1-F2-Giris2_Layout 1

DERGİDEN
Değerli Okuyucularımız,
FİGES İLERİ MÜHENDİSLİK
VE ARGE TEKNOLOJİLERİ
DERGİSİ
2013-3 / Sayı: 2
(Temmuz-Ağustos-Eylül 2013)
ISSN: 2147-9550
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
Dergimizi, FİGES’in kurumsal yayını olmaktan
çok, ileri mühendislik alanında bir teknik yayın gözüyle hazırlıyoruz. Dergimiz, Türkiye genelinde,
sektör sınırlaması olmaksızın, tüm ARGE merkezlerine ulaştırılıyor; akademisyenler, kamu kurumları ve diğer ilgili yerlerde, toplamda 3000 kişiye
dağıtılıyor. Makine ve beyaz eşya gibi lokomotif
sektörlerin birçok önemli oyuncusuna; ayrıca otomotiv ve savunma sanayilerindeki, neredeyse tüm
firmaların yönetici, teknik müdür ve yetkili mühendislerine gönderiliyor. Basılı dağıtımın yanında,
dergimize, www.figes.com.tr/dergi adresinden, İnternet üzerinden de ücretsiz
olarak erişilebiliyor.
Başlıca amaçlarımız; dergimizin, ileri mühendislik ve ARGE konularında bir platform oluşturması ve bu sayede, paylaşımlara ve görevdeşliklere yol açarak ülkemizin gelişimine katkıda bulunabilmek.
Bu anlamda, bu sayımızdaki içeriğimiz, bizi, hedeflediğimiz noktalara bir adım
daha yaklaştırıyor: Ülkemizin lider firmalarından, savunma sanayisinde yaptıkları
çalışmalarla gurur kaynağımız olan ASELSAN ve ROKETSAN’dan birer makaleyi sayfalarımızda okuyabilirsiniz. Ayrıca, otomotiv yan sanayimizin değerli firmaları Hema Endüstri ve Kale Oto Radyatör’den birer yazıyı da sayfalarımızda
bulabilirsiniz. Yine savunma sanayisi ve otomotiv başka olmak üzere, çok çeşitli
alanlarda değerli hizmetler veren Coşkunöz firmamızla FİGES olarak birlikte
yaptığımız bir çalışmayı da sizlere sunuyoruz. Bunlarla yetinmeyip, biyomekanik
alanında faaliyet gösteren Şanlılar firmasıyla diş implantları konusunda yaptığımız
bir çalışmayı da makale olarak dergimize dâhil ettik. Söyleşi olarak ise plazma
gibi ilginç bir konuda çalışmalarıyla fark yaratan bir firma olan Anadolu Plazma
konuğumuz oldu.
Gelecek sayılarımızda, amaçlarımıza daha da yaklaşmak istiyoruz. Bu yolda bize
katkı sağlayacak içerik ve sponsorluk anlamında desteklerinizi bekliyoruz.
Hoşça kalın,
Ali Özgür Emekli
Pazarlama Direktörü
Telefon : +90 224 280 8525
Faks : +90 224 280 8532
www.figes.com.tr
TEKNİK HİZMETLER
Yayına Hazırlama ve Tasarım
UMSA Prodüksiyon Ltd. Şti.
Telefon: +90 312 225 4173
Basım Yeri
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
1
Dergiden
2
FİGES’ten
4
FİGES’ten Haberler
6
FİGES Bilgisayar
Destekli Mühendislik
ve ARGE Konferansı
8
Plazma Teknolojilerinin
Hayata Geçirilmesinde
Mühendislik
Yazılımlarının Rolü
Yayın Türü
Yerel Süreli Türkçe İngilizce
Bilimsel Yayın
3 ayda bir yayımlanır.
Destekli Yazılımların
Kullanımı ve Önemi
19
Yaklaşan Etkinlikler
20
Transmisyon Üzerine
Takılan Kapağın
Düzlemsellik Değerinin,
Sonlu Elemanlar Paket
Programıyla Tayini
23
Kale Oto Radyatör
San.ve Tic. A.Ş.
ARGE Bölümü
Dergide Yayımlanan Yazı, Fotoğraf,
Harita, İllüstrasyon ve Konuların Her Hakkı
Saklıdır. Kaynak Gösterilmek şartıyla
Alıntı Yapılabilir. Yayınlanan Eserlerin
Sorumluluğu Eser Sahiplerine Aittir.
12
Aerodinamik Isınma
ve Termal Koruma
Sistemleri
24
Hidrolik Abkant
Preslerin Modellenmesi
ve Benzetimi
Aksi belirtilmedikçe tüm görseller:
© ANSYS, MATHWORKS ve FİGES
16
Ürün Geliştirme
Sürecinde Bilgisayar
30
Dental İmplant
Analizleri
Para ile satılmaz
ARGE DERGİSİ 1
FİGES’TEN
Değerli Okuyucularımız,
Değerli Müşterilerimiz,
ergimizin ilk sayısını çıkardıktan sonra aldığımız
olumlu geri bildirimler,
bizleri hem çok mutlu etti hem de
gelecek sayıları daha da iyi bir şekilde hazırlamamız için motive etti.
Dergimizi okuyan, değerlendiren
ve bizlere görüşlerini ileten tüm kişi ve kurumlara teşekkür
ediyorum. Sizlerden aldığımız güç ile önümüzdeki sayılarda
eksiklerimizi tamamlamaya; daha okunabilir ve hatta içeriğindeki konularla kaynak olarak gösterilebilir bir dergi çıkarma yolunda ilerlemeye çalışacağız.
Dergimizin ikinci sayısında yer verilen makaleler sadece
kendi çalışmalarımız değil aynı zamanda ARGE çalışmaları
yürüten farklı sektörlerdeki kuruluşların çalışmalarının
ürünleridir. Gelecek sayılarımızda, sizlerin çalışmalarını da
yayınlamak istiyoruz ve paylaşımlarını bekliyoruz.
FİGES olarak, askeri denizcilik alanındaki mühendislik projelerinde yer almaktan onur ve gurur duymaktayız. Bu
alanda yıllardan beri yaptığımız çalışmalar sayesinde, çok
değerli tanışıklıklarımız oldu ve kıymetli paydaşlar kazandık. Yine bir ilke imza atarak, bu paydaşlarımızı ve askerisivil gemi inşa sanayisinin diğer önemli oyuncularını,
İstanbul’da “Askeri ve Sivil Denizcilikte ARGE ve İleri Mühendislik” etkinliğinde bir araya getirdik. Tam gün olarak
gerçekleştirdiğimiz etkinliğimizde, 150’yi aşkın misafirimizi
ağırladık. Etkinlik sırasında ve sonrasında, etkinlik hakkında birçok olumlu geri bildirim aldık. Benzer bir etkinliği,
gelecek yıl da gerçekleştirmeyi planlıyoruz. Etkinliğimizle ilgili detayları, yandaki sayfamızda bulabilirsiniz. Bu vesile ile
etkinliğe destek veren tüm kurum ve kuruluşlara tekrar teşekkür ederim.
Dergimiz aracılığı ile sizlere, bünyemizdeki
farklı uzmanlık alanları ve ARGE birimleri hakkında bilgi vermeye de çalışacağım. Bu sayıda, “Elektromanyetik Tasarım ve Analizler” ekibimizi tanıtmak
istiyorum. Ekibimiz Yrd. Doç. Dr. Deniz Bölükbaş’ın yöne-
D
2 www.figes.com.tr
timinde çalışmalarını sürdürmektedir. Deniz Hanım, elektromanyetik konusunda uzun yıllardır yaptığı çalışmaları,
en son TÜBİTAK BİLGEM bünyesinde sürdürmüş ve
geçen sene itibariyle firmamıza katılmıştır. Kendisi, aynı zamanda bir özel üniversitede öğretim üyesi olarak görev yapmaktadır. Ekibimiz, genel anlamda elektromanyetik
problemlerin simülasyon ile çözümü üzerine çalışmaktadır.
Bu çalışmaları, “yüksek frekanslı” ve “alçak frekanslı” analizler olarak iki ana gruba ayırıyoruz. EMI/EMC analizleri,
radar kesit alanı hesaplaması, anten tasarımı ve platform
üstü anten yerleşimleri gibi konuları yüksek frekans analizleri başlığı altında; elektrik motorlarının, trafo ve kesicilerin elektromanyetik analizi gibi konuları ise alçak frekans
analizleri başlığı altında değerlendiriyoruz. Ekibimizde, şu
an etkin olarak 6 mühendis arkadaşımız projelerde görev
almaktadır.
Dergimizi değerlendirip bize geri bildirimlerinizi iletmenizden çok memnun olacağız. Bu geri bildirimleriniz, eksiklerimizi tamamlayabilmemize de imkân verecektir. Bu
sayımızın ve içeriğinin beklentilerinize cevap vermesini
ümit ediyor ve ARGE çalışmalarınızda başarılar
diliyorum.
Saygılarımla,
Dr. Şadi Kopuz
Genel Müdür
FİGES’TEN HABERLER
Deniz Kuvvetleri Komutanlığı, üniversiteler ve sektör temsilcilerinin hazır bulunduğu etkinliğe, yaklaşık 150 kişi katıldı.
Denizcilikte ARGE ve
İleri Mühendisliği Masaya Yatırdık
A
skeri ve Sivil Denizcilikte
ARGE ve İleri Mühendislik isimli etkinliğimizi,
5 Temmuz’da, The Green Park
Pendik Otel, İstanbul’da gerçekleştirdik. Sivil ve askeri denizcilik
ve gemi inşa sanayilerinden
kurum ve kuruluşların
katıldığı etkinlikte,
150’nin üzerinde katılımcı
bir
araya geldi.
MİLGEM projesiyle başladığımız
denizcilik ve gemi inşa sanayilerindeki mühendislik çalışmalarımızı,
MİLGEM’in ardından görev aldığımız, Yeni Tip Karakol Botu
(YTKB), Denizaltı Kurtarma Ana
Gemisi (MOSHIP) ve Kurtarma ve
Etkinliğin fuaye alanı da oldukça
yoğundu.
Yedekleme Gemisi gibi askeri projeler ile sürdürdük ve şu anda, çok
sayıda farklı projede rol almaya
devam ediyoruz. Son olarak da
HAVELSAN ile Denizaltı Dalış
Simülatörü (DEDAS) projesi kapsamında, Denizaltı Manevra Modeli
Geliştirilmesi
Projesi
(DEMMOG)’ni imzaladık.
Bu projelerdeki deneyimlerimiz ve
tanışıklıklarımız, ayrıca Genel
Müdürümüz Dr. Şadi KOPUZ’un
bu yöndeki arzuları ve destekleri,
bizleri tüm sektörü kapsayacak bir
etkinlik yapmamızın iyi olabileceği yönünde cesaretlendirdi. Etkinliği planlarken, etkinliğin,
denizcilik ve gemi inşa sanayilerinde ileri mühendislik teknolojilerinin kullanımı konusunda,
karşılıklı bilgi paylaşımını sağlayacak bir platform oluşturmasını he-
deflemiştik. Böylece, konusunda
uzman sivil ve askeri sektör temsilcilerini ve akademisyenleri bir
araya getirerek tanışıklıkların artmasına ve sektörde sinerji oluşmasına
katkıda
bulunmayı
amaçlamıştık.
Değerli konuşmacılarımız ve katılımcılarımızdan aldığımız olumlu
geri beslemeler, etkinlikte, amaçlarımıza ulaştığımızı gösteriyor. Hatta
çok sayıda katılımcının, etkinliğin
her yıl düzenlenmesinin çok iyi
olacağı yönünde görüş bildirmesi
de bu durumun bir kanıtı olarak değerlendirilebilir. Başarılı bir etkinlik
gerçekleştirilmesinde, tüm konuşmacılarımızın ve katılımcılarımızın
katkısının en başta gelen etmen olduğunun bilinciyle kendilerine, bir
kez de buradan teşekkürlerimizi sunarız.
ARGE DERGİSİ 3
’TEN HABERLER
17’ncisini Gerçekleştirdik:
“Güçlü Marka için
Güçlü ARGE”
Bilgisayar Destekli Mühendislik
ve Sistem Modelleme
Konferansımızın 17’ncisini,
19 Nisan’da gerçekleştirdik.
Savunma, otomotiv, beyaz eşya
ve makine sanayileri başta
olmak üzere; ülkemizin reel
sektörlerinden yaklaşık 300
kişiye yakın üst düzey yönetici
ve ARGE yöneticisinin yanı
sıra çeşitli üniversitelerden
birçok değerli akademisyenin
konuşmacı ve katılımcı olarak
yer aldığı konferansta,
Türkiye’nin dünya çapında bir
marka çıkartabilmesi amacıyla
yapılabilecek ARGE ve
mühendislik çalışmaları masaya
yatırıldı. Konferansla ilgili
detaylı haberi bu sayımızda
bulabilirsiniz.
