Eksenel Yüklü Tel Halat Demetlerinin Sonlu Elemanlar Metodu İle Modellenmesi Ve Analizi

Abstract

Sahip olduğu kompleks geometriden dolayı bir halat teli yükleme sırasında uzama, kesme, eğilme, burulma, temas, sürtünme ve olası yerel plastik davranış etkilerinin birleşimine maruz kalır. Eksenel yükleme (uzama ve burulma) uygulandığında, bu yapılar yükleme sonrasında da helisel karakteristik özellik gösterebilir. Dolayısıyla, bu özellik bu tür yapıların analizini basitleştirmede kullanılabilir ve böylece sayısal çözümlemelerde model büyüklüğü azalır. Bu tez çalışmasında, helisel simetrik sınır şartlarının formülasyonu ve sonlu eleman metodu kullanılarak genel bir demet modeli sunulmuştur. Oluşturulan model uzama, kesme, burulma, temas ve yerel plastik davranış etkilerini göz önüne almaktadır ve basit tel halat demetinin davranışını belirlemede başarıyla kullanılmıştır. Bununla birlikte, analitik olarak belirlenmesi güç olan gerilim dağılımı bu model ile tespit edilebilmiştir. Çoğu demet modelinde olduğu gibi halat ucunun bağlantı şartlarını ihmal etmek için halatın yeterince uzun olduğu kabul edilir. Elde edilen sonlu eleman analiz sonuçları analitik Costello teorisi ve Utting ile Jones’in deneysel sonuçlarıyla uyumludur. Çalışmanın sonunda uç bağlantılarının etkisini incelemek üzere 7 telli halat demeti için bir sonlu eleman modeli geliştirilmiştir. Böylelikle, uç bağlantılarının temas kuvveti üzerindeki etkisi ve bunun sonucu olarak teller arası izafi hareketler belirlenmiştir.Due to its complex geometry, a wire in rope is subjected to the combined effects of tension, shear, bending, torsion, contact, friction and possible local plastic yielding when loaded. When they are subjected to axial loads (tensile and torsional), these structures may still exhibit the helically symmetric characteristic after loading. For this reason, this feature can be used to simplify the analysis of these structures and to reduce model size in numerical simulations. In this study, the formulation of helically symmetric boundary conditions is used and a general strand model using the finite element method (FEM) is presented. The model is capable of taking into account the effects of tension, shear, torsion, contact, friction and possible local plastic yielding and has been successfully used to predict the global behavior of simple straight wire rope strand as well as the stress distribution, which are very difficult to predict analytically. As most of the strand models, the length of the strand is assumed sufficiently long for the clamping conditions to be negligible. The finite analysis results showed excellent agreement with the analytical theory of Costello and the experimental results of Utting and Jones. At the end of this study, a finite element model of a seven – wire strand has been developed for the analysis of termination effects. The effects of a fixed-end termination on the contact forces and the resulting relative movements between the wires along the contact lines have been determined.