemanları
(mbar)
Kriteri (mbar)
Kuru Tip Susturucu
23
30-50
Yaş Tip Susturucu
22
Toplam
45
Tablo 2: Kuru Tip Susturucu
Akustik Analizi
TSBS (dBA) - Verilen 130,30
TSBS (dBA) - Azaltılan 99,60
Gürültü Azaltımı (dBA) 30,70
Yutma özellikli susturucular, dikdörtgen kesitli veya dairesel kesitli olarak
tasarlanabilmektedir. Kuru tip susturucunun, dairesel kesitli olmasına
karar verilmiştir.
Dizel makine için, üretici firma tarafından oluşacak gürültü karakteristiği verilmiştir Kuru tip
susturucuya uygulanan tasarım metodolojisi kapsamında; Toplam Ses
Basınç Seviyesi (TSBS) değerleri
hesaplanmış ve kuru tip susturucuda oluşacak gürültü azaltımı miktarı bulunmuştur.
Tablo 2’de verilen gürültü azaltımı,
sadece kuru tip susturucu kullanılarak
elde edileceği öngörülen sönümleme
miktarıdır ve bir egzoz sistemi için yeterli seviyededir. Bununla birlikte,
egzoz sisteminde, en yüksek sönümleme sağlayan kuru tip susturucuya ek
olarak, egzoz sisteminin geri kalan
devresi ve bir diğer susturucu olan yaş
tip susturucunun da sönümlemeye
katkıda bulunacağı değerlendirilmiştir. Çalışma, ayrıca, yapılan son akustik kongresinde de sunulmuştur
(Resim 1).
ARGE DERGİSİ 23
MAKALE
Karmaşık Endüstriyel
Denetim Stratejilerinin
Tasarımı ve PLC’lere
Uygulanması
Şekil 1.
Bir haddeleme
sürecinin
şeması
Hamza Dere
FİGES MATLAB Uygulama
Mühendisliği Yöneticisi
Ahmet Demirkesen
FİGES MATLAB Uygulama
ve Proje Mühendisi
P
rogramlanabilir Mantıksal Denetleyici (Programmable Logic
Controller / PLC)’ler, tek girişçıkışlı basit kontrol döngülerinden, birden fazla kademeye sahip ve karmaşık
gözetimsel algoritmaların yer aldığı
kontrol problemlerine kadar, geniş bir
aralıkta kullanılmaktadır. Sadece tek bir
PID döngüsünün olduğu problemlerdeki gibi, mühendisler, PID denetleyiciyi makine çalışırken gerçekleştirmekte
ve kazanç değerlerini ayarlamaktadırlar.
Daha karmaşık kontrol problemlerinde
ise denetim stratejilerinin PLC’ler üzerinde kodlanması ve doğrulanması daha
zorlu hale gelmektedir. Tasarımcılar, birden fazla denetleyiciye ait parametrelerin
değerlerini belirlemek ve denetim algoritmalarının her bir parçasının istenildiği
gibi çalıştığından emin olmak zorundadırlar. Karmaşık denetleyicilerin, bir donanım prototipi ya da gerçek bir proses
üzerinde ayarlanması, sadece zaman tüketmekle kalmaz; aynı zamanda ekipmana zarar verme riskine de sahiptir.
Bu problemlerin çözümü, tasarımları
simülasyonlarla gerçekleştirmek ve
karmaşık denetim stratejilerini bir
model içerisinde doğrulamaktır. Üzerinde çalışılan bu model, IEC 61131
ST program satırlarına otomatik olarak dönüştürülerek PLC’lere uygulanabilir. Bu makalede sözü geçen
yaklaşım, bir çelik haddeleme sistemi
ile örneklenecektir.
24 www.figes.com.tr
Çelik Haddeleme
Sistemi: Denetim
Sisteminin Amaçları
Bir çelik haddeleme hattı, külçe çelikten
üniform kalınlıkta sac üretmek için kurulur. Genel olarak hat, birden fazla merdaneleme aşamasından oluşmaktadır.