IDEF’13 Fuarında HAVELSAN ile Sözleşme İmzaladık
Savunma sanayimizin önde gelen fuarı IDEF’13’teki standımızda
birçok ziyaretçimizi ağırladık; yararlı tanışıklıklar ve iş görüşmeleri
gerçekleştirdik. 7-10 Mayıs tarihlerinde gerçekleştirilen fuarda ayrıca,
HAVELSAN yükleniciliğinde yürütülen; “Denizaltı Dalış Simülatörü
(DEDAS) Projesi”nin teknoloji kazanım yükümlülüğü olan “Denizaltı
Manevra Modeli Geliştirilmesi Projesi” (DEMMOG) kapsamında,
HAVELSAN ile sözleşme imzaladık. Fuarın 3. günü, Savunma
Sanayii Müsteşarı Murad Bayar’ın da katılımıyla HAVELSAN ile
FİGES arasında gerçekleştirilen imza töreninde, FİGES adına imza,
Genel Müdürümüz Dr. Şadi Kopuz tarafından atıldı. Böylece;
MİLGEM, Yeni Tip Karakol Botu, Denizaltı Kurtarma Ana Gemisi
(MOSHIP) ve Kurtarma ve Yedekleme Gemisi gibi Türkiye’nin önde
gelen gemi projelerinin yanı sıra önemli katkılarda bulunmayı
hedeflediğimiz denizaltı alanında da çalışmanın ilk adımını atmış olduk.
Tıbbi Cihaz Sektöründe
ARGE ve İleri Mühendislik
Çözümleri Günü
TAYSAD ile Ortak
Etkinliğimiz: ARGE
Süreçlerinde İleri
Mühendislik Hesapları
Tasarım ve Simülasyon
Teknolojileri Semineri
Taşıt Araçları Yan Sanayicileri
Derneği (TAYSAD) bünyesinde,
otomotiv ARGE ve ürün
geliştirme süreçlerinde; tasarım,
simülasyon ve ileri mühendislik
hesaplamalarına ilişkin en yeni
teknolojileri tanıtma ve bu
teknolojileri örnekler üzerinde
anlatarak katılımcıları
bilgilendirme amacıyla “ARGE
Süreçlerinde İleri Mühendislik
Hesapları Tasarım ve Simülasyon
Teknolojileri Semineri”ni,
31 Mayıs’ta gerçekleştirdik.
4 www.figes.com.tr
FİGES olarak, tıbbi cihaz
tasarımı ve geliştirilmesi
sürecindeki ARGE ve ileri
mühendislik çözümlerini
aktardığımız, “Tıbbi Cihaz
Sektöründe ARGE ve İleri
Mühendislik Çözümleri Günü”
etkinliğini, 22 Mayıs’ta, başarılı
bir şekilde gerçekleştirdik.
Etkinliğe konuk konuşmacı
olarak katılan ANSYS
firmasının Medikal Sektörü
Direktörü Thierry MARCHAL da
etkinlikte bir sunum yaptı.
PAWEX 2013 Fuarındaydık
Pompa-vana tasarım ve imalatında
ileri teknolojilerin kullanımı
temasıyla 2-5 Mayıs tarihlerinde,
İstanbul Fuar Merkezi’nde
düzenlenen PAWEX 2013
pompa, vana, su arıtma sistemleri,
boru ve bağlantı elemanları
fuarında, 10. salonda, F06
numaralı stant alanında yer aldık.
FİGES, İTÜ Güneş Arabası
Ekibi Sponsorları Arasında
Türkiye’nin, 3 yıl üst üste duble
yaparak uluslararası ödül kazanan
ilk ve tek güneş arabası ekibi İTÜ
güneş arabası ekibine sponsor olduk.
Kariyer Günlerinde
Gençlerle Buluştuk
Geride bıraktığımız dönemde,
çeşitli üniversitelerin kariyer
günlerine katıldık:
n 11 Nisan-3. İYTE Teknoloji
ve Kariyer Günleri
n 15 Nisan-Marmara
Üniversitesi Mekatronik
Kariyer Günleri
n 3-5 Mayıs-Celal Bayar
Üniversitesi Mühendislik
Fakültesi Kariyer Günleri
n 9-10 Mayıs-Uludağ
Üniversitesi Mühendislik
Mimarlık Fakültesi Kariyer
Günleri
n 24 Mayıs-Ege Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Kariyer Günleri
Güçbot Projesine
Dahil Olduk
Patlama analizleri ve malzeme
optimizasyonu iş paketleri
üzerinde çalışacağımız Güçbot
(Mayına Dayanıklı Askeri
Çizme) Projesi, 22 Mayıs’ta,
Savunma Sanayii Müsteşarlığında
yapılan toplantıyla başlatıldı.
Toplantıya, Yapısal Analizler
ve Tasarım Ekibi Yöneticimiz
Dr. Can Alpdoğan katıldı.
Bilim Şenliği’ne Katıldık
Bursa Büyükşehir Belediyesi, Bilim, Sanayi ve Teknoloji İl
Müdürlüğü ve İl Milli Eğitim Müdürlüğü iş birliğiyle 3-5 Mayıs
tarihlerinde düzenlenen “Bursa Bilim Şenliği 2013” etkinliğine, stant
açarak katılım sağladık. Standımız, öğrencilerden yoğun ilgi gördü.
Uluslararası Makina ve
Kalıp/Model Tasarım ve
İmalat Konferansı ve Sergisi
Antalya Dedeman Otel’de,
20-23 Haziran tarihlerinde 7’ncisi
gerçekleştirilen Uluslararası
Makina ve Kalıp/Model Tasarım
ve İmalat Konferansı ve Sergisi
(7th International Conference
And Exhibition On Design And
Production Of Machines And
Dies/Molds)’ne, standımız ve
“Simülasyon Odaklı Üretim
Geliştirme” konulu sunumumuz
ile katılım sağladık.
Askeri ve Sivil Denizcilikte
ARGE ve İleri Mühendislik
Etkinliği
The Green Park Pendik Otel,
İstanbul’da, sivil ve askeri denizcilik
ve gemi inşa sanayilerinden
kurum ve kuruluşları bir araya
getirdiğimiz “Askeri ve Sivil
Denizcilikte ARGE ve İleri
Mühendislik” etkinliğimizi,
5 Temmuz’da, 150 kişiye yakın
katılımcıyla gerçekleştirdik.
Etkinliğimizde amacımız;
denizcilik ve gemi inşa
sanayisinde ileri mühendislik
teknolojileri konusunda karşılıklı
bilgi paylaşımını sağlamak ve
sivil, askeri sektör temsilcilerini
ve akademisyenlerimizi bir araya
getirerek tanışıklıkların
artmasına ve sektörde sinerji
oluşmasına katkıda bulunmaktı.
Katılımcılarımızdan gelen
olumlu geri beslemelere
dayanarak, etkinliğimizin gayet
başarılı sonuçlandığını ve
amaçlarımıza ulaştığımızı
belirtebiliriz. Etkinlikle ilgili
detaylı haberi bu sayımızda
bulabilirsiniz.
Basında FİGES
n
n
n
n
n
n
MSI Dergisi’nin Haziran sayısında, FİGES’in IDEF’te HAVELSAN ile
yaptığı sözleşmeden bahsedildi. Haberde, birçok önemli gemi projesine
katkı sağlayan FİGES’in, denizaltı projelerinde de önemli katkılarda
bulunacağını belirtildi.
TAYSAD Dergisi Mayıs / Haziran sayısında, Genel Müdürümüz ile
yapılan söyleşide, Dr. Şadi Kopuz, FİGES olarak deneyimlerimizi
aktarmak istediğimizi dile getirerek, tedarik sanayi firmalarının ARGE
çalışmalarına destek olmayı ve onların dünya çapında yer edinebilmesine
bir miktar da olsa katkıda bulunabilmeyi hedeflediğimizi söyledi.
TAYSAD Dergisi’nde, FİGES Konferansı ile ilgili “Sektörler Dünya
Markası Yaratmak İçin Bir Araya Geldi” başlıklı haber yayımlandı.
MSI Dergisi, “FİGES, Güçlü Marka İçin Güçlü ARGE’yi Masaya
Yatırdı” konulu haber yayımlandı.
Defence Turkey Dergisi, IDEF’13 özel sayısında, Yapısal Analizler ve
Tasarım Ekibi Yöneticisi Dr. Can Alpdoğan ile yapılan söyleşiyi yayımladı.
Ostim Organize Sanayi Gazetesi’nde, endüstriyel tasarım ve
mühendislik gücünün birleştiği OSTİM’de FİGES’in de yer aldığına
yönelik haber yayımlandı.
ARGE DERGİSİ 5
KONFERANS
Güçlü Marka İçin Güçlü ARGE
Ü
lkemizin mühendislik
camiasında artık gelenekselleşen ve bu yıl
17’ncisi düzenlenen “FİGES
Bilgisayar Destekli Mühendislik
ve ARGE Konferansı”, 19 Nisan’da,
İstanbul’da, "Güçlü Marka için
Güçlü ARGE" sloganıyla gerçekleştirildi.
Konferansta, katılımcı ve konuşmacı olarak; savunma,
6 www.figes.com.tr
otomotiv, beyaz eşya ve makine sanayileri başta olmak
üzere, ülkemizin reel sektörlerinden birçok üst düzey yönetici ve ARGE yöneticisi,
ayrıca çeşitli üniversitelerden
birçok değerli akademisyenyer
aldı. Yaklaşık 300 kişilik bir
uzman topluluğunun katılımıyla gerçekleşen konferansta; Savunma Sanayii
Müsteşarlığı (SSM), Savunma
ve Havacılık Sanayii İmalatçılar Derneği (SASAD), Taşıt
Araçları Yan Sanayicileri Derneği
(TAYSAD) ve SİNERJİTÜRK
Etkin İş ve Güç Birliği Vakfı’nın
yanı sıra ASELSAN, ROKETSAN,
Türk Telekom, VESTEL ve
FORD Otosan başka olmak
üzere, ülkemizin lider firmalarından konuşmacılar da yer aldı.
ARGE Vurgusu
Yoğun bir programla gerçekleşen konferansta, Türkiye'nin
dünya çapında rekabet edebilen markalar çıkartabilmesi
amacıyla yapılabilecek ARGE
ve mühendislik çalışmaları
masaya yatırıldı. Konferansta,
ürünlerimizi dünya piyasalarında
daha güçlü bir şekilde pazarlayabilmemiz için güçlü markalar
yaratma zorunluluğumuza değinilerek güçlü markalar yaratmanın yolunun da daha
fazla yenilikçilikten, yani
ARGE’den geçtiği vurgulandı.
Konferans kapsamında, konusunda uzman 50'ye yakın konuşmacı söz aldı. Etkinliğin
öğleden önce yapılan ana oturumunda, ülkemizin güçlü
markalar çıkartabilmesi için
ihtiyaçlar ve öncelikler ortaya
konuldu. Öğleden sonra ise
5 ayrı panelde teknik tartışmalar ve fikir alışverişleri gerçekleştirildi. Panellerden bir
tanesi, güncel ARGE teknolojilerinin anlatıldığı bir oturum
şeklinde gerçekleştirildi. Bir
diğer panelde de “Markalaşma
Süreci ve ARGE Merkezleri”
konusu işlendi. Diğer paneller
ise sırasıyla tasarım, mekatronik, elektronik ve elektromanyetik
konularında
düzenlendi.
Konferansta, hedeflere uygun
olarak, etkin bir bilgi paylaşımı
ve tanışma ortamı oluştuğu da
gözlendi. Konferans programına, fotoğraflarına ve diğer
bilgilere, aşağıdaki İnternet adresinden erişilebilir:
http://www.figes.com.tr/
konferans/2013/index.php
Soldan sağa: FİGES A.Ş. Yönetim Kurulu Başkanı Dr. Tarık Öğüt, Dr.-Ing. Stuart Hartle
(ANSYS) ve FİGES A.Ş. Genel Müdürü Dr. Şadi Kopuz
ANSYS’ten Dr.-Ing. Stuart Hartle’ı
Konferansımızda Ağırladık
ANSYS firmasında, Türkiye’nin de dahil olduğu bölgeden sorumlu
yönetici olan Dr.-Ing. Stuart Hartle da 17’nci konferansımızda, konuşmacı olarak yer aldı. Konferansın sabah oturumunda açılış konuşmacısı olan Dr.-Ing. Hartle, yaptığı bilgilendirici ve dinamik sunumla
ilgi çekti. Dr.-Ing. Hartle sunumunda; personel gücü, yaptığı projeler
ve her yıl düzenlediği bu konferans ile FİGES’in, Türkiye’deki firmalar için mutlaka ortak çalışılması gereken bir şirket olduğunu vurguladı. FİGES’in, ANSYS distribütörü olarak da her yönüyle yetkin
olduğunu belirterek, simülasyon dünyasına girmek veya bu alanda
ilerlemek isteyen firmaların mutlaka FİGES’i yanlarına almalarını
tavsiye eden Dr.-Ing. Hartle, konferansa tam gün katıldı.
ARGE DERGİSİ 7
SÖYLEŞİ
Plazma Teknolojilerinin
Hayata Geçirilmesinde
Mühendislik
Yazılımlarının Rolü
FİGES ARGE Dergisi: Kısaca
firmanızı tanıtır mısınız?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
Anadolu Plazma Teknoloji
Enerji Danışmanlık Merkezi,
2009 yılında Gazi Üniversitesi
Teknopark’ta
kurulmuş;
özgün mühendislik problemlerine, yaratıcı ve yenilikçi çözümler getiren, bir ileri
mühendislik firmasıdır. İleri
mühendislik ve optimizasyon
firması olarak; enerji, uzay,
havacılık ve medikal sektörlerinde, genellikle yakıt pilleri
ve plazma teknolojilerinin
kullanılması ile son teknolojileri uygulamaktadır. Firmamız,
Milli Savunma Bakanlığı, Türkiye
Kömür
İşletmeleri,
TUSAŞ ve ROKETSAN gibi
kurum ve kuruluşlara mühendislik danışmanlık hizmeti sunmaktadır. Konuyla ilgili,
17 patent ve faydalı model
alınmıştır.
