İzogeometrik Analiz Teorisi’nin Kirislerin Yapısal Analizi Üzerine Uygulamaları

Abstract

Nümerik analiz alanında yeni bir uygulama olan izogeometrik analiz teorisi bu çalışma kapsamında düz ve serbest eğrisel şekilli izotropik ince kirişlerin yapısal analizi üzerinde ve yanı sıra izotropik ve kompozit yapılı kalın krişlerin analizi üzerinde uygulanmıştır. İzogeometrik analiz yaklaşımının nihai amacı, bilgisayar destekli tasarım aracı ile sonlu elemanlar metodu işlemcisini aynı yazılım içerisinde birbirleriyle direkt ilişki içerisinde çalışmasını sağlayacak bir analiz ortamının yaratılmasıdır. Bu da yerdeğiştirme, sıcaklık, hız gibi analiz değişkenlerinin dağılımının hesaplamında kullanılan dağılım fonksiyonlarının aynı zamanda problem geometrisinin oluşturulmasında da kullanılması ile gerçekleştirilir. Başka bir deyişle çözüm ağı yapısının da problemin çözümünde kullanılan dağılım fonksiyonlarının uygun bir şekilde harmanlanması ile oluşturulması, tüm sayısal içeriğin aynı fonksiyonlardan türetilmilmesine olanak sağlar. Nihai sonuçlar izogeometrik analiz içinde kullanılan fonksiyonların polinom derecesi yükseltildikçe, serbest eğrisel kirişler ve kompozit kalın kirişler de dahil olmak üzere, serbestlik derecesi düşük tutularak yüksek doğruluklu sonuçlara ulaşılabilineceğini göstermiştir. Kalın kompozit kirişlerin silindirik eğilme altındaki analizinde düşük serbestlik derecesi ile halihazırda ticari bir paket programın sahip olmadığı hassaslık elde edilmiştir. Sonuçlarda çok yüksek doğruluk sağladığından bu çalışma, izogeometrik analiz teorisinin sözkonusu koşullar altında kirişlerin yapısal analizinde alışılagelmiş sonlu elemanlar metoduna alternatif olarak kullanılabileceğini göstermiş ve ileri çalışmalar için gerekli olan yazılım birikiminin oluşturulmasını sağlamıştır.

A novel method in numerical analysis called isogeometric analysis is applied on structural analysis of straight and free shaped slender beams as well as isotropic and composite thick beams in this thesis framework. Eventual goal of isogeometric approach is based on the idea of combining CAD tools and FEM solvers under a single software structure. This is simply ensured by appying same blending functions both to define the distribution of analysis variables and for modeling the problem geometry to be analysed. In isogeometric analysis approach, the CAD tool that constructs the computational domain are the NURBS. Since NURBS allows defining exact geometries when the mesh structure is constructed by NURBS, computational domain exactly matches with the problem geometry. Eventual results exposed that using higher order basis functions allows isogeometric analysis to get more accurate results than conventional FEM even in the analyses of free formed slender beams and composite thick beams with a fewer number of elements and degrees of freedom. Since the results are clearly satisfactory, this work indicates that isogeometric analysis theory is a suitable tool for the structural analysis of the beams and can be a very strong alternative of conventional FEM in numerical analysis area.