Her bir aşamada, çelik daha da yassılaştırılarak bir diğerine gönderilmektedir
(Şekil 1). Bu haddeleme aşamaları
devam ederken, merdaneler sac üzerindeki basıncı korumalıdır, yırtılma ve gevşemelere izin vermemelidir. Bu çok
aşamalı süreci simüle edebilmek için,
önce tek bir merdaneyi modellemeli ve
denetlemeliyiz. Daha genel bir yapılanmayı, bu daha basit yapıları birbirine bağlayarak çözümleyebiliriz.
Bu sade merdanemizin denetim sistemi, aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:
l Son merdaneden çıkan çeliğin
kalınlığı 8 mm±0,1 mm olmalıdır,
olmalıdır,
l Her bir merdanedeki malzeme
üzerindeki gerilme, 100 saniye
sonunda, 1,75x105 N/m2
olmalıdır ve
l Sensör ve eyleyicilerdeki hataları
algılayabilmeli ve her birini
hatadan kurtarabilmeli ya da
güvenli bir şekilde kapatabilmelidir.
Sistem Modelinin
Oluşturulması
Denetleyicimizi geliştirmek ve test
edebilmek için, öncelikle hadde hattının Simulink modelini geliştirmemiz gerekir. Süreci iki basamakta
modelleriz; öncelikle her bir haddeleme aşamasını ve daha sonra aralarındaki sarıcıyı bağımsız olarak
modelleriz. Haddeleme aşamasında,
merdanelerdeki çelik şeridini sıkıştıran kuvveti oluşturmak için hidrolik
bir eyleyici kullanılır.
Bir motor sürücüsü tarafından oluşturulan haddeleme torku, haddeleme
hızının kontrol edilmesini sağlar.
SimMechanics™, Simscape™ ve
SimHydraulics® kütüphanelerini
kullanarak haddeleme makinesinin
mekanik, elektriksel ve hidrolik elemanlarını, fiziksel denklemleri türetmek
zorunda
kalmadan
modelleyebiliriz. İlmik yapan aygıt
kısmını modellemek için SimMechanics kullanabiliriz. Üç gövdenin
eklemler vasıtasıyla bağlanacağı şekilde ilmik yapan aygıt ve çelik şeritleri
modelleyebiliriz.
Daha
sonrasında haddeleme makinesi ve
ilmik yapan aygıt modellerini birleştirerek aşağıdaki Simulink sistem şemasını elde ederiz (Şekil 2).
Şekil 2. Haddeleme makinesi ve
ilmik yapma aygıtını gösteren
Simulink Modeli (theta: ilmik açısı).
Kontrolcü Tasarımı
ve Doğrulama
Sonraki adım, denetleyicileri tasarlamak için sistem modeli kullanmaktır.
Şekil 3’te, çok aşamalı tipik bir haddeleme sistemi süreci kontrol sisteminin
çoklu döngü mimarisi görülmektedir.
Kontrol sistemi aşağıdaki eyleyicilerden oluşur:
AGR: Hidrolik valfin açıklığını kontrol eder, haddeleme sıkıştırma kuvvetini oluşturarak şerit kalınlığının
ayarlanmasını sağlar.
ASR: Doğru akım motoruna uygulanacak gerilimi belirler, haddeleme torkunu bu vesile ile oluştururken şerit
hızını kontrol eder.
LHC: Haddeleme makinesinin referans açısal hızını istenilen malzeme gerilimini sağlayacak şekilde
manipüle eder (Gerilme değeri istenilenden yüksek ise gerilmeyi
düşürecek şekilde fazladan malzeme sağlamak amacıyla daha yüksek bir referans açısal hız belirlenir.
Gerilme değeri istenilenden düşük
ise gevşekliği giderebilmek amacıyla daha düşük bir referans açısal
hız belirlenir).
CRCC: İlmik yapma aygıtı motoruna
gidecek akımı manipüle ederek ilmik
aygıtındaki istenilen malzeme gerilimini sağlar.
Tüm döngülerin tümleşik olduğu
unutulmamalıdır. Örneğin, AGR
eyleyici tarafından kontrol edilen
hidrolik valf, sadece şerit kalınlığını
değil ama aynı zamanda şerit hızını
da etkiler. LHC ve ASR eyleyicileri,
gerekli gerginliği ve şerit hızını korumak için birlikte çalışır.
