LEE- Konstrüksiyon Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19357

Gözat

Yazar "İmrak, Cevet Erdem" ile LEE- Konstrüksiyon Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Üretken tasarım metodu ile yük kancası tasarımının optimizasyonu
    (İTÜ Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-06-24) Sofracı, Cihat ; İmrak, Cevet Erdem ; 503201205 ; Konstrüksiyon
    ük kancaları, inşaat ve lojistik gibi çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılan önemli mekanik bileşenlerdir. Bu bileşenlerden beklentimiz, konteynerler ve diğer mekanik ekipmanlar gibi ağır yükleri taşıyabilmesidir. Özetle, ağır yükleri kaldırmak ve taşımak için tasarlanmışlardır. Sahada hizmet verirken, aynı zamanda güvenlik ve verimlilik gereksinimlerini de karşılamalıdır. Endüstriler birçok alanda ilerledikçe, daha güçlü, daha hafif ve daha ekonomik yük kancalarına olan ihtiyaç artmaktadır. Geleneksel vinç kancası tasarımları, temel olarak analitik hesaplamalara dayanır; bu da önemli geometrik kısıtlamalar getirir ve ağırlık dağılımı ile malzeme verimliliği açısından optimal olmayan aşırı güvenlikli tasarımlara yol açar. Grafik işlem yeteneklerinin gelişmesiyle birlikte, özellikle yapay zeka destekli optimizasyon teknikleriyle desteklenen son hesaplama yöntemlerindeki ilerlemeler, bu temel bileşenlerin tasarımını ve performansını iyileştirmek için yeni fırsatlar sunmaktadır. Üretken tasarım, yapay zeka algoritmalarını kullanarak birden fazla tasarım iterasyonu oluşturan ve belirlenen kısıtlamalar ile hedeflere dayalı optimize edilmiş çözümler üreten nispeten yeni bir yaklaşımdır. Yalnızca malzeme çıkarımına odaklanan geleneksel topoloji optimizasyon yöntemlerinin aksine, üretken tasarım, malzeme eklenmesi ve yeniden dağıtılmasını sağlar, bu da yapısal olarak daha iyi ve üretilebilir tasarımlar ortaya çıkarır. Öte yandan üretken tasarım ve 3 boyutlu yazıcıların gelişimi birbirini karşılıklı olarak besleyen ve hızlandıran bir döngü yaratmıştır. Katmanlı üretim (additive manufacturing) sayesinde üretken tasarımın sağlayabildiği üretilmesi zor veya eskiden imkansız olan optimize edilmiş organik tasarımların üretilmesi mümkün kılınmıştır. Yani bu iki teknolojinin birbiriyle olan etkileşimi bir tür kendi kendine güçlenen döngü oluşturmuştur. Bu yüksek lisans tezinde, DIN15401 standartlarında NR025 numaralı P Sınıfı St-52-3 malzemeden sıcakta dövme yöntemi ile üretilmiş tek ağızlı basit kanca üzerinde çalışmalar yapılmıştır. İlgili kanca önce DIN 15401 standardının belirlediği sınırlar çerçevesinde nominal ölçülerde 3 boyutlu olarak Solidworks yazılımında çizilmiştir. Çizilen yük kancası daha sonra sonlu elemanlar yazılımı ile ağ yapısı oluşturulup maksimum 10 KN yüke kadar yüklenmiştir. Çıkan sonuçlar detaylı bir şekilde irdelenerek yük kancasının en kritik kesiti olan A-B kesiti boyunca gerilmelerin yönü ve değerleri incelenerek ilgili malzemenin akma değerleri ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma neticesinde tahmini olarak en çok malzeme azaltma işleminin yapılabileceği kısımlar belirlenmiştir. Daha sonra sonlu elemanlar modelinin doğrulanması amacıyla A-B kesitinin iç ve dış yüzey noktalarına dikey ve yatayda tek noktada ölçüm yapabilen rozet tipi gerinim ölçerler yerleştirilmiştir. Kanca belirli bir yük aralığında yüklenerek yüke karşılık gelen iki yöndeki gerinim yüzdesi değerleri elde edilmiştir. Bu değerler aynı yük aralığında yüklenen sonlu elemanlar modelinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmanın ardından Taguchi metodunun belirlediği limitler arasında malzemenin elastisite modülü ve possion oranı değiştirilerek, test ile analizdeki gerinim değerlerinin birbirine en yakın olduğu varyasyonun elastisite modülü ve Poisson oranı bulunmuştur. Doğrulanan SEM (Sonlu Elemanlar Metodu) modeli ve test sonucuna en yakın malzeme fiziksel özellikleri ile Fusion 360 Üretken Tasarım aşamalarına geçilmiştir. Yük kancasının gerilme dağılımına göre en yüksek malzeme kazancının sağlanacağı hacim belirlenmiştir. Belirlenen hacim, kısıtlamalar ve sınır koşulları tanımlanarak programa tanıtılmıştır ve çalıştırılmıştır. İlgili yazılım belirtilen sınırlar çerçevesinde en uygun 4 adet tasarımı, üretilebilecek yöntemler ile birlikte sunmuştur. Önerilen tasarımların ağırlıkları, orjinal yük kancası tasarımının ağırlığı (640 gr) ile karşılaştırılmıştır. En düşük ağırlık kazancı %38,1 ile üçüncü alternatifte, en yüksek ağırlık kazancı ise %46,5 ile ikinci alternatifte olduğu görülmüştür. En yüksek ağırlık kazancını sunan ikinci alternatifin doğrulanması amacıyla ayrı bir sonlu elemanlar modeli yapılmıştır ve yüksek çözünürlükte ağ yapısı oluşturulmuştur. Maksimum gerilme 281,67 MPa olarak gözlemlenmiştir ve akma sınırının (315 MPa) altındadır. Daha sonra kancanın serbest ucu ile C-D kesiti arasında bir iyileştirme yapılmıştır. Malzeme bütünlüğünü sağlayıp bu kısımdaki güvenliği artırmak amacıyla koruma geometrisi revize edilmiştir ve beşinci alternatif oluşturulmuştur. Bu alternatifte %39.4 ağırlık kazancı sağlanmıştır. Bu çalışmada önerilen alternatif beşinci alternatif olmuştur. Sonuç olarak bu yüksek lisans tez çalışması, üretken tasarım metodu uygulanarak, geleneksel tasarıma sahip yük kancasının %39,4'e varan ağırlık kazancı ile yeniden tasarlanabileceğini ortaya koymuştur.