Topoloji optimizasyonu ile cam ambalaj üretiminde optimum tasarım ve analizi

Ambalaj sektörü son yıllarda çok farklı malzemeler kullanarak ve çok farklı şekillerde tasarlanarak önemli gelişmeler kaydetmiş ve gelişmiştir. Cam ambalajın kimyasal ve fiziksel özellikleri gereği tasarım aşamasında son derece dikkatli ve tecrübeli olmak gerekmektedir. Cam kadar sert ve esnek olmayan bir malzemenin tasarımında özellikle darbe ve fiziksel mukavemet durumlarına karşı özel tasarımlar gerekmektedir. Müşteri cam ambalaja koyacağı ürününü en iyi şekilde sergileyecek bir yandan da fiziksel ve kimyasal olarak güvende olacağı bir cam ambalaj tasarımı beklemektedir. Cam ambalajın üretiminde ki en büyük maliyetlerden hammadde ve enerji giderlerini en aza indirgemek için cam ambalajın tasarımının optimum cam ağırlığında yapılması gerekmektedir. Ayrıca cam ambalaj üretiminde kullanılan kalıpların son derece pahalı olması ve termin sürelerinin uzun olması yeni tasarımı yapılan cam ambalajların deneme üretimlerinin de maliyetini arttırmaktadır. Cam ambalajın mühendislik ve matematik açısından son derece karmaşık olan tasarımı klasik yöntemde bazı kabuller doğrultusunda yapılabilmektedir. Sonlu elemanlar yöntemi ise klasik kabullerin aksine geniş bir sistemi sonlu elemanlar denen daha küçük bileşenlere ayırır. Ayrılan her bir bileşene uygulanan sınır ve yük değerleri ile problem çözüme kavuşturulur. Klasik yöntem ile tasarlanan ürünün sonlu elemanlar analizi sonuçları ile ürünün fiziksel testleri karşılaştırılarak, sonlu elemanlar yönteminde elde edilen sonuçların fiziksel testlere olan yakınlığı öğrenilebilir. Daha sonrasında ise geleneksel tasarımın sonlu elemanlar analizlerinde elde edilen sonuç verileri ile topoloji optimizasyonu yapılarak geleneksel tasarımda yapılacak olan hafifletmenin ve şekil revizyonunun en optimum değerde veya bu değere çok yakın olarak final tasarımın yapılması mümkündür. Başka bir ifade ile topoloji optimizasyonu, istediğimiz sınır ve yükler altında belirlenen bölgede malzeme dağılımını optimize eden ve böylelikle tasarımın optimize edilmesine yardımcı olan yeni bir yaklaşımdır. Bu sayede birçok alternatif çizim yapılması yerine mevcut tasarımın en optimum tasarıma dönüştürülmesinin daha hızlı ve kolay olacağı öngörülmektedir. Bu tez içerisinde örnek olarak geleneksel yöntemle tasarımı ve üretimi yapılarak fiziksel kontrolleri tamamlanmış bir tasarımın sonlu elemanlar analizi yapılarak elde edilen sonlu elemanlar analiz sonuçlarının doğruluğu kontrol edilmiştir. Daha sonrasında geleneksel tasarım topoloji optimizasyonu ile optimize edilerek tekrardan sonlu elemanlar analizi yapılarak yeni tasarımın istenilen sınır şartlarındaki dayanımı incelenmiştir. Optimize edilen tasarımda ürün ağırlığı %8, maliyet ise %8.49 yaklaşık olarak azaltılmıştır. Ayrıca topoloji optimizasyonu ile optimum tasarımın çevreye daha duyarlı ve sürdürülebilir üretime katkısı açıklanmıştır.