Biz eyleyici tasarımını, ilk planda
tek bir haddeleme çalışmasının
kontrolü için yapacağız. Öncelikle
Şekil 3. Çoklu döngü kontrol mimarisi (theta: ilmik açısı, sigma: levha gerilimi, omega: levha hızı)
Şekil 4. PID Eyleyici Ayar Paneli.
Kaydırıcıyı kullanarak eyleyici
dizaynına yönelik hassas ayar
yapılabilir.
Simulink Control Design™ kullanarak doğrusal olmayan modeli doğrusallaştıracağız. Daha sonra, yine
Simulink Control Design™ ürününde mevcut olan PID tasarım
araçları kullanılarak eyleyici parametrelerini ayarlayacağız. Şekil 4’te
verilen ayarlama arayüzü ile PID
kontrolcü parametrelerini, istenilen
sistem yanıtı kriterlerine yönelik
otomatik olarak hesaplayabiliriz.
Simulink Design Optimization™
ile kontrolcü katsayılarının hassas
ayarlarını yaparak doğrusal olmayan
çalışma bölgeleri için de sistem performansının artırılmasını sağlayabiliriz. Etraflı tasarımı, doğrusal
olmayan sistem ile yapılan simülasyonlar sonucunda doğrulayabiliriz.
Bu süreçte, sistem modelinin iki ana
amaca hizmet ettiğini unutmamak
gerekir:
l Simulink Control Design™
aracılığıyla oluşturulan
doğrusallaştırılmış sistem modeli
eyleyici parametrelerinin
ayarlanması
l Tüm doğrusal olmayan sistem
modeli kullanılarak eyleyicinin
kapalı çevrim performansı
ile parametrelerinin
doğrulanması
ARGE DERGİSİ 25
MAKALE
Çok Aşamalı Çelik
Haddeleme Prosesinin
Modelleme ve
Simülasyonu
Çok aşamalı haddeleme sürecini modellemek amacıyla özel kütüphane
bloklarını oluşturmak suretiyle haddeleme makinesi ve ilmik aygıtı alt sistemlerini entegre edebiliriz (Şekil 5).
“Kütlenin korunumu” ve “farklı istasyonlar arasındaki taşıma gecikmeleri”
gibi, süreç dâhilinde olan farklı durumları modellemek amacıyla ek alt
sistemler kullanılmıştır. Şekil 6’da,
çok aşamalı sistem içerisinde bulunan
3 ana aşamaya ait süreç değişkenleri
görülebilir. İstenilen özelliklerde katman kalınlığını üretebilmek için her
aşamaya ait kalınlık referans değerleri
elde edilmiştir. Katman gerilimlerindeki gürültüler etkili bir şekilde giderilmiştir.
Arıza Tespit Mantığı Tasarım ve Doğrulama
Geri beslemeli eyleyicilere ek olarak
süreç eyleyicileri; üst denetleyici,
hata algılama ve hata kurtarma mantığını içermek zorundadırlar. Örneğin, sistemde bulunan tüm
sensörlerin ve valflerin durumu izlenmelidir. Bizim odak noktamız,
hidrolik valf için doğru eylemi sergilemek, hata algılamak ve hata kurtarmak
üzerine
olacaktır.
Algoritmamız çok aşamalı süreç içerisinde özellikle genel kalınlık
azaltma hedefini her bir aşamanın
Şekil 6. Proses değişkenleri için benzetim sonuçları: (a) Kalınlık azaltma hedefi üçüncü
aşama çıkışında elde edilmiştir. (b) Kalınlık azaltma hedefi üç aşama için eşit olarak
dağıtılmıştır. (c) Katman gerilim bozuklukları etkili bir şekilde giderilmiştir.
26 www.figes.com.tr
Şekil 5. Çoklu çelik haddeleme makineleri ve
ara ilmik aygıtlarından oluşan Entegre
Simulink Modeli.
kendi kalınlık referans değerine dönüştürecek şekilde dağıtım yapacaktır.
Herhangi bir aşamanın hidrolik sıkıştırma görevi başarısız olduğunda,
algoritma, diğer aşamaların bunu telafi edip edemeyeceğini kontrol edecektir. Eğer bunu başarabiliyorlarsa
toplam kalınlık azaltma hedefini tutturacak şekilde çalışan aşamalar için
referans değerleri yeniden hesaplanacaktır.