FİGES ARGE Dergisi:
Plazmanın ne olduğunu
bize anlatır mısınız?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
Maddenin dördüncü hali olarak da bilinen plazma, evrenin
yüzde 98’ini oluşturur. Gaz halindeki bir maddeye yeterli
enerji (ısı, ışın, manyetik, elektrik) verilmesiyle yüklü türler
oluşur ve maddenin bu hali
plazma olarak bilinir. Basitçe
söylemek gerekirse plazma, iyonize gazdır.
8 www.figes.com.tr
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu,
Anadolu Plazma Teknoloji
Enerji Danışmanlık Merkezi
Maddenin dördüncü hali olarak da bilinen plazma,
evrenin yüzde 98’ini oluşturur. Gaz halindeki bir
maddeye yeterli enerji (ısı, ışın, manyetik, elektrik)
verilmesiyle yüklü türler oluşur ve maddenin bu hali
plazma olarak bilinir. Basitçe söylemek gerekirse
plazma, iyonize gazdır.
FİGES ARGE Dergisi: Plazma teknolojileri bugün hangi
alanlarda kullanılmaktadır?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
Plazma teknolojileri:
n Biyokütle ve yakıt dönüşüm
süreçlerinde,
n Baca gazı arıtmada,
n Petrokimya endüstrisinde,
n Kaynak, kesme, kaplama
gibi metal işleme
n
n
n
n
operasyonlarında,
Polimer ve tekstil
endüstrisinde yüzey
modifikasyon süreçlerinde,
Uydu Sistemleri ve
İtki motorlarında,
Tıp alanında; kanser
tedavisinde, ilaç üretimi,
yanık tedavisi, cilt
yenilemede, diş tedavisinde,
Yarı iletken teknolojisinde,
elektronik çip üretiminde,
Kaplama teknolojisinde,
elmas, aktif karbon, karbon
nanotüp üretim süreçlerinde,
n Güneş enerjisi ve
optik sanayisinde,
n Tehlikeli ve zararlı atıkların
arıtılmasında,
n Sterilizasyon ve su arıtma
sistemlerinde,
n Çok yakıtlı motorlarda ve
n Askeri alanda uçaklarda,
silahlarda plazma
teknolojileri
kullanılmaktadır.
n
FİGES ARGE Dergisi:
Endüstride plazma kullanımı
nasıl başlamıştır?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
1955 yılında, ilk hidrojen bombasının denenmesiyle ortaya
çıkan yüksek sıcaklık (füzyon
enerjisi, plazma) sonrası, plazmanın elektrik üretiminde kullanılması öngörülmüş ve Rusya,
ABD, Japonya, plazmayı hapsetmek için toroidal manyetik
alan üreten bir makine olan
Tokamak üzerinde çalışmalara
başlamışlardır. Sonrasında, ilk
olarak askeri alanda; zaman içerisinde, sanayinin çeşitli alanlarında; sağlık, gıda, kimya,
ziraat, elektrik elektronik sek-
törlerinde de kullanılmaya
devam etmiştir. 2007 yılında,
ABD Kongresinde, plazma teknolojilerinin sanayi uygulamaları sonucu elde edilen gelirin
222 milyar dolar olduğu belirtilmiştir.
FİGES ARGE Dergisi: Ülkemizde,
plazmanın kullanıldığı sektörler
ve alanlar hangileridir?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
Ülkemizde, plazma teknolojisi
metalürji (kesme, kaynak, kaplama alanlarında), televizyon
ve tıp sektörlerinde kullanılmakta olup, diğer sektörlerde
de kullanımının yaygınlaşması
beklenmektedir.
FİGES ARGE Dergisi:
Projelerinizden kısaca
bahseder misiniz?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
Projelerimizi şöyle sıralayabiliriz:
Hava ile Çalışan
Plazma Kesme Makinesi
Geliştirilmesi:
Havalı kompresörle çalışan bu
cihazımız; plazma ile kesme ve
kaynak prosesi, düşük işletme ve
yatırım maliyeti, üretim hattı
uygulamasına ve otomasyona
uygunluğu, sürekli iyileştirilen
kesme ve kaynak kalitesi ile sanayide yaygın olarak kullanılan
kesim ve kaynak yapımı gibi
avantajlar sunmaktadır. Ayrıca,
su altında uzun süre çalışabilecek, kesme ve kaynak amaçlı
plazmatronlar üzerinde çalışmalarımız da mevcuttur. Bu projenin sonucunda geliştirilen
plazma kesme makinesi CE belgesi alınarak seri üretime uygun
hale de getirilmiştir. Ayrıca bu
ürün için geliştirilen “Çift Depolu Plazmatron”un da patenti
alınmıştır.
Soma Termik Santrali’nin
22 MW’lık A Ünitesi’ne
Plazma Yakma Ünitesi
Kurulması:
Türkiye Kömür İşletmeleri Kurumu (TKİ), Elektrik Üretim
A.Ş. (EÜAŞ), Enerji Bakanlığı
ve Anadolu Plazma arasındaki iş
birliği protokolüne göre yürüyen
projemizde, ülkemizdeki düşük
kaliteli linyitlere dayalı termik
santralleri temsil eden Soma
Termik Santrali’nin A Ünitesine
Plazma Yakma Sistemi kurularak
plazma teknolojisi, kömür yakma
alanında, ülkemizde bir ilk olarak
devreye alınacak ve bu teknolojinin uygulanabilirliği doğrulanacaktır.
TOKAMAK, plazmayı hapsetmek için toroidal
manyetik alan üreten bir makinedir. TOKAMAK’ın
görevi yüksek sıcaklıkta elde edilmiş plazmadan
(100.000 K ve üzeri) elektrik elde edilmesidir.
100.000 K sıcaklıkta sistemin çalışması için (malzemeye zarar vermeden) plazma, manyetik alan
aracılığıyla sistemin merkezinde sıkıştırılır.
Günümüzde geliştirilmiş 300’den fazla TOKAMAK
üzerinde deneysel çalışmalar yapılmaktadır.
ARGE DERGİSİ 9
SÖYLEŞİ
Anadolu Plazma Teknoloji
Enerji Danışmanlık Merkezi ekibi
bir arada görülüyor.
Mühendislikte çözüme ulaşmak için üç yöntem
vardır. Bu yöntemler analitik, sayısal ve deneysel
olarak sınıflandırılabilir. Akışkanlar dinamiği
problemlerinde, analitik yöntem uygulanamamaktadır.
Bunun sebebi, akışkanlar dinamiği problemlerinin
temel denklemi olan Navier-Stokes denklemlerinin
analitik olarak, sadece bir plaka üzerinde laminer
akış gibi çok basit durumlar için çözülebilmesidir.
Plazma Yöntemiyle
Linyitlerin Gazlaştırılması:
Laboratuvarımızda, linyitlerin
gazlaştırılması amacıyla 1,5 ve
3 KW gücünde plazma gazlaştırma sistemi tasarlanmış ve geliştirilmiştir. TKİ tarafından
desteklenen bu projemiz, ülkemizdeki düşük kaliteli linyitlerden, hidrojen içeriği yüksek
sentez gazı elde edilmesiyle temiz
ve verimli kullanım alanı oluşturularak ekonomiye kazandırılması amacını gütmektedir. Bu
projede kullanılan su buharlı
plazmatron da patentlenmiştir.
Plazma CVD Yöntemiyle
Elmas Film Üretimi:
TKİ tarafından desteklenmekte
olan projemiz, yine kendimize
ait başka bir projemizdeki sistemden alınan, “hidrojen içeriği
yüksek sentez gazı”nın değerlendirilerek bu gazın sentetik elmas
üretiminde kullanımını ülke10 www.figes.com.tr
mize kazandırmak amacını taşımaktadır.
Hall Efektli Ksenon Gazı
ile Çalışan Plazma İtki
Motorlarının Geliştirilmesi:
Bu projemiz, başlangıç aşamasında TUSAŞ tarafından desteklenmiştir. Projede, ilk Türk
yapımı elektriksel itki motoru
tasarlanarak, uzaya gönderilip
tarihçe kazandırılması umulmaktadır. Bünyemizde, bu projenin çalışmaları sürmektedir.
Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığına ARGE
proje önerisi sunulmuştur ve
değerlendirme sonucu beklenmektedir.
Plazma Kömür Gazlaştırma
ve Plazma Filtrasyon
Sistemi Geliştirilmesi:
Projemiz kapsamında hedeflerimiz; düşük kaliteli Türk linyitlerinin plazma yöntemiyle
gazlaştırılması ve yine plazma
yöntemiyle filtre edilmesi sürecini optimize etmek, süreci modellemek
ve
ekipman
tasarımını ve projelendirme çalışmalarını yaparak Plazma
Gazlaştırma ve Plazma Filtrasyon Sistemini pilot ölçekte
tesis etmektir. Çalışmalarımız
sonucunda, düşük kaliteli linyitlerimizin, kullanım alanı
çeşitliliği sunan ürünlere
dönüştürülerek ekonomimize
kazandırılması amaçlanmaktadır.
Soma Termik Santrali İçin
Plazma Yakma Ünitesi
Geliştirilmesi:
Bu projemiz sonucunda, düşük
kaliteli linyitlere dayalı termik
santrallerde kullanılmak üzere
verimli, temiz ve ekonomik
“Plazma Yakma Ünitesi” tamamen yerli olarak tarafımızdan
geliştirilecek ve uygulamaya
hazır hale getirilecektir.
Plazma Tıbbi Atık
Yakma-Gazlaştırma
Makinesi Geliştirilmesi:
Her türlü tıbbi atığın bertaraf
edilmesi ve bertaraf edilmesi
sonucunda elde edilecek katı
ve gaz ürünlerin değerlendirilmesi sonucu faydalı ürün ve
enerji elde edilmesine yönelik
projemiz, Ankara Kalkınma
Ajansı’na, Çevreye Duyarlı
Yenilikçi Projeler Ar-Ge Destek Programı kapsamında sunulmuştur ve değerlendirme
sonucu beklenmektedir.
FİGES ARGE Dergisi:
Çalışmalarınızda mühendislik
yazılımları kullanımı hakkında
neler söyleyebilirsiniz?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
Mühendislikte çözüme ulaşmak için üç yöntem vardır. Bu
yöntemler analitik, sayısal ve
deneysel olarak sınıflandırıla-
bilir. Akışkanlar dinamiği
problemlerinde, analitik yöntem
uygulanamamaktadır.
Bunun sebebi, akışkanlar dinamiği problemlerinin temel
denklemi olan Navier-Stokes
denklemlerinin analitik olarak,
sadece bir plaka üzerinde laminer akış gibi çok basit durumlar
için çözülebilmesidir.
Bu problemleri çözmekte geriye kalan iki yöntemden deneysel yöntem ise pahalı ve
zaman alan bir yöntem olduğu
için sayısal çözüm yapmak
daha avantajlı olmaktadır.
Bunun yanı sıra sayısal yöntemler kullanıldığında, çözüm
için optimizasyon da yapmak
mümkün olmakta ve en iyi dizayn, sadece bilgisayar ortamında elde edilebilmektedir.
Sayısal çözüm yapmak için kullanılan programlardan dünya
üzerinde en yaygın olanı,
ANSYS ürün ailesi altındaki
ANSYS-FLUENT programıdır.
Bu programın yaygınlaşmasının
Kömür yakma ve gazlaştırma amaçlı 200
kW plazmatron
sebeplerinin en önemlisi, içerisindeki modellerin hepsinin test
edilmiş ve deneysel sonuçlarla
kıyaslanarak doğruluğun ispat
edilmiş olmasıdır. Ancak
ANSYS-FLUENTyazılımını
plazma ile kömür gazlaştırma
projesi için vazgeçilmez yapan,
bu programın hem kömür gazlaştırma için hem de elektrik
alanın akış üzerindeki etkilerinin bulunması için modülleri
olmasıdır. Her iki modülün olduğu, doğruluğu FLUENT gibi
denenmiş başka bir paket yazılım yoktur.
FİGES ARGE Dergisi:
Bu yazılımın kullanımı ile
ilgili tecrübelerinizi
paylaşabilir misiniz?
Prof. Dr. Beycan İbrahimoğlu:
ANSYS-FLUENT yazılımının
kömür gazlaştırma modülünde,
ilk olarak gazlaşacak kömür
içerisindeki bileşenlerin oranları girilir. Modülün çalışması
esnasında, önce kömürün gazlaştırıcının içine akıtılarak
orada önce ısınması ve içerisindeki nemin salınımı hesaplanır.
Daha sonra, kömür içerisindeki
uçucu maddelerin ve katranın
salınımı hesaplanır. En son olarak ise gazlaşma hesaplanır.
