Bir yük kancasının topoloji optimizasyon ile tasarım ve analizi

Tasarım eniyilemesi (optimizasyon), tekrarlı yüklere maruz kalan mekanik bir görev ifa eden parçaların dayanımı ve dolayısıyla ömür artışının sağlanabildiği bir süreçtir. Parçada dayanım artışının yanı sıra ağırlık azaltılması da ana hedeftir. Topoloji eniyilemesi, tasarımda söz konusu parametrelerin (ağırlık ve dayanım) daha iyi kontrol edilebildiği bir yöntemdir. Her gün yenisinin eklendiği topoloji eniyilemesi yöntemleri, tasarım süreçlerini kolaylaştırmakta ve tasarım çeşitliliği sağlamaktadır. Bu kapsamda bu tezde yük kancaları ele alınarak statik ve yorulma davranışları incelenmiştir. Başta topoloji eniyilemesi olmak üzere farklı yöntemler kullanılarak yük kancalarının olağan koşullarda dayanımlarının ve yorulma ömürlerinin azamiye çıkarılmasına çalışılmıştır. İlk olarak, standart bir yük kancasının topoloji eniyilemesi ve yorulma analizi gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte yeni modellerin elde edilmesinde, topoloji eniyilemesi yöntemi olan "yoğunluk bazlı metot" (density-based) kullanılmış ve parametrik delik operasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra parametrik delik operasyonunu doğrulamak için topoloji etüdü parametreleri değiştirilerek standart kancaya yeniden yoğunluk bazlı metot uygulanmıştır. Bu çalışmada, ağırlığın azaltılması yanında standart numunenin dayanımının korunması amaç edinilmiştir. Ele alınan DIN15401-2,5 yük kancasının topolojik değerlendirilmesine bağlı olarak elde edilen yeni modeller standart kanca ile kıyaslanmıştır. Sonuçlar tasarımcılara standart numunelerin sahip olduğu dayanıma ek olarak daha hafif bir numune üretme olanağı sağlayacaktır. İkinci olarak standart bir yük kancasında düşük ağırlık ve yüksek dayanım hedefinin gerçekleştirilmesi için kancaya hücresel iç boşaltma uygulanmıştır. Bu çalışmada gövde merkezli kübik hücreler kullanılmış ve bunlar kancaya statik analiz sonuçları doğrultusunda yerleştirilmiştir. Ortaya çıkan modelde bir miktar dayanım artışıyla birlikte ağırlık da azalmıştır. Yöntemin geliştirilmesi durumunda daha iyi sonuçlar elde edilebileceği öngörülmektedir. Üçüncü aşamada, ele alınan standart kancanın (DIN15401-2,5) yapısal açıdan performansı daha yüksek bir üst modelinin elde edilmesi için farklı bir yönteme başvurulmuştur. Bu yöntem literatürde "eleman silme metodu" (element removal method) adını almıştır. Bu kapsamda ANSYS paket programının parametrik dili kullanılarak bir bilgisayar kodu geliştirilmiştir. Sonlu elemanlar modeli üzerinde değişiklik yapılan bu yöntemde bir parametreye bağlı olarak elemanların silinmesiyle yeni modeller üretilmiştir. Nihayetinde elde edilen modeller dayanım ve ağırlık parametrelerinden en az biriyle standart kancaya göre üstünlük sağlamıştır.