Bu mantığı gerçekleştirmek amacıyla
Stateflow™ kullanılmaktadır. Bu algoritmanın, genel bir gösterim olması amacıyla gerçek sürece kıyasla
basitleştirildiği unutulmamalıdır;
çünkü başarısız olan aşamanın herhangi bir sıkıştırma yapmadığı; fakat
malzemenin geçmesine izin verdiği
kabulü yapılmıştır.
Gerçek düzeneğin kurulumunda çok
daha karmaşık ve kapsamlı bir algoritmanın gerektiği aşikârdır.
Yapay olarak sistemde hata oluşturmak suretiyle Simulink modelimizde
bu algoritmanın testini gerçekleştirebiliriz. Şekil 8’de, hataya dayanım
algoritmasının benzetim sonuçları
gösterilmektedir. Herhangi bir aşama
başarısız olduğunda, üst denetleyici
yükün dağıtılabilir olup olmadığına
karar verir. Yapabiliyorsa diğer aşamaların sağlıklı bir şekilde referans
değerler ile güncellenmesini sağlar.
Eğer bunu gerçekleştiremiyorsa sacın
hareketini durduracak şekilde sürece
müdahale eder ve hattı durdurur.
link PLC Coder™, özgün benzetim
sonuçları ile test gerçekleme sonuçlarını karşılaştırabileceğimiz bir test
düzeneği üretir.
Eğer PLC yazılım ve donanımının
bir arada, tümleşik bir şekilde gerçeklenmesini, donanım içeren test
ortamı yardımıyla istersek, sistem
modelimizi Simulink Coder™ kullanarak C koduna çevirebilir ve gerçek zamanlı simülatör üzerinde
(örneğin xPC Target™) modeli koşarak PLC kontrol algoritmasını
doğrulayabiliriz.
Kullanılan ürünler:
Simulink®
l SimHydraulics®
l SimMechanics™
l Simscape™
l Simulink Control Design™
l Simulink Design Optimization™
l Simulink PLC Coder™
l Stateflow™
Bu yazı, MathWorks News&Notes
dergisindeki, yazarları Parasar Kodati
(MathWorks), Tom Erkkinen
(MathWorks) and Arkadiy Turevskiy
(MathWorks) olan Design and PLC
Implementation of Complex Industrial Control Strategies isimli makaleden Türkçe’ye çevrilmiştir.
l
Şekil 7. Stateflow™ ile oluşturulmuş hataya dayanıklı
referans değer dağılımı.
Eyleyicinin bir PLC
üzerinde Gerçeklenmesi
PLC’ler için IEC 61131 uyumlu
“structured text” yapısında otomatik
kod üretebilmek için Simulink PLC
Coder™ ürününü kullanmaktayız.
Bu taşınabilir ve yapılandırılmış
metni, IDE içerisine aktararak,
hedef PLC donanımında kullanabilmekteyiz. Şekil 9’da IEC 61131 için
yapılandırılmış kod metnini gör-
mekteyiz. Üretilen “structured text”
kod yapısının çok iyi yorumlandığını
ve kolaylıkla model ile ilişkilendirme suretiyle izlenebildiğini göz
önünde bulundurmak gerekir.
Otomatik kod üretimi, manuel kodlamadan gelen hataları yok eder ve
nihai yapılandırılmış kod metninin
PLC üzerinde benzetim sonuçları ile
çok yakın değerler veren numerik
sonuçlara ulaşılmasını sağlar. Simu-
Şekil 8. Herhangi bir aşamanın başarısız olma durumunda sistemin kurtarılmasına ilişkin benzetim sonuçları: Aşama 1 başarısız olunca Aşama 2 ve 3 ile telafi edilir. Aşama
2 başarısız olduğunda, sadece Aşama 3’ün gerçeklenmesi ile toplam kalınlık azaltma
hedefi tutturulamadığından hat durdurulur.
Şekil 9. Simulink PLC Coder™ kullanılarak
oluşturulan IEC 61131'e göre yapılandırılmış
metin. Stateflow™ şemasına referanslanan yorumlar mavi renkte görülmektedir.