ANSYS-FLUENT ile bu tip hesaplamaları yapan birçok kuruluş
mevcuttur. Bunların başında,
Amerikan Enerji Bakanlığı, RTI
International gibi büyük kurum
ve kuruluşlar gelmektedir. Ayrıca, literatürde kömür gazlaştırmanın bilgisayar simülasyonuyla
ilgili üniversitelerde veya şirketlerde yapılmış çalışmaların neredeyse tümü, ANSYS-FLUENT
yardımıyla gerçekleştirilmiştir.
ANSYS-FLUENT yazılımının
MHD (Magnetohydrodynamics)
modülü ise plazmayı oluşturan
elektrik alan sebebiyle akışta
oluşan değişimleri modellemek için kullanılır. Bu modül,
elektrik iletkeni olan bir akışkanın doğru veya alternatif
akım ile oluşturulan elektromanyetik alanlar içinde akış
koşullarındaki değişimlerini
hesaplayabilmektedir.
Normalde, bu deneylerde
ölçüm yapmak, özellikle
plazma için çok zor bir iştir.
Bunun sebebi, hem plazma
torcunun bir kısmının içeride
kalması hem de çok yüksek sıcaklıklardır. Bu kuvvetlerin
göz ardı edilmesi ise yanlış sonuçlara yol açacaktır. Bu sebeple programın böyle bir
kabiliyetinin olması bir gereksinimdir.
ANSYS-FLUENT
yazılımı
kullanarak tüm sistem modellenecek ve sistemde verim arttırabilecek çözümler daha
etkin ve çok daha kısa sürede
bulunabilecektir. Hatta bazı durumlarda, örneğin deneyler ile
ölçümlerin yapılamayacağı noktalar için, optimum çözümlerin
elde edilmesi, sadece simülasyon
yardımıyla olabilecektir. Bunların yanında, tüm sistemin optimizasyonunu
da
yapmak
mümkündür. Dolayısıyla plazma
ile kömür gazlaştırma işleminin
daha etkin ve verimli yapılabilmesi için ANSYS-FLUENT yazılımı ve ek modülleri kesinlikle
vazgeçilmezdir.
Örneğin, “10 kW Gücünde
Mikro-Dalga
Plazma
ile
Kömür Gazlaştırma Sisteminin
Tesis Edilmesi Konusunda
Teknoloji Geliştirme Projesi”
kapsamında yürütülmekte olan
plazma gazlaştırma tesisinin
kurulması ve Soma Termik
Santralinin 22 MW’lık A bloğuna plazma uygulanması
çalışmalarının başarıya ulaşabilmesi için yapılacak plazmatron,
kimyasal
reaksiyon
ve mekanik simülasyonlar,
ANSYS–FLUENT yazılımı ile
gerçekleştirilecektir.
ARGE DERGİSİ 11
MAKALE
Aerodinamik Isınma ve
Termal Koruma Sistemleri
Buğra Şimşek
Makine Mühendisi, ROKETSAN
Şekil 1. ROKETSAN tarafından geliştirilen topçu roketi [1]
Aerodinamik Isınma
Yüksek hızlarda uçan hava araçları, gövde çevresindeki akışın sahip olduğu kinetik enerjinin,
sıkışma ve sürtünme sonucu termal enerjiye dönüşümü neticesinde, aerodinamik ısınmaya
maruz kalmaktadır.
Sürtünme, doğrudan araç gövdesinin ısınmasına
sebep olurken; sıkışma, araç çevresindeki akış sıcaklığının artmasına sebep olmaktadır. Akışın
sürtünme etkisi, düz bir plaka örneğinde [2] incelenebilir. Şekil 2’de şematik olarak gösterilmiş
düz plaka örneği dikkate alındığında, yüzeye etkiyen aerodinamik ısınma:
qw” yüzeye etkiyen ısı akısını, h ısı transfer katsayısını, Taw adyabatik duvar sıcaklığını, Tw ise
yüzey sıcaklığını simgelemektedir.
Şekil 2. Aerodinamik ısınma probleminin şematik gösterimi.
1 numaralı denklem incelendiğinde, yüzey sıcaklığının ulaşabileceği azami sıcaklık seviyesine, adyabatik yüzey varsayımı (qw=0) yapıldığı durumda
ulaşılmaktadır. Böylece, bu sıcaklık değerine, yukarıda da belirtildiği şekilde adyabatik duvar sıcaklığı denir [3] ve matematiksel olarak:
T∞ serbest akış sıcaklığını; r düzelme (İng:
recovery) katsayısını; k akış için özgül ısı kapasite
oranını (cp/cv); M∞ ise serbest akış hızını temsil etmektedir. Düzelme katsayısı laminer akım için;
türbülanslı akım için ise
12 www.figes.com.tr
olmaktadır. Burada, Pr, akışın Prandtl sayısını
ifade etmektedir. Süpersonik hızlarda (M≈3),
yüzey sıcaklıkları, belirtilen adyabatik yüzey sıcaklığına eşit olmaktadır. Hipersonik hızlarda
ise (M≈7) yüzey sıcaklıkları, adyabatik yüzey sıcaklığının 0,3-0,5 katı arasında değişmektedir
[3]. Bu durumun sebebi, artan hızla birlikte,
ışıma ile gerçekleşen ısı transferi etkisinin artmasıdır [3].
Akışın sıkışma etkisi, hava araçları üzerindeki
durma noktalarında (İng: stagnation point) görülmektedir. Bu noktalara, araç burunları ve
kontrol yüzeylerinin hücum kenarları örnek verilebilir. Oluşan şok dalgası, akışı sıkıştırarak
yüksek sıcaklığa ulaşmasına sebep olmaktadır.
İzantropik bir sıkışmada, normal bir şok dalgasının arkasında oluşan sıcaklık değeri, gaz dinamiği tablolarından çekilebileceği gibi, aşağıda
verilen ifade kullanılarak da hesaplanabilir:
Burada 1 ve 2 indisleri, şok dalgasının önü ve arkasındaki durumu; T ve M ise sıcaklık ile akış hızını simgelemektedir. Bu ifade, k değerinin sabit
olduğunu varsayan klasik aerotermodinamiğin bir
sonucudur. M=36 hızlarında dünyaya dönüş yapan
Apollo 11 uzay mekiği için, şok dalgasının arkasına
yönelik bir sıcaklık hesabı yapıldığında, 58.000 K
civarında, oldukça yüksek ve tamamen yanlış sıcaklıklar hesaplanabilmektedir [4]. Bu sebeple yüksek hızlarda akış moleküllerinin kimyasal olarak
değişime uğradığını kabul eden ve atomik titreşimleri dikkate alan yeni bir aerotermodinamik yaklaşımına gerek duyulmuştur.
Akışın sıkışma etkisinde aerodinamik ısınmayı
etkileyen en önemli faktörlerden bir tanesi,
durma noktasının geometrik şeklidir. 1951 yılına kadar tercih edilen sivri burunlu hava araçları, H. Julian Allen'in küt burun teorisiyle
birlikte, yerini küt burunlu araçlara bırakmıştır.
H. Julian Allen, küt burunla birlikte oluşan
ayrık şok dalgasının, sivri burunlu araç üzerinde
oluşan eğik şok dalgasına göre akışı daha fazla
ısıtmasına rağmen, araç yüzeyine etki eden ısı
akısını azalttığını göstermiştir [5]. Farklı geometri üzerinde oluşan şok dalgalarının görünümü, Şekil 3’te verilmiştir [6].
Şekil 3. Burun geometrisinin şok dalgası oluşumuna etkisi.
almaktadır. Örneğin, gereğinden fazla koruma sağlayan bir sistem, araç için ağırlık ve maliyet gibi
parametrelerde artışa sebep olabileceği gibi, yanlış
seçilen bir koruma sistemi, hava aracının görev esnasında paralanması gibi bir sonuca sebep olacaktır. Sıkça kullanılan termal koruma sistemleri,
takip eden kısımda açıklanmıştır.
Işınımsal Sistemler
Bu tip sistemlerde, aerodinamik ısınma ile gelen
ısının büyük bir miktarı, ışınım ile yüzeyden
uzaklaştırılmaktadır.
Şekil 4.
Işınımsal sistemin
şematik
gösterimi
Bu sistemi kısıtlayan en önemli faktör, yüzey
malzemesinin dayanım sıcaklığıdır. Bu değer, ışınım ve konveksiyonel ısı akılarının denge durumunda, aşağıdaki gibi hesaplanabilir [8]:
Durma noktasındaki ısı akısı, hava aracının kütlük
yarıçapının karekökü ile ters orantılıdır [7].
Aerodinamik ısınmanın hesaplanması için,
HAD çözüm araçları kullanılabileceği gibi kavramsal tasarım aşamasında deneysel (ampirik)
korelasyonlar da kullanılabilir.
Termal Koruma Sistemleri
Önceki kısımda kısaca değinilen aerodinamik
ısınma altında, hava araçlarının yapısal parçalarının kritik sıcaklıklara yükselmemesi gerekmektedir. Bu sebeple özellikle aerodinamik ısınmanın
fazla olduğu yüksek hızlı araçlarda, termal koruma
sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemler; aerodinamik ısınmayı engelleme, ısıyı emme ya da ışımayla geri yansıtma gibi yöntemlerle sıcaklık
artışının istenen seviyede kalmasını sağlarlar. Tasarım aşamasında ihtiyaca en uygun tipte ve geometride termal koruma sisteminin belirlenmesi, bir
termal tasarım mühendisinin görevleri arasında yer
Bu denklemde, σ Stefan-Boltzman sabitini; ε ise
ışınım katsayısını belirtmektedir. Bazı seramikler, kullanılan ışınımsal sistemlere örnek olarak verilebilir.
Isı Soğurucu Sistemler
Bu sistemlerde, özel bir ısı yalıtımı kullanılmadan, ısıya dayanıklı gövde malzemesi kullanılmaktadır.
Şekil 5. Isı soğurucu sistemin şematik gösterimi.
ARGE DERGİSİ 13
MAKALE
Bu sistemin avantajı, kullanılan sistemin basitliği; dezavantajı ise toplam ağırlığın diğer sistemlere göre daha fazla olmasıdır. Bakır ve tungsten
gibi malzemeler, bu tip sistemlerde kullanılan
malzemelere örnek olarak verilebilir [8].
Ablasyon Sistemleri
Bu sistemlerde, yalıtım malzemesi, aerodinamik
ısınma altında bozunarak kimyasal değişime maruz
kalmaktadır. Bu değişim esnasında ortaya çıkan saklı
ısı, yüzey sıcaklığının artmasını engellemektedir. Ayrıca, bozunma esnasında salınan gazlar, sınır tabaka
kalınlığını arttırmak suretiyle aerodinamik ısınmayı
azaltmaktadır (İng:blowing effect [9]).
Şekil 6.
Ablasyon
sisteminin
şematik
gösterimi
1. Süblimleşebilen ablatif malzemeler
(İng: subliming ablative materials)
2. Eriyebilen ablatif malzemeler
(İng: melting ablative materials)
3. Kömürleşebilen ablatif malzemeler
(İng: charring ablative materials)
Hava aracının maruz kalacağı aerodinamik ısınmanın şiddeti ve uçuş süresine bağlı olarak, kullanılacak malzeme tipine karar verilmektedir.
Ayrıca, malzeme maliyeti ve uygulanacak geometri gibi kısıtlar da malzeme seçiminde önemlidir.
ANSYS Kullanılarak
Ablasyonun Modellenmesi
Ablasyonun nümerik olarak modellenmesine
yönelik, literatürde çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmaların çoğu, akış ve kimyasal
bozunma denklemlerinin eş zamanlı olarak çözülmesini içermektedir. NASA tarafından geliştirilmiş ablasyon simülasyon araçları, örnek
olması açısından Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1. NASA Tarafından Geliştirilmiş
Ablasyon Simülasyon Araçları [10]
Sınır tabaka içerisine giren gaz kütlesinin aerodinamik ısınma miktarını azaltma oranları, Şekil
7’de verilmiştir [4]. Grafik incelendiğinde, sınır
tabaka içerisine giren gaz miktarındaki artışın,
aerodinamik ısınmayı azalttığı görülebilir.
Ancak kullanılabilecek azami gaz kütle girişi, sınırlı olmaktadır. Bu sebeple bu sistemin yeterli
olmayacağı, görece daha fazla yüksek ısı akısına
maruz kalan ve uzun süreli uçuşlar yapması beklenen hava araçları için, aktif soğutma sistemi
alternatif olmaktadır.
Şekil 7.
Aşınan
kütlenin
aerodinamik
ısınmaya
etkisi
Bu sistemlerde bozunma reaksiyonu, kullanılan
malzeme tipine göre çeşitlilik göstermektedir.
