Bilgisayar Destekli Mühendislik

Bu site sonlu elemanlar analizi üzerine hazırlanan eğitim notları ve makalelerin paylaşılması için Caner Özgür Özbaşlı tarafından hazırlanmıştır.
Herkese faydalı olması dileğiyle...

Sonlu elemanlar konularında eğitim almak isteyenler, projelerine tecrübeli destek arayanlar
bidemcae@gmail.com adresine mail atabilir.

Desteklenen Yazılımlar

- Ansys Classic
- Ansys Workbench
- Catia
- Abaqus

Analiz Çeşitleri

- Lineer ve Nonlineer Statik Analiz
- Titreşim Analizi
- Burkulma Analizi
- Termal Analiz
- Akışkan Analizi
- Yorulma Analizi

Bu gadget'ta bir hata oluştu

4 Ağustos 2009 Salı

Catia V5 Analiz

Caner Özgür Özbaşlı

Herkesin Kullanabileceği Catia V5 Analiz Çözümleri


Endüstride Zaman Parametresi
Hızla gelişen otomotiv ve savunma sanayiinde en önemli parametre zaman haline gelmiştir. Firmaların birbirleri ile yarışı artık zamana karşı yarışa dönmüş ve kısa sürede kaliteli çözüm elde etmek için arayışlara girilmiştir.
Son yıllarda, bu arayış bilgisayarlar ile desteklenmiş ve yeni aşamalar ortaya çıkmıştır. Bunlar, CAD/CAM/CAE olarak adlandırılan tasarım, imalat ve mühendislik alanlarında bilgisayar desteği kullanılan aşamalardır. Yeni bir ürünün geliştirilmesinde geçilen süreçlerin çoğu bilgisayarda sanal ortamda gerçekleştirilmekte, zamandan ve maliyetten önemli kazanç elde edilmektedir.
En önemli kazançlardan biri, sanal ortamda CAE(Computer Aided Engineering) ile ürünün çalışma şartlarındaki fonksiyonelliğinin ve dayanımının analiz edilmesidir. Böylece, ürünün prototipinin üretilip gerçek ortamda test yapılmasına gerek kalmamaktadır. Sonuç olarak, prototip üretimi ve test için harcanan zaman ve maliyetten kazanç sağlanmakta, yeterli kalitedeki ürün daha hızlı olarak pazara çıkmaktadır.
Dünyanın önde gelen PLM(Product Lifescycle Management) yazılımı olan Catia V5 ile CAE analizi yapmak çok kolaydır. Catia’nın çok bilinen alışılmış ara yüzünden hem CAD hem CAE araçları kullanılabilmekte, ikinci bir yazılım ve personele gerek kalmamaktadır. Tek yazılım altında tüm CAD/CAM/CAE araçlarının bulunması data transferinde olabilecek sorunlar ve zaman kaybını ortadan kaldırmaktadır. Catia’nın sonuç almaya yönelik “Generative” analiz modülleri sayesinde manuel olarak yapılan birçok iş otomatik olarak yazılım tarafından yapılmaktadır. Bu sayede çalışma hızlanır, birçok deneme sonucunda optimum tasarıma daha az maliyet ve zaman harcanarak ulaşılır.
Şekil 1. Farklı yazılımlar arasında data transferi ihtiyacı
Neden Catia V5 Analiz?
Halen birçok firmanın bünyesinde tasarım ve analiz mühendisliği olarak iki ayrı bölüm bulunmaktadır. Tasarım mühendisleri, CAE yazılımlarını kullanmadıklarından parça üzerinde yaptıkları her değişikliğin analiz mühendisleri tarafından kontrol edilmesini isterler. Bu durum, her değişiklik sonrası tekrarlandığından projenin yavaşlamasını dolayısıyla maliyetlerin artmasından kaynaklı olarak son ürün fiyatının yüksek olmasını getirmekte, ürünün ortaya çıkmasını geciktirmektedir. Maliyetlerin artması, hem üreticinin hem de tüketicinin isteyebileceği en son şeydir.
Catia V5, analiz modüllerinde sunduğu kolaylıklar ve tek ara yüzde çalışmanın pratikliği ile herkese hitap etmektedir. Tasarım mühendislerinin yaptıkları çalışmaları rahatlıkla analiz etmelerine olanak sağlamaktadır. Sonlu elemanlar konusunda uzman olmaya gerek kalmadan gerekli analizlerin çoğu yapılabilmekte sorunlar önceden giderilerek optimum ürüne ulaşılabilmektedir.

Şekil 2. Sanal ürün geliştirme süreci

Geliştirme sürecinde elde edilen zaman kazancı, birçok alternatifin denenmesine, aynı anda birkaç ürünün geliştirilmesine olanak sağlamaktadır.
Catia V5, aynı zamanda sahip olduğu pratik üst seviye araçları ile CAE uzmanlarının da çalışmalarını kolaylaştırmaktadır. Montaj analizinde kullanılan çeşitli bağlantı tipleri ve sonlu elemanlar ağı oluşturmada kullanılan özel komutlar ile bu pratiklik sağlanmaktadır. Zorlanmadan elde edilen doğru sonuçlar çalışanın hem hızını hem de motivasyon ve performansını arttıracaktır.
Catia örneğin bir uçağın tüm parçalarını ayrı olarak analiz edebilirken, hepsini monte edilmiş olarak da analiz edebilme yeteneğine sahiptir. İlk çalışmalarda bile birkaç milyon seviyesindeki yüksek eleman sayılarında çözüm yapmaya olanak sağlaması yazılımın gücünü göstermektedir. Bu durum CAE uzmanlarının, kompleks işleri Catia V5 ile yapabileceklerini göstermektedir.

