Ev tipi bir fırının düşme testinin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi

Nakliye sırasında bir ürünün düşme riski sadece son kullanıcı noktasında değil ürün paketlendikten sonraki her an için bulunmaktadır. Olası bir düşme nedeniyle hasar görerek kullanılamaz hale gelecek ürün, satışa hazır bir mamülün satılamaz hale gelmesi anlamına geleceği için kaynak kaybına yol açacaktır. Yüksek sayıda üretim yapan işletmelerde küçük oranda bile bu hasarın görülmesi toplamda ciddi maliyetlere yol açmaktadır. Nakliye sırasında hasarı önlemek için beyaz eşya sektöründe genleştirilmiş polistren (EPS) yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca düşme hasarını önleyici tasarımlar ve malzeme çalışmaları gerçekleştirilmektedir. Bu konuda düşme testi önemli bir tasarım girdisini oluşturmaktadır. Buna ek olarak düşme testi bir ürüne üretim onayı verilmesinde de önemli bir aşamadır. Bu testte fabrikadan çıkmaya hazır bir ürün kullanılması ve testtin sık sık gerçekleştirilmesi nedeniyle testin masrafı oldukça fazladır. Testin doğal bir kısıtı ise çarpma sırasında ürünün dinamiklerinin ve ürünü oluşturan parçaların hareketlerinin ambalaj malzemesi nedeniyle tam olarak gözlemlenememesidir. Bahsedilen bu maliyet etkeni ve daha detaylı inceleme imkanı, fırının düşme testinin sayısal olarak modellenmesi fikrini doğurmuştur. Çalışma kapsamında ilk olarak literatür çalışması gerçekleştirilmiş ve düşme testi için detaylı sayısal modellerin beyaz eşya sektöründe yaygın olmadığı görülmüştür. Çalışmanın diğer bir motivasyonunu bu oluşturmaktadır. Literatür çalışmasının ardından sayısal modelin Hypermesh programı kullanılarak modelleneceği ve çözücünün Radioss olacağı belirlenmiştir. Fırında düşme sırasında darbe etkisinde kalacak temel malzemeler genleştirilmiş polistren ve fırının çoğunu oluşturan çelik saclardır. Sistemdeki elektronik komponentlerin bir kısmı göz ardı edilirken, motor gibi diğer parçalara göre daha fazla kütleye sahip parçalar modellenmiştir. Sayısal model sonucu saclardaki plastik deformasyonları görebilmek için Radioss çözücündeki malzeme modelleri incelenmiş ve uygun malzeme modeli belirlenerek fırında kullanılan sacların bu malzeme kartına uygun parametreleri belirlenmiştir. Genleştirilmiş polistrenin mekanik davranışının uzama hızına bağlı olması ve özel yapısı sayısal olarak modellenmesindeki en büyük zorluklardır. Genleştirilmiş polistrenin sayısal olarak modellenmesi hakkında da detaylı literatür çalışması yapılmış ve Radioss'ta kullanılabilecek olası malzeme modelleri belirlenerek en uygununu belirlemek amacıyla ön sayısal modeller kurulmuştur. Bunun sonucunda malzemenin uzama-gerilme eğrisini modele girmeye imkan sağlayan Law 33 malzeme modelinde karar kılınmıştır. Deneysel çalışmalar ve sayısal modelin oluşturulması paralel olarak yürütülerek sayısal modelin gerçek duruma olabildiğince yakın olması sağlanmıştır. Bu kapsamda prototip olarak hazırlanmış bir fırına farklı pozisyonlarda düşme testi uygulanmış ve sonuçlar sayısal modelin çıktılarıyla karşılaştırılmıştır. Tez çalışmasının çıktısı olarak düşme testininin bilgisayar ortamında daha tasarım aşamasındayken gerçekleştirilmesini sağlayacak bir sayısal modeli kurulmuştur. Kurulan model testler ile doğrulanmıştır. Sayısal model, gerçekleştirilecek gerçek düşme testlerin sayısını azaltarak maliyet avantajı sağlayacak hem de daha tasarım aşamasında düşmeye uygun tasarım yapılmasını sağlayacağı için sonradan oluşması olası hasarları ve gereksiz emek kaybını önleyecektir. Sayısal modelin bir diğer çıktısı ise polistren malzemenin tasarımına girdi teşkil edecek olmasıdır. Sayısal modelde gerçekleştirilecek optimizasyon işlemleri sayesinde optimum polistren malzeme miktarını belirlemek mümkün olacaktır. Bu sayede hem gereksiz malzeme kullanımının önüne geçilecek hem de ürünün ambalajı gereğinden büyük olmayacağı için nakliye masrafları azalacaktır.