Bozunma tipleri, genel olarak erime, süblimleşme ve kömürleşme şeklinde olmaktadır. Ablasyon sistemlerinde kullanılan ablatif
malzemeler de bozunma tipine göre sınıflandırılır. Bu malzemeler:
14 www.figes.com.tr
Kod İsmi
CAT
FIAT
FIAT3D
PATO
PRESENT
STAB
TITAN
Kullanıcı
NASA ARC
NASA, Space X
NASA ARC
Univ. Calif. Santa Cruz
NASA LaRC
Fluid Gr. Eng
NASA
ANSYS yazılımının eleman öldürme tekniği kullanılarak ablasyonun modellenmesi üzerine
bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada, malzeme aşınma kriterleri TGA ve DSC gibi test
yöntemleri kullanılarak, malzeme kütlesinin sıcaklığa bağlı
değişimi ve faz değişim ısılarının bulunması ile belirlenmiştir. Analizler için, APDL
(Ansys Parametric Design
Language) ortamında algoritma hazırlanmıştır. Algoritma; aerodinamik ısınma
altında aşınma kriterine ulaşan
elemanın çözümden çıkarılması ve çözümden çıkarılan
eleman üzerinde yer alan sınır
Şekil 8. Roket burnu
eksenel simetrik sonlu
elemanlar modeli
koşulunun, alt kısmında yer alan canlı eleman üzerine
taşınması üzerinedir. Örnek bir eksenel simetrik roket
burnu için, analiz çözüm ağı ve sıcaklık dağılımını da
içeren analiz sonucu Şekil 8, 9 ve 10’da verilmiştir.
Şekil 9. Uçuş
sonunda roket
burnu aşınma
ve sıcaklık
dağılımı
Şekil 10. Sıcaklık
dağılımın 3/4'lük
ölçekte görünümü
Analiz sonucu incelendiğinde, beklendiği gibi,
aşınma miktarının, aerodinamik ısınmanın
azami olduğu burun bölgesinde daha fazla gerçekleştiği görülmektedir. Algoritmanın doğrulanması için,
silindirik ablatif malzeme
oksiasetilen erozyon hızı
testi ile yüksek ısı akısına
maruz bırakılmıştır. Test
sonunda ölçülen aşınma
miktarı, analiz sonuçları ile
kıyaslanmıştır (Tablo 2).
Kıyaslama sonuçları incelendiŞekil 11.
ğinde, analiz sonuçları ile test soOksiasetilen
nuçlarının birbiri ile uyumlu
test numunesi
oldukları görülmektedir.
analiz sonucu
Tablo 2. Test ve Analiz Sonuçlarının
Kıyaslanması
No Isıya
maruz kalma
süresi (s)
1 15
2 20
3 30
Ölçülen
aşınma
(mm)
2,41
3,18
4,84
Analiz
ile bulunan
aşınma (mm)
2,48
3,26
5,01
|% fark|
(-)
%2,9
%2,5
%3,5
Aerodinamik ısınma, süpersonik ve hipersonik
hızlardaki hava araçları yüzeylerinde, yüksek mertebelere ulaşmaktadır. Bu ısı altında yapısal parçaların bütünlüğünü koruyabilmesi için, termal
koruma sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bir
termal tasarım mühendisinin görevi, bu ısınma altında en uygun sistemin belirlenerek yeterliliğinin
analiz edilmesidir. Tasarım sürecinde termal yalıtım malzemesinin karakterizasyonu ve aşınma fiziğinin olabildiğince gerçekçi bir şekilde çözüme
yansıtılması, tasarımın en önemli basamaklarını
oluşturmaktadır.
Kaynaklar:
[1] ROKETSAN, http://www.roketsan.com.tr/
wp-content/uploads/2012/09/topcu-roket
turkce.pdf, son ziyaret tarihi:18.05.2013
[2] Arnas, A. Ö., Daisie, D. B., Gunnar, T.,
Seth, A.N., Jason, R.W., Michael, J. B.,
Bret, P. V., On the Analysis of the
Aerodynamic Heating Problem,
Journal of Heat Transfer, Vol 132,
December 2010.
[3] Bertin J.J., Hypersonic Aerothermodynamics,
AIAA Education Series, 1994.
[4] Thornton. E.A., Thermal Structures and
Materials for High Speed Flight, Progress in
Astronautics and Aeronautics AIAA,
Volume 140, 1992.
[5] Vincenti, W.G., Boyd, J.W., Bugos, G. E.,
H. Julian Allen: An Appreciation, Annual
Review of Fluid Mechanics, Vol.39,
pp 1-17, 2007.
[6] U.S. Centennial of Flight Commission,
http://www.centennialofflight.gov.
son ziyaret tarihi: 10 Mart 2012.
[7] Santos W.F.N., Leading-Edge Bluntness
Effects on Aerodynamic Heating and Drag
of Power Law Body in Low-Density
Hypersonic Flow, Journal of the Braz. Soc.
of the Mech. Sci.& Eng., Vol. XXVII,
No.3, 2005.
[8] NASA, Entry Thermal Protection,
Report No: NASA SP-8014, 1968.
[9] Bianchi, D., Modeling of Ablation
Phenomena in Space Applications, Ph.D.
Thesis, University of Roma, 2007.
[10] Lachaud, J., Magin,T.E., Cozmuta, I.,
Mansour, N.N., A Short Review of Ablative
Material Response Models and Simulation
Tools, 7th European Symposium on the
Aerothermodynamics, 9-12 May 2011,
Brugge, Belgium
ARGE DERGİSİ 15
MAKALE
Ürün Geliştirme
Sürecinde Bilgisayar
Destekli Yazılımların
Kullanımı ve Önemi
Tolga Dursun
Dr. Mak. Müh.
ASELSAN MGEO Grup Başkanlığı
Enis Naci Özkan
Kara Sistemleri
Tasarım Müdürlüğü
ASELSAN MGEO Grup Başkanlığı
G
ünümüzde, başta otomotiv ve savunma sanayisi olmak üzere,
artan rekabet ve gerek iç piyasada gerekse dış piyasada pazar
payı oluşturma yarışı, firmaların farklılık yaratması için zorlayıcı bir faktör olmuştur.
Böyle bir ortamda, firmalar,
ürün geliştirme süreçlerini
etkin bir şekilde yönetmek zorundadırlar. Ürün geliştirme
süreci, geleneksel (Şekil 1) ve
modern (Şekil 2) olmak üzere
ikiye ayrılabilir.
Geleneksel süreçte, yapılan her
tasarım sonunda prototip üretim
yapılarak, isterlerin karşılanıp
karşılanmadığı, değerlendirme
testleri sonucunda belirlenmekte; istenen performansın
elde edilememesi durumunda
ise tasarım sürecine geri dönülüp tasarım değişikliği ve onu
takip eden prototip üretime geçilmekte ve süreç, bu döngü
takip edilerek tamamlanmaktadır. Her tasarımın değerlendirilmesi için sürekli prototip
üretime gerek duyulmakta; bu
durum da hem zaman kaybına
hem de maliyet artışına yol açmaktadır. Günümüz koşullarında, bu tarz bir yaklaşım kabul
edilemez olsa da hâlen bu yöntemi kullanan birçok firma
mevcuttur.
Etkin bir şekilde kullanılan
bilgisayar destekli tasarım
(Computer Aided Design /
CAD) ve bilgisayar destekli
mühendislik (Computer Aided
Engineering / CAE) süreci sayesinde, prototip sayısı azaltılarak hem zaman hem de maliyet
düşürülmesi ve ilk seferde
doğru tasarım yapılması sağlanabilmektedir. Bu yöntem, günümüzün
modern
ürün
geliştirme süreci olarak kabul
edilmektedir.
Bilgisayar destekli yazılımlar
kullanılarak parça, birim veya
mekanizmanın gerçek koşullarda maruz kaldığı yüklemeler
sonucunda nasıl davrandığı;
her
tasarım
aşamasında
aşağıdan yukarıya doğru çıkan
mühendislik uygulama piramidinde olduğu gibi, uygulanıp
çok hızlı bir şekilde belirlenmektedir. Bu süreçte, iyileştirmeye gerek duyuluyor ise ne
yönde bir iyileştirme yapılacağı
net şekilde görüldüğünden, çözüme hızlı bir şekilde ulaşılabilmektedir. Böylelikle istenen
eniyileme (optimizasyon) yapılarak belirlenen hedeflere ulaşılması sağlanmakta ve ilk
seferde doğru tasarım elde edilmiş olmaktadır.
Çoklu-fizik sonlu elemanlar analiz yazılımları, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımları vb.
yazılımlar kullanılarak ısı transfer
analizi, titreşim analizi, mukavemet analizi, düşürme analizi, yoŞekil 1. Geleneksel ürün
geliştirme süreci
Şekil 2. Modern ürün geliştirme süreci
16 www.figes.com.tr
Şekil 3.
Bilgisayar
Destekli
Mühendislik
Uygulama
Piramidi
transfer analizi, titreşim analizi,
mukavemet analizi, düşürme
analizi,
yorulma
analizi,
mekanizma dinamiği analizi ve
elektromanyetik
uyumluluk
analizi gibi belli başlı analizler
gerçekleştirilerek eniyilenmiş
tasarıma ulaşılması mümkündür.
Artan
rekabet,
firmaları;
maliyet, ağırlık, ürünün pazara
girme süresi, ürün ömrü ve güvenilirlik gibi parametreleri eniyilemeye
zorlamaktadır.
Mühendislik çalışmaları, bilgisayar destekli mühendislik yazılımları kullanılarak sanal ortamda
yapılacak eniyileme ile en uygun
tasarıma ulaştırılmalı ve bu
çalışma tamamlandıktan sonra,
üretime geçmelidir. Eniyileme
çalışması öncesinde, tüm sistemden / üründen beklentiler, başka
bir deyişle gereksinimler net bir
şekilde ortaya koyulmalı; üzerinde değişiklik yapılacak olan
(iyileştirilebilecek) parametreler
ve tasarım kriterlerinin doğru bir
şekilde sistem mühendisliği
tarafından belirlenmesi gerekmektedir. Sistem mühendisliği,
bu süreçte hem ürün tasarımını
şekillendiren gereksinimleri ortaya koyan hem de ilgili tasarım
paydaşlarına gerekli girdileri / isterleri sağlayan çift yönlü bir
mühendislik disiplini olarak
karşımıza çıkmaktadır. Şekil 4’te,
tokluk (rigidity) ve ağırlık
açısından uygulanan eniyileme
(optimization)
çalışmasına
örnek verilmiştir.
Bilgisayar Destekli
Yazılım Başrolde
Bilgisayar destekli mühendislik
uygulamalarında önemli bir yer
tutan simülasyon tipi de
yorulma analizleridir. Mekanik
parçalarda meydana gelen
hasarların önemli bir kısmının
yorulma kaynaklı olduğu bilinmektedir. Bu nedenle dinamik
yapılar
için
tasarlanan
parçaların yorulma ve ömür
analizlerinin / testlerinin yapılması elzemdir. Ömür analizlerinin gerçek prototipler
üzerinde
yapılması,
çok
maliyetli olmakta ve fazla
zaman almaktadır. Bilgisayar
ortamında ise bu sorun, rahatlıkla ortadan kaldırılabilmektedir. Yorulma analizleri
ile yapının ömür tayini kolaylıkla yapılabilmekte; iyileştirilmesi gereken kısımlar
görülebilmekte ve CAD/CAE
kullanılarak istenen ömür hedefine sanal ortamda ulaşılabilmektedir. Sanal ortamda elde edilen
sonuçların, elbette gerçek prototip
üzerinde test edilerek de simülasyonların doğrulanması gerekmektedir. Bu tür çalışmalar ile belirgin
oranda zaman ve iş gücü tasarrufu
sağlamak mümkündür.
Simülasyon ve analiz araçları,
savunma sanayisi uygulamalarında
da geniş oranda kullanılmakta;
özellikle daha ağır gereksinimler
içeren askeri standartların sağlanmasında; sorunların ya da iyileştirilmesi gereken parametrelerin
erken aşamada belirlenmesine
katkıda bulunmaktadır.
Şekil 4.
Yapısal
optimizasyon
çalışmaları [1]
ARGE DERGİSİ 17
MAKALE
Şekil 5.
Ana muharebe
tankı stabilizasyon
simülasyonu
Örnek olarak, zırhlı araçlara yönelik
olarak geliştirilen atış kontrol
sistemlerinin denetleç tasarımı, eniyileştirilmesi ve stabilizasyon
performansının hesaplanması konularında, simülasyonların, hem zaman
hem de maliyet açısından çok
olumlu katkı sağladığını söylenebilir.
Şekil 5’te bir ana muharebe tankının namlu ve kulesini yönlendirmede kullanılan denetlece ait
simülasyona örnek verilmiştir. Bu
simülasyonlarda, sonlu elemanlar
analiz programı, mekanizma dinamiği analiz programı ile sayısal hesaplama ve programlama dili
birlikte kullanılmıştır.
Bilgisayar destekli mühendislik
uygulamalarıyla önemli kazançlar
elde etmek ve rekabetçi ortamda
bir adım öne geçebilmek için, elbette ki belli başlı yatırımlara ihtiyaç duyulur. Bunlar, nitelikli iş
gücü ile simülasyon ve test altyapısıdır. Bilgisayar destekli mühendislik araçlarını etkin bir şekilde
kullanabilmek için, hem akademik altyapısı iyi hem de bu araç18 www.figes.com.tr
ları kullanabilecek yetişmiş ve
tecrübeli insan kaynağına ihtiyaç
vardır. Etkin bir Ar-Ge ve insan
kaynakları yönetimi sayesinde, bu
ihtiyaçlar karşılanabilmektedir.
Nitelikli mühendis ve tasarım
personeli, Ar-Ge’ye önem veren
ülkelerde, firmalar ve üniversitelerin birlikte çalışmaları ile yetiştirilmekte ve doğrudan çalışma
hayatına
kazandırılmaktadır.