YAKLAŞAN ETKİNLİKLER
IDEF Fuarı
Güçlü Marka için
Güçlü Ar-Ge,
19 Nisan'da İstanbul'da
Bu yıl "Güçlü Marka için
Güçlü Ar-Ge" sloganıyla
düzenlediğimiz FİGES
17. Bilgisayar Destekli
Mühendislik Konferansı'nı,
İstanbul The Green Park
Pendik Hotel'de
gerçekleştiriyoruz.
FİGES konuşmacıları
haricinde 40'ı aşkın değerli
konuşmacının ve panelistin
katılacağı etkinliğimize,
her yıl olduğu gibi, bu yıl da
yüksek ilgi bekliyoruz.
Konferansımızla ilgili
detaylı bilgi www.figes.com.tr/
konferans/2013 adresinden
alınabilir.
Tıbbi Cihaz Sektöründe
Ar-Ge ve İleri Mühendislik
Geçen yıl İstanbul,
Ankara, Bursa ve Konya'da
düzenlediğimiz Ar-Ge
günlerine, bu yıl tematik
etkinliklerimizle devam
ediyoruz. Tıbbi cihazların
yerli olarak tasarımı ve
üretimi konusundaki
Ar-Ge ve mühendislik
konularını işleyeceğimiz ve
İzmir MMO Tepekule Kongre
ve Sergi Merkezi’nde,
22 Mayıs’ta gerçekleştirilecek
tam günlük etkinliğimizde,
başta İYTE Rektörü Sayın
Prof. Dr. Mustafa Güden ve
ANSYS firmasından Industry
Director Thierry Marchal
olmak üzere, sektör ile ilgili
çeşitli konuşmacılarımız
olacak. Sabah genel oturumda
konuşmalar, öğleden sonra
ise ayrı salonlarda teknik
sunumlar ve tartışmalar
gerçekleşecek. Bilgi için
www.figes.com.tr/tcag.
28 www.figes.com.tr
İstanbul'da, 7-10 Mayıs tarihlerinde düzenlenecek IDEF fuarında,
3. Salon, 324D numaralı stant alanında olacağız. Bir önceki fuara
göre iki kat daha büyük bu alanda, sizler ile buluşmaktan
memnuniyet duyacağız.
Hem Askeri Hem Sivil
Denizcilik Bizim İçin
Çok Özel
Tematik Ar-Ge günü
etkinliklerimize, yaz döneminde
yapacağımız denizcilik
etkinliğimizle devam edeceğiz.
Etkinlik detayları ilerleyen
günlerde duyurulacak ve
İnternet sitemizde ilan
edilecektir.
FİGES Mühendis
Yetiştirme Yaz Okulları
Yıllardan beri süregelen
geleneğin devamı olarak,
geçen yaz yaptığımız Yapısal
Analiz Mühendisi Yetiştirme
Yaz Okulu Programı’nı,
bu yıl Elektromanyetik ve
Akışkanlar konularında
gerçekleştireceğiz. Takvim
netleştiğinde duyurusu
yapılacak etkinliğe
ilişkin detaylar,
İnternet adresimizden de
öğrenilebilecek.
MATLAB ve ANSYS,
Yazılım Etkinlikleri
Türkiye temsilcisi olduğumuz
MATLAB, ANSYS ve
diğer yazılımlar için yoğun
bir etkinlik programı
gerçekleştirmekteyiz.
Yılın 2. çeyreğinde; İstanbul,
Ankara, İzmir, Bursa,
Eskişehir gibi illerde genel
katılıma açık çeşitli seminer
ve çalıştay programlarımız
düzenlenecek.
Etkinlikler hakkında
http://www.figes.com.tr/seminer
adresinden bilgi alınabilir.
Medyada FİGES
n
n
Defence Turkey dergisi,
IDEX fuarı özel sayısında,
Genel Müdürümüz
Dr. Şadi Kopuz ile söyleşi
yayımladı.
Metal Makine dergisinde,
Pazarlama Direktörümüz
Yük. Müh. Özgür Emekli
ve Bursa Bölgesi Yapısal
Analizler Yöneticimiz Yük.
Müh. Ersen Arslan'ın
söyleşileri yayımlandı.