Catia V5 Analiz Yetenekleri
Catia V5’in sahip olduğu analiz yetenekleri arasında öne çıkanlar şunlardır.
· Kullanıcı Dostu Ara Yüz
· Hızlı Tasarım-Analiz Döngüsü
· Çoklu Disiplinlerle(Isıl, Akış gibi) Uyumlu Çalışması
· Analize Entegre Optimizasyon Modülü
· Endüstride İspatlanmış Performansı
Kullanıcı dostu ara yüz, alıştığınız platformda istediğiniz seçeneklere rahatça ulaşabilmenizi sağlamaktadır. Böylece kullanmak istenilen aracı aramak zorunda kalmayarak daha hızlı çalışılabilmektedir. Görsel ara yüzünün pratik ve anlaşılır olması ile çalışmalar sıkılmadan, zevkle tamamlanmaktadır.
Hızlı tasarım-analiz döngüsü sayesinde çalışılan parça için çok daha fazla farklı durum analizi yapılabilmekte, farklı fikirler denenmektedir. Bu durum, daha geniş bir perspektif sağlamakta, ürünle ilgili riskleri azaltmaktadır.
Farklı disiplinlerin birbiri ile uyumlu çalışması sonucu tek ortamda farklı uygulamaların analiz edilmesine olanak sağlamaktadır. Catia ortamında çalışan üçüncü parti yazılımlarla ısıl, akış, metal şekillendirme gibi analizler yapılabilmektedir.
Catia V5 yazılımının sahip olduğu “Product Engineering Optimizer” modülü ile ürün belirlenen sınırlar içerisinde kalmak koşuluyla kolayca optimize edilmektedir.
Endüstride yapılmış çalışmalar göz önüne alındığında, Catia V5 ile analiz yapmanın ne kadar hızlı, elde edilen sonuçların ne kadar doğru olduğu görülmüştür. Geometriye uygun olarak otomatik sonlu elemanlar ağı atmakta çok yetenekli olan yazılım, çözücüsünün doğruluğu ve hızı ile CAE uzmanlarının beğenisini kazanmıştır.

Şekil 3. Sonlu Elemanlar Ağı

Catia V5 analiz modülleri ile yapabildiğimiz CAE analiz çeşitleri;
· Lineer Gerilme Analizi
· Modal Analiz
· Montaj Analizi
· Anlık ve Harmonik Dinamik Analiz
· Burkulma Analizi
· Termo-Mekanik Analiz
· Non-lineer Analiz
· Isıl Analiz

Catia V5 yazılımının sahip olduğu analiz modülleri;
· Generative Part Structural Analysis (GPS)
· Generative Assembly Structural Analysis (GAS)
· Generative Dynamic Analysis (GDY)
· Elfini Structural Analysis (EST)
· FEM Surface (FMS)
· FEM Solid (FMD)
· Nonlinear Structural Analysis (ANL)
· Thermal Analysis (ATH)
Sahip olduğumuz bu modüller, bizim orta seviyede analizleri rahatlıkla yapmamıza olanak sağlamaktadır. İleri seviye kabul edilen bazı analizler için ise Catia’nın kendi modülleri dışında uygulama partneri firmaların üretmiş olduğu ek modülleri kullanabiliriz. Catia V5 yazılımı geniş bir kitleye hitap ettiğinden, partner firmalar kendi teknolojilerini Catia ortamında kullanılır hale getirmektedirler. Bu çözümler, Catia CAA partner çözümleri olarak adlandırılmaktadır.
CAA partner çözümleri ile yapabildiğimiz analiz çeşitleri;
· Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Analizi (CFD)
· Gürültü ve Titreşim Analizi
· Akustik Analiz
· Çoklu Parça Dinamik Analizi
· Dayanıklılık ve Yorulma Analizi
· Metal Şekillendirme Analizi
· Çarpışma Analizi

Catia V5 ile Hafif Akrobasi Uçağı Kanat Yapısı Analizi Örneği
Havacılıkta yapılan analiz çalışmalarında kanat yapısı analizi önemli yer tutmaktadır. Kanadın maruz kaldığı maksimum yükler göz önüne alınarak analiz yapılması gerekmektedir. Elde edilen sonuçlara göre kanat yapısında modifikasyona gidilmektedir. Bu işlemin birden fazla kez yapılması gerekebilir. Catia V5 ile yapılan her işlem, tek ara yüzde çok kısa sürede yapılmaktadır.
Catia V5, parametrik olarak tasarım ve analiz yapmamıza olanak sağlamaktadır. Böylece parametrede yapılan bir değişikliğin sonucunu geometride ve çözüm sonucunu analizde görüntülemek çok kolaydır.
Yapılan çalışma şu aşamalardan oluşmaktadır.
· Modelin Tasarımı