İkinci unsur, simülasyon altyapısının oluşturulmasıdır. Firmalar,
kendi ihtiyaçları doğrultusunda,
gerek duyacakları yazılımları, detaylı araştırmalar sonucunda belirlemeli ve bunları temin yoluna
gitmelidir. Son olarak, test altyapısı gelmektedir. Elde edilen simülasyon sonuçları, seri üretime
geçilmeden önce, gerçek prototipler üzerinde doğrulanmalıdır.
Bunun için uygun test altyapısına
ihtiyaç vardır. Test altyapısı kurmak ya da bu tür hizmetleri veren
firmalardan destek almak da bir
çözüm olabilir. Maliyet açısından
uygun yöntemin, firma yönetici-
leri tarafından değerlendirilmesi
gerekmektedir.
Günümüzde, simülasyon ve analiz, tasarım süreçlerinin ayrılmaz
parçası olmakta; zaman ve işgücü
tasarrufu sağlamasının maliyet düşürücü etkisi nedeni ile de gün
geçtikçe küçükten büyüğe, Ar-Ge
faaliyetleri yürüten tüm firmalarda
daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle, kullanıcı ihtiyaçlarının çok hızlı geliştiği ve değiştiği;
sektörden sektöre farklılık gösterse
de ürün yaşam döngüsü içinde güvenilirliğin / idame edilebilirliğin
önemli bir etken haline geldiği çağımızda, firmaların simülasyon
tekniklerini ve araçlarını kullanmadan pazarın ihtiyacını karşılamasının mümkün olmayacağı
değerlendirilmektedir.
Kaynaklar:
1. Manfred Fritsch,
“An Integrated Optimization
System For ANSYS
Workbench Based on ACT”,
Automotive Simulation
World Congress, 2012.
YAKLAŞAN ETKİNLİKLER
CIAPE Fuarı İçin
Çin’e Gidiyoruz!
Pekin’de, 13-15 Eylül tarihleri
arasında düzenlenecek
7. China International
Auto Parts Expo (CIAPE)
fuarında, FİGES olarak
Türk pavyonunda standımız
olacak. Çin Ticaret Bakanlığı
desteği ile Çin’de organize
edilen tek uluslararası
otomotiv yedek parça,
ekipman, servis ve aksesuar
etkinliği olan fuarda, bu yıl,
Türkiye, “Odak Ülke”
(Focus Country) statüsünde
yer alıyor.
TAYSAD-FİGES Ortak Sertifika Programı
FİGES ARGE Günleri
Devam Ediyor
Bilgisayar destekli ileri
mühendislik ve ARGE
teknolojilerindeki
gelişmeleri ve bu konudaki
deneyimlerimizi aktarmayı
hedefleyerek geçen yıl
başlattığımız “FİGES ARGE
Günü” etkinlerine, bu yıl da
devam ediyoruz.
Yarımşar gün sürecek ve
en az 3-4 konuşmacı içerecek
şekilde kurguladığımız
etkinlerimizi; 5 Eylül’de İzmir,
10 Eylül’de Bursa ve
10 Ekim’de ise İstanbul’da
gerçekleştireceğiz.
Taşıt Araçları Yan Sanayicileri Derneği (TAYSAD) ile
yürüttüğümüz çalışmaları bir ileri aşamaya taşıyarak
7 hafta sürecek bir sertifika programı açıyoruz. Bu programda,
otomotiv firmalarımızda, bilgisayar destekli ileri mühendislik
ve analizler konularında çalışmalar yapabilecek, “Yapısal Analiz
Mühendisleri” yetiştirmeyi amaçlıyoruz.
Günümüzde, tasarım doğrulama süreçleri, fiziksel testler öncesinde,
büyük oranda sanal ortamda gerçekleştiriliyor. Böylece, fiziksel
prototiplere olan ihtiyaçlar ve fiziksel testlerin sayıları, dikkate
değer miktarda azalıyor; bu da maliyet tasarrufunu ve tasarımda
hız artışını getiriyor. Umarız, bu programla dünyanın tüm gelişmiş
ülke ve firmalarında uygulanan bu teknik ve teknolojileri ülkemiz
firmalarına kazandırabilir; bu alanda çalışmalara zaten başlamış
firmalarımızın ise verimliliklerinin artışına katkıda bulunabiliriz.
Programla ilgili detaylı bilgiyi şu adreslerden edinebilirsiniz:
www.taysad.org.tr veya www.figes.com.tr/taysadyapisal13
AIAC 2013’ün
Sponsoruyuz
ODTÜ Kongre ve Kültür
Merkezi’nde, 11-13 Eylül
2013 tarihlerinde düzenlenecek
“7th Ankara International
Aerospace Conference AIAC’2013” için Gümüş
Sponsor olduk. Detaylara
aiac.ae.metu.edu.tr İnternet
adresinden ulaşabilirsiniz.
Yazılım Etkinlikleri
Temsilcisi olduğumuz MATLAB, ANSYS, DEFORM, IPG ve
EngineSoft ürünlerine ilişkin etkinliklerimiz, önümüzdeki çeyrekte de
tam yol devam edecek. Çok sayıda ve seminer, çalıştay, e-seminer
gibi farklı formatlarda yapacağımız etkinliklerimizi, web sitemizden
veya sosyal medya hesaplarımızdan takip edebilirsiniz.
Yurt Dışından
Konuk
Konuşmacılarımız
Ekim-Kasım aylarında,
elektromanyetik ve
görüntü ve video işleme
konularındaki yabancı
uzmanları ülkemizde
ağırlayacağız.
Her biri için ayrı birer
hafta ayıracağımız
bu konuşmacılarımızla
İstanbul ve Ankara’da
etkinlikler düzenleyeceğiz.
Detaylı bilgiler ilerleyen
günlerde, firmamız
web sitesinde ilan
edilecek.
ARGE DERGİSİ 19
MAKALE
Transmisyon Üzerine
Takılan Kapağın
Düzlemsellik Değerinin,
Sonlu Elemanlar Paket
Programıyla Tayini
Gökhan CEN
Makina Mühendisi
Hema Endüstri A.Ş.
Rifat YAKUT
Makina Teknik Öğretmeni
(Dr. adayı)
Hema Endüstri A.Ş.
Özet
Tarım alanındaki mühendislik uygulamaları, gün geçtikçe artmaktadır. Gelişen teknolojiyle paralel
olarak traktörlerde yapılan yeni çalışmalar, kullanıcının konforunu
arttırmaya yöneliktir. Traktörlerin,
çalışma şartları altında, birçok yük
ve zorlamaya maruz kaldığı bilinmektedir. Traktörü oluşturan ana
gruplardan birisi de şanzıman grubudur. Şanzıman grubunu oluşturan
parçalar; döküm parçalar, dövme
parçalar ve standart yan sanayi parçaları olarak üç gruba ayrılır. Diğer
parçalar gibi, döküm parçaları da
traktörün, tarlada ya da bahçede çalışması esnasında, yük ve zorlamalara maruz kalmaktadır. Dolayısıyla
kritik karakteristik olarak ifade edi-
Şekil 1. Şanzıman
gövdesinin üzerine montajı
yapılmış kapak görüntüsü
len geometrik tolerans ve boyutlarının uygunluğu önem arz etmektedir. Traktör şanzımanlarının
içerisindeki mil ve dişli gibi birçok
parçayı, paslanmalarına ya da hasar
görmelerine neden olabilecek; toz,
kum, çamur gibi tehlikelerden korumak için, lamel grafitli dökme
demir malzemeden üretilmiş olan
şanzıman kapakları kullanılır. Bu
çalışmada, işleme esnasında meydana gelen ya da gelebilecek düzlemsellik problemlerine karşı,
kapağın gövdeye rahatlıkla montajının yapılabilmesi için düzlemsellik
kusurunun hangi değere kadar alınması gerektiği, sonlu elemanlar
paket programı olan ANSYS kullanılarak hesaplanacak ve şanzıman
kapağı için gerekli olan kritik düzlemsellik değeri tayin edilecektir.
Anahtar Kelimeler: Sonlu
Elemanlar Teorisi, Döküm Malzemeler, Kapak
Elemanlarının Düzlemselliği.
Şekil 2. Şanzıman
kapağının montajlı
görüntüsü
20 www.figes.com.tr
Şekil 3.
Montajın sonlu
elemanlar modeli
1. Giriş
Şanzıman kapakları; şanzıman içerisindeki mil ve dişli gibi birçok
parçayı, dış ortamdan gelebilecek
toz ve su gibi, dişlilerin çalışmasına
zarar verebilecek, hasara uğratabilecek ya da paslanmasına neden
olabilecek etmenlere karşı koruyan, genellikle döküm malzemeli
makine parçalarıdır. Şanzıman kapağının, bunların dışında, transmisyonun çalışması esnasında
dışarıya yağ sızıntısını engellemek
ve gürültüyü azaltmak gibi faydaları da vardır. Üzerine montajı yapılan vites kolu ve fincan gibi
parçalara da yataklık eder.
Şanzıman kapağının şanzıman
gövdesinin üzerine bağlantısı, cıvatalarla torklanarak yapılır. Bağlantı yapılmadan önce, kâğıt ya
da sıvı conta gibi sızdırmazlığa
karşı önlemler alınmalıdır. Montajı yapılacak olan işlenmiş şanzıman gövde ve şanzıman kapak
yüzeylerinin düzlemsellikleri iyi
olmalıdır. Düzlemselliği kötü olan
yüzeylerde boşluklar oluşacağı; bu
boşluklardan dolayı yağ sızıntısı
olacağı; bununla birlikte, bağlantı
esnasında cıvatalarla torklanmasından dolayı boşlukların kapağı
eğmeye çalışan bir davranış sergileyeceği ve kapak üzerinde torklamadan doğan gerilmelerin
oluşacağı aşikârdır.
2. Şanzıman
Kapağının Sonlu
Elemanlar Yöntemi ile
Gerilme Analizi
Şekil 2’de, şanzıman kapağının alt
parça ile cıvatalarla montajı görülmektedir. Burada analizi yapılacak
olan şanzıman kapağının temasta olduğu gövdenin büyük hacimli oluşu,
sonlu eleman modelini de büyük yapacaktır. Gövde yerine seçilen
tablanın analiz sonucunu değiştirmeyeceği göz önüne alınarak daha
basit geometrili olan tabla kullanılmıştır. Montajda ön taraftaki boşluk,
şanzıman kapağındaki düzlemsellik
problemini açıkça göstermektedir.
Görülen bu montajdaki kapak ile
gövde arasında 1 mm düzlemsellik
hatası vardır.
Montajdaki parçalar, 1. derece hexahedral ve 2. derece tetrahedral eleman kullanılarak kurgulanmıştır
(Şekil 3). Gövde ve kapak için 6 mm
ve cıvatalar için de 3 mm eleman boyutu kullanılmıştır. Model, 101.677
adet eleman ve 157.570 adet düğüm
noktasından oluşmaktadır.
Kapağın, gövde üzerine bağlantısı,
cıvatalar ile 90 Nm torklanarak yapılmıştır (Şekil 4).
Mö = 0,2 x d2 x Fö
bağıntısından, ön gerilme değeri
Şekil 4.
Cıvatalar ile
kapak ve gövdenin
torklanışı
ARGE DERGİSİ 21
MAKALE
Şekil 5. Kapak üzerinde bağlantı
esnasında görülen deplasman
30.000 N olarak hesaplanmıştır.
Bu yüklemeler altında kapağın
analizi yapılmış olup sonuçlar değerlendirilmiştir.
3. Analiz Sonuçları
Cıvatalar ile gövdeye bağlantısı yapılan kapağın ön kısmında görülen
azami deplasman 1 mm’dir (Şekil 5).
Bu davranış, şanzıman kapağının
temas etmeyen, yani düzlemsellik
kusuru olan bölgesinin gövde ile temasa geçtiğini gösteriyor. Böylece,
cıvata torkundan dolayı kapak eğilmeye çalışmaktadır.
Gövdeye montajı esnasında, cıvata
torkuyla şanzıman kapağında meydana gelen eğilme davranışından
dolayı, kapak üzerinde gerilmeler
oluştuğu görülmüştür. Kapak,
Şekil 6.
Kapak üzerinde
oluşan gerilmeler
(Maksimum
Çeki Hipotezi)
GG-25 olarak bilinen lamel grafitli
dökme demirden üretilmiştir. Lamel
grafitli dökme demirler, oldukça
gevrek davranış sergileyen döküm
malzemeleridir. GG-25 lamel grafitli dökme demire ait teorik kopma
mukavemeti, literatürde 200 ila 250
MPa olarak geçmektedir.
Görülen gerilme değerleri, bazı bölgelerde 200 MPa değerinin üzerindedir (Şekil 6). Bu değerler, gövde
için kopma mukavemet değerine
yakın olduğu için tehlikeli olup;
lamel grafitli dökme demir malzemeler için 165 MPa değerinin üzerindeki
gerilmelerin
çatlak
teşekkülüne neden olduğu da deneysel olarak yapılan çalışmalarda
ispatlanmıştır. Dolayısıyla şanzıman
üzerinde eğilme davranışından dolayı oluşan gerilmelerin, şanzıman
kapağını kıracak boyutta olduğu
açıkça görülmektedir.
4. Sonuç
Şekil 7. Kapak üzerinde emniyet katsayısı incelendiğinde, gerilmelerin yoğunlaştığı bölgelerde
emniyet katsayısının 1,05 değerine düştüğünden dolayı emniyetsiz olduğu görülmektedir.
22 www.figes.com.tr
Yapılan analiz neticesinde, 1 mm ve
üzeri düzlemsellik problemi olan şanzıman kapakları için, gerilmelerin
kırılma boyutunda olacağı anlaşılmıştır. Dolayısıyla şanzıman kapak
parçasının, traktörün çalışma koşullarını da dikkate alarak kopma mukavemet değerine göre 3 kat
emniyetli olabilmesi için, kapak düzlemselliğinin 0,3 değerini geçmemesi
gerekmektedir.
ARGE MERKEZİ TANITIMI
Kale Oto Radyatör San.
ve Tic. A.Ş. ARGE Bölümü
Zeki TOSUN*
ARGE Tasarım Yöneticisi, Kale Oto Radyatör A.Ş.
*Makine Yüksek Mühendisi
K
ale Oto Radyatör A.Ş. 1966 yılında, İstanbul’da kurulmuştur. Kurulmuş olduğu günden
bu yana, motorlu araçlar için motor su soğutma radyatörleri ve ısıtma petekleri ile başlayan
küçük ölçekli üretim, 1980’ler sonrasında hızla artmış,
firma kendi alanında Türkiye’de lider üretici konumuna ulaşmıştır.
Kale
Oto Radyatör
Çayırova
Fabrikası
Kale Oto Radyatör,
600 kişiden fazla deneyimli mühendis
ekibi ve üretim kadrosu ile İstanbul ve Çayırova’da
yerleşik iki ayrı fabrikada yapmakta olduğu üretim faaliyeti ile Türk Otomotiv Endüstri’ne ve ihracat pazarlarına geniş bir ürün yelpazesiyle motor soğutma
radyatörleri, intercooler (hava soğutma radyatörleri),
yağ soğutucuları, yakıt soğutucuları, kaloriferler, kondenser, komple motor soğutma modülleri, HVAC
(Isıtma, Havalandırma ve Klima) sistemlerini ve
yedek parçalarını sunmaktadır.
Kale Oto Radyatör ARGE Merkezi
Tüm alt yapısı tamamlanan
ve yeni modern binasında
hizmet veren ARGE merkezimiz için yapılan başvuru, 15 Aralık 2011
tarihinde, 5746 sayılı kanunun hükümleri uyarınca
kabul edilmiştir.
2011 yılında, ANSYS FEA yazılımının Kale Oto Radyatör bünyesine katılması ile birlikte, ağırlıklı olarak
ANSYS FEA yorulma, titreşim ve mukavemet
analizleri gerçekleştirilmiş ve çalışmalar detaylı raporlanarak müşterilere
sunulmuştur. Catia V5, UG,
Autodesk, Inventor, 3D modelleme
programları ile yapılan geliştirme çalışmalarına ilaveten CFD ve FEA
programları ve komponent bazında radyatör, intercooler, kondenser ve yağ soğutucu tasarımları yapılmakta, aynı zamanda komple modül için
soğutma modülü simülasyon programları kullanılmaktadır.
Tasarım, geliştirme
ve doğrulama çalışmaları kapsamında;
müşteri ihtiyaçları
doğrultusunda, teknolojik gelişmeleri içeren, özgün modül
tasarımları da gerçekleştirilmektedir. Modülün her bir
alt parçası için gerekli tasarım ve geliştirme çalışmaları
tamamlandıktan sonra, bu tasarımların uygunluğu test edilmektedir. Bir sonraki aşama olan prototip üretiminde, üretilecek soğutma ünitesinin;
basınç dayanım, ısıl performans ve ekonomiklik özellikleri incelendikten sonra, yapılan tasarımların istenilen ölçülerde olup olmadığı
kontrol edilerek, nihai değerlere ulaşıldıktan
sonra prototip ürün elde etmek için üretime
geçilmektedir. Son aşamada ise deneme üretimleri gerçekleştirildikten sonra elde edilen
ürünlerin doğrulama testleri yapılır.
ARGE DERGİSİ 23
MAKALE
Hidrolik Abkant
Preslerin Modellenmesi
ve Benzetimi
Ahmet Demirkesen*
Uygulama Mühendisi, FİGES
* Makine Yüksek Mühendisi
1. Giriş
Abkant presler, levha metalleri bükerek şekillendiren ve sac işleme endüstrisinde yaygın olarak kullanılan makinelerdir. Bu presler, baskı
işini gerçekleştiren koça gerekli olan kuvveti
sağlama şekline göre sınıflandırılırlar. Sonuç
olarak bir abkant pres; mekanik, pnömatik,
servo-elektriksel ve hidrolik tahrikli olabilir.
Abkant preslerin bilgisayar denetimli (Computer Numerical Control / CNC) ve hidrolik olanları, endüstride en yaygın kullanılan
biçimleridir.
Makine tasarımında, bilgisayar benzetim (simülasyon)’leri oldukça önemlidir. Bilgisayar benzetimleri, üretilecek makinenin davranışlarını
öngörmemize olanak sağlar. Bu olanak, en uygun
tasarımların gerçekleştirilmesine ve üretim sonrası
hataların en düşük seviyede tutulmasına imkân
tanır. Ülkemizdeki makine üreticileri, mekanizma
benzetimlerinde bir noktaya kadar ulaşmıştır.
Ancak ülkemiz endüstrisinde, hidro-mekanik sistemlere ilişkin bilinen bir modelleme çalışması
yoktur. Hidro-mekanik sistemlere ilişkin öngörüler, tecrübelere ve bir takım hesap tablolarına dayalı gerçekleşmektedir.
1.1.
Çok Disiplinli Sistemler
Fiziğin birden fazla çalışma alanını bir arada içeren sistemler, çok disiplinli (multidomain) olarak isimlendirilir. Bir abkant pres; mekanik,
hidrolik, elektrik ve denetim sistemlerini bir
arada içerdiği için çok disiplinli bir sistemdir.
Geleneksel yöntemler uygulandığında, makinenin her bir alt disiplini, farklı bilgisayar destekli
tasarım (Computer Aided Design / CAD) yazılımları ile tasarlanmakta, bütünsel olarak ele alınamamaktadır.
Çok disiplinli sistemler üzerinde çalışan mühendisler, son ürünün işlevsel bir prototipine bile
24 www.figes.com.tr
Şekil 1. Coşkunöz Teknoloji
Grubu tarafından üretilen bir
hidrolik abkant pres.
sürecin son aşamalarında sahip olabilmektedir.
Sistemin beklenildiği gibi çalışıp çalışmadığı,
ancak sistem bütünleştirildikten sonra anlaşılmaktadır. Sistemin tasarlandığı, gerçekleştirildiği ve bütünleştirildiği aşamalardaki olası
hatalar da ancak son aşamada fark edilmektedir.
1.2. Model Tabanlı Tasarım
Model tabanlı tasarım; çok disiplinli ve karmaşık sistemlerin tasarımındaki güçlüklerin üstesinden gelmek için kullanılan bir yöntemdir.
Sistemi temsil eden bir matematiksel model,
grafiksel bir blok diyagramı ortamında geliştirilir. Model tabanlı tasarımın sağladığı en büyük
artılardan birisi, sadece son aşamada değil; tasarım, çevriminin her aşamasında test ve doğrulamaya olanak sağlamasıdır.
Bu makalede ele alınan çalışma, tamamen Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Model tabanlı tasarım ile çok disiplinli dinamik
sistemlerin modellenmesine olanak sağlayan ve
Mathworks firması tarafından geliştirilen bir yazılım olan Simulink ortamında modeller, blok
kütüphanelerinden faydalanılarak oluşturulur.
Bu çalışmada, fiziksel sistemlerin modellenmesine olanak sağlayan SimScape (Şekil 2) ve hidrolik devre elemanlarını içeren SimHydraulics
kütüphanesinden faydalanılmıştır.
kanik sistemin kendisidir. En sağ tarafta ise
konum, hız, basınç, debi ve güç büyüklüklerinin
çıktılandığı alt sistem yer almaktdır.
Hidrolik devre modeli, daha kolay ele alınabilmesi için güç, akışkan yönlendirme ve iş olmak
üzere, 3 ana kısımda incelenmiştir.
Şekil 2.
SimScape
ve alt
kütüphaneleri
2. Hidro-Mekanik Devre Modeli
Bu çalışmada, bilgisayar denetimli abkant presler için, Hoerbiger firması tarafından tasarlanan
devre şeması esas alınmıştır. Bu devre şeması
içerisinden, sistemin dinamiğine etkisi olmayan
tesisat ayrıntıları sadeleştirilmiştir. Sadeleştirilmiş şema, Şekil 3’te görülmektedir. Gerçek sistem çift silindirli olmasına rağmen, şema tek
silindir için basitleştirilmiştir
2.1. Güç Kısmı
Şekil 5’te, modelin güç kısmı görülmektedir.
1450 rpm sabit açısal hız ile çalışan sabit deplasmanlı pompa ile akışkana enerji kazandırılmaktadır. Pompanın çıkışı, vana grubunun P hattı
ile; vana grubunun T hattı ise hidrolik referans
ile ilişkilendirilmiştir.
Güç kısmı, doğrudan vana grupları ile ilişkilendirilmiştir. Birinci ve ikinci silindir için kullanılan valf grubu, tamamen eşdeğerdir. Bu
nedenden, Şekil 6’da da görüldüğü üzere, valf
grubunun bir kopyası oluşturulup, ikinci silindir
ile ilişkilendirilmiştir.
2.2. Akışkan Yönlendirme (Vana grubu)
Şekil 7’de, yukarıda sözü edilen vana grubu alt
sisteminin içeriği görülmektedir. Alt sistemin
giriş bloklarından, vanaların denetim sinyalleri
sağlanmaktadır. Vanaların açıklığını denetleyen
bu sinyaller, denetim sistemi tarafından sağlanmaktadır. Oransal ve iki konumlu vana eyleyicileri ile vanaların konumları kontrol
edilmektedir. Ön dolum valfi ise kütüphanede
hazır olarak bulunmayıp, hidrolik ilkelerine göre
özel olarak modellenmiştir.
2.3. İş Kısmı
Şekil 3.
Tek silindir
için basitleştirilmiş
devre şeması
Şekil 4’te, ana model verilmiştir. Sol tarafta görülen alt sistem, valflerin açıklığını denetleyen
denetim alt sistemidir. Ortadaki ise hidro-me-
Şekil 8’de işi gerçekleştiren silindirler ve koçu
temsil eden alt sistem açık bir şekilde görülmektedir. Koç, kütle-yay-damper sistemine indirgenerek soyutlaştırılmıştır. Koçun yer değiştirmesi,
koçun hızı, silindirlerdeki basınç ve debi değerleri de dinamik olarak ölçülebilmektedir.
2.4. Parametre Kestirimi Çalışmaları
Model içerisinde kullanılan her bir hidrolik
Şekil 4. Ana model
ARGE DERGİSİ 25
MAKALE
Şekil 5.
Hidrolik
devrenin
güç kısmı
Şekil 6. 1. ve 2. silindirin vana grubu
devre elemanlarının parametreleri, üretici kataloglarından sağlanan verilerden elde edilmiştir.
Benzetim modellerinin kurulabilmesi için gerekli
parametrelerden bazıları (silindir çapı, silindir
stroğu, pompanın debisi, nominal çalışma basıncı
vs.) doğrudan üretici kataloglarında yer almaktadır. Ancak, bazı parametreler doğrudan kataloglardan elde edilememektedir. Sözgelimi,
vanaların geçit alanları, sistemin dinamiği üzerinde son derece etkili olmalarına rağmen, bu
bilgi, doğrudan elde edilememektedir. Belirli basınç farkları (ΔP) altında o vananın sahip olduğu
geçirgenlik (hacimsel debi, Q), geçit alanı ile yakından ilişkilidir. Üretici, geçit alanı değerini vermektense, ΔP-Q grafiklerini vermektedir. Çünkü
Şekil 7.
Vana
grubu
alt sistemi
26 www.figes.com.tr
Tablo 1. Bosch-Rexroth 4WRKE Dört
Yollu Vananın Katalog Verileri ve
Model Çıktıları ile Karşılaştırılması
Basınç Farkı
[Bar]
10
20
50
Şekil 8. İş grubu
geçit alanı değeri, tesisatı tasarlayan kişi için gerekli olmayıp, çalışma grafikleri anlamlı olacaktır.
Bu çalışmada, Bosch-Rexroth 4WRKE dört
yollu vananın parametreleri hesaplanmıştır.
Bunun için bir deney modeli kurulmuştur. Şekil
9’da da görüleceği üzere, test edilen vananın basınç hattına, hem de iş hattına basınç uygulanıp,
belirli bir basınç farkı (ΔP) oluşması sağlanmıştır. İlk olarak, basınç farkı ΔP = 10 bar’a ayarlanmıştır.
Bu çalışmada, parametrelerin tahmini, optimizasyon teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu test modelinde, modelin yanıtı, katalogdan doğru bilinen
bir referans değeri (Tablo 1) ile karşılaştırılarak,
geçit alanı değeri hesaplanmıştır. Tablo 1’de, geçit
alanı değeri hesaplandıktan sonra, modelin farklı
ΔP değerlerine karşılık yanıtı verilmiştir.
Valfin parametreleri doğru bir şekilde hesaplandıktan sonra, oransal vana eyleyicisinin öznitelikleri hesaplanmıştır. Şekil 10’da, kurulan test
modeli görülmektedir.
Debi [L/s]
(Katalog Verisi)
25
35,68
48,41
Debi [L/s]
(Model Yanıtı)
25,03
35,4
55,97
Vana eyleyicisinin modelini kurabilmek için “zaman
sabiti” ve “servo kazancı” değerlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat üretici kataloğunda ise eyleyicinin sadece birim basamak yanıtı bir eğri şeklinde
verilmektedir. O halde, parametre tahminine yönelik
optimizasyon hesabı, birim basamak yanıtı özniteliklerine göre gerçekleştirilmelidir. Bu birim basamak yanıtının sahip olması gereken kısıtları (Şekil 11),
optimizasyon hesabı öncesinde açıkça tanımlanmıştır.
Bu kısıtlara uygun yanıtı sağlayacak en uygun parametreler (Tablo 2) elde edilene kadar, optimizasyon adımları tekrarlanır. Tablo 2’de verilen
Tablo 2. Vana Eyleyicisi Parametreleri
Özellik
Ölü Zaman Gecikmesi [ms]
Yükselme Zamanı [ms]
Oturma Zamanı [ms]
Zaman Sabiti [ms]
Servo Kazancı [1]
Katalog
Verisi
8
6.28
22,42
---
Hesaplanan
---9,21
2,39
Şekil 9. Vana parametrelerinin hesaplanmasına yönelik test modeli
ARGE DERGİSİ 27
MAKALE
Şekil 10. Vana eyleyicisinin parametrelerinin hesaplanmasına yönelik test modeli
bu iki adet değer, doğrudan model içerisine kullanılmıştır.
3. Denetim Sistemi
Bilgisayar denetimli abkant preslerde, denetleyici ortamı olarak çoğunlukla PLC ya da ona eşdeğer donanımlar kullanılmaktadır. Denetim
bakış açısı ile bu sistem bir sonlu durum makinasıdır ve mantıksal durum denetimi ile yönetilmelidir. Mantıksal durum denetimi, olay
tabanlı bir denetimdir ve denetlenen sistemi
durum geçişleri ile yönetir.
Bu model içerisine, valfleri denetleyen denetim
algoritmaları da dâhil edilmiştir. Valf komutlarının koşullara ve olaylara göre değerleri, Tablo
3’te verilmiştir.
Tablo 3’te verilen durumlar, Stateflow şemaları ile
modellenmiştir ve Şekil 12’de verilmiştir.
Şekil 11. Birim basamak yanıtının sahip olması gereken kısıtlar
4. Benzetim Sonuçları ve Yorumlar
Yukarıdaki başlıklarda ayrıntılı bir şekilde tarif
edilen model çalıştırıldığında, sistemin tüm dinamik yanıtı (Şekil 13) gözlemlenebilir. Kesik
ve kırmızı çizgilerle belirtilen zaman aralıkları, Tablo
3’te verilen durum arasındaki ayrımı göstermektedir.
Tablo 3. Vanaların Koşullara Göre Açıklığı
Aşağı Ani Hızlanma
Bekleme
İşlem Aşaması
Tutma
Ani Geri Hızlanma
Şekil 12.
Denetleyicinin
Stateflow
şeması
28 www.figes.com.tr
Koşul/Olay
17 cm mesafeye kadar
17 cm mesafesinde 1 saniye süresince
İş parçasına değene kadar (21,5 cm mesafe)
1 saniye boyunca
0 cm konumuna kadar
2 yollu vana
Açık
Açık
Kapalı
Açık
Açık
4 yollu vana
%100 açık
Kapalı
%43 açık
%43 açık
-%100 açık
Ön dolum vanası
Açık
Kapalı
Kapalı
Kapalı
Açık
Bir abkant pres için önemli
olan bir unsur da bir çevrimin
ne kadar sürede tamamlanacağıdır. Bir üretim bandında
bu çevrimlerin milyonlarca
defa tekrarlanacağı düşünülürse aşamaların ne kadar sürede
tamamlanacağı,
tasarımcı için önemli olmaktadır.
Artık eksiksiz bir model oluşturulduğuna göre, farklı bileşenlerin sonuca olan etkileri
incelenebilir. Sözgelimi, bu
çalışmada kullanılan sabit
deplasmanlı pompa yerine,
basınç telafili bir pompa kullanıldığında, sistemin güç gereksiniminin önemli ölçüde
azaldığı gözlemlenir. Aynı
model, iki farklı pompa tipiyle çalıştırıldığında, elde
edilen zaman-güç gereksinimi grafiği, Şekil 14’te verilmiştir.
Basınç telafili pompalar, sisŞekil 13. Tek bir çevrimin dinamik yanıtı
temin basınç gereksinimine
göre, debi miktarını değiştirerek enerji tasarrufu sağlarlar. Şekil 14’teki eğrilerin
altında kalan alan hesaplandığında, basınç telafili pompaların bir çevrim için yüzde
28,5 enerji tasarrufu sağladığı
görülür.
Aşamaların tamamlanma süŞekil 14. Farklı pompa türleri ile presin “zaman-güç gereksinimi” grafiği
releri ise Tablo 4’te verilmiştir.
Tablo 4’e göre, basınç telafili pompanın, çalışma 5. Sonuç
başarımından kayıp sağlamadan enerji tasarrufu Bu çalışmada, Hoerbiger firması tarafından sağlanan hidrolik devre şeması esas alınarak, bir
gerçekleştirdiği açıkça görülmektedir.
hidrolik abkant presin modeli geliştirilmiştir.
Tablo 4. Aşamaların
Model içerisinde kullanılan hidrolik elemanlaTamamlanma Süreleri
rın bilinmeyen parametreleri, katalog verilerinTamamlanma
Tamamlanma
den faydalanarak optimizasyon yöntemleri ile
Süresi
Süresi
Aşama
hesaplanmıştır. Denetim algoritmaları ise durum
(Sabit-Deplasmanlı (Basınç Telafili
akış diyagramları ile tamamlanmıştır. Doğru bir
Pompa ile)
Pompa ile)
model elde edildikten sonra, makinenin konum,
Aşağı Ani
hız, basınç debi, güç gereksinimi gibi dinamik
1,25 s
1,25 s
Hızlanma
büyüklükleri incelenmiştir. Farklı bir pompa
İşlem Aşaması 4,3 s
4,28 s
türü kullanarak da çalışma başarımından ödün
Ani Geri
vermeksizin enerji tasarrufunun sağlanabileceği
1,62 s
1,62 s
Hızlanma
gözlemlenmiştir.
ARGE DERGİSİ 29
MAKALE
Dental İmplant Analizleri
Onur AĞDACI *
Yapısal Analiz ve Tasarım Ekibi - İzmir, FİGES
* Makina Mühendisi
1. Giriş
Diş implantları; travma, çürük, endodontik veya
periodontal patolojiler sebebi ile çekim endikasyonu bulanan veya kaybedilen dişlerin telafisi
amacı ile atravmatik cerrahi operasyon tekniğiyle çene kemiklerine yerleştirilerek diş kökü
işlevini gören; genellikle kök veya vida formunda, çoğunlukla titanyum ve alaşımlarından
mamul cisimlerdir.
Günümüzde doğal dişlere en iyi alternatif olan
diş implantlarının, işlevini daha sağlıklı bir şekilde yerine getirmesi ve kullanım süresince ortaya çıkabilecek sıkıntıların en aza indirilmesi
amacıyla uluslararası kuruluşlar tarafından standartları belirlenmiştir (Food and Drug Administration [FDA], ISO 14801). Üretimi
gerçekleştirilecek olan implantların, uluslararası
kuruluşlar tarafından belirlenen bu standartları
yerine getirmesi gerekmektedir.
Sonlu elemanlar teknolojisindeki gelişmeler ve
Şekil 1.
Yükleme
durumu
30 www.figes.com.tr
ANSYS'in bu teknolojiyi kullanıcı dostu haline
getirmesi, birçok alanda olduğu gibi, medikal
alanda da çok sayıda yeniliği beraberinde getirmektedir. Geliştirilen yeni dental implant modellerinin standartlar tarafından belirlenen
koşulları sağlayıp sağlamadığı, ANSYS ortamında simüle edilerek gözlemlenebilir. Böylelikle test işlemi esnasında ortaya çıkabilecek
sıkıntılar, henüz tasarım aşamasındayken tespit
edilerek gerekli düzenlemeler yapılabilir. Bu sayede, zamandan ve ilave testler için gereken harcamalardan da tasarruf edilebilir.
Bu çalışmada, NucleOSS firması tarafından belirlenen dental implant modellerine, standartlarda belirtilen yükleme ve sınır koşulları,
nonlinear kontak modelleri kullanılarak uygulanmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.
2. Test Standartları
ISO 14801 test standardı, imal edilmiş tek bacaklı dental implant modelleri ve bu implant
modellerine ait bileşenlerin yorulma test metodunu tanımlamaktadır. Genellikle farklı boyut
ve tasarımlardaki dental implant modellerinin
karşılaştırılmasında kullanılır. Bu test standardı,
bir kemik içi dental implant gövdesi ve bileşenlerinin, "en kötü durum" koşulları altında oluşabilecek fonksiyonel yükleme durumlarına karşı
davranışlarını inceler.
Dental implant gövdesi, tutucu numune parçasına, standartlarda belirtildiği üzere, Şekil 1’deki
gibi yerleştirilir. Belirlenen yükleme değeri, dental implant ekseni ile 30 derecelik açı yapacak
şekilde sisteme uygulanır. Belirlenen bu yükleme
değeri, tekrarlı yüklemeler halinde uygulanarak
sistemin ömrü tespit edilir. Bir dental implantın
başarılı sayılabilmesi için, elde edilen ömür değerinin, standartlarda belirtilen ömür değerinden yüksek olması gerekmektedir. Ayrıca birden
fazla implant modeli üzerinde yapılacak benzeri
çalışma ile sonuçların doğrulanması da gerekmektedir.
3. Nonlinear Kontak Modeli
1600'lü yıllarda Robert Hook, "Hook Yasası"
olarak da bilinen, kuvvet (F) ve yer değiştirme
(u) arasındaki doğrusal ilişkiyi tanımlamıştır:
F = Ku
Rijitlik matrisi K, lineer yapılarda sabitken, nonlineer yapılarda yüklemeye bağlı olarak değişir.
Nonlineeritenin üç temel nedeni vardır.
1. Geometrik Nonlineerite: Yapılarda meydana
gelen büyük yer değiştirme sonucu rijitlik
matrisinin değişmesi (Şekil 2).
Şekil 2. Geometrik nonlineerite
2. Malzeme Nonlineeritesi: Doğrusal olmayan
gerilme-gerinme ilişkisi sonucu, rijitlik
matrisinin değişmesi (Şekil 3).
Şekil 3.
Malzeme
nonlineeritesi
3. Kontak: Temas halinde olan parçaların,
temas edip ayrılmaları gibi durumlarında
meydana gelen değişimler sonucu, rijitlik
matrisinin değişmesi (Şekil 4).
Şekil 4. Kontak nonlineeritesi
4. Dental İmplant
Analizleri
Bu çalışmada, ISO 14801 standardı tarafından belirtilen yükleme ve sınır koşulları, nonlinear
sürtünmeli kontak modelleri kullanılarak 5 farklı dental implant
modeli için uygulanmış ve deformasyon ve gerilme değerleri incelenmiştir.
Dental implant modellerinde, ortalama 92.000 düğüm noktası ve
52.000 eleman kullanılmıştır. Dental implantlara ait sonlu elemanlar modelleri, Şekil 5’te verilmiştir.
Eleman sayısını azaltmak amacıyla "Tutucu Numune" katı cisim olarak modellenmiş ve alt yüzeyi "Uzak Sınır Koşulu"
kullanılarak sabitlenmiştir. Standartlarda belirtilen yükleme değeri, implant
modelinin üst kısmında yer alan ve normali implant ekseni ile 30 derece açı yapacak şekilde hazırlanmış yüzeye
Şekil 5.
Dental
implanlara
ait sonlu
elemanlar
modelleri
ARGE DERGİSİ 31
MAKALE
Şekil 6.
Toplam
deformasyon
etki etmektedir. Dental implant modellerinde meydana gelen toplam deformasyon miktarı, Şekil 6'da gösterilmiştir.
Dental implant modellerinde meydana gelen eşdeğer gerilme değeri ise Şekil
7’de verilmiştir.
Çok parçalı T3, T4 ve T5
dental implant modellerinde, nonlineer sürtünmeli
kontak modelleri kullanılmıştır. Böylelikle bu
kontaklardaki ayrılma gözlemlenebilmektedir.
Yükleme durumu neticesinde kontak bölgelerinde meydana gelen örnek bir ayrılma, Şekil
8’de gösterilmiştir. Kontak bölgelerindeki bu değişim, dental implant sisteminin mukavemetini
etkilemektedir.
Elde edilen veriler ışığında belirlenen dental
implant sistemi, ISO 14801 standartlarına göre
teste tabi tutulacaktır.
Şekil 7. Eşdeğer gerilme
32 www.figes.com.tr
Şekil 8. Kontak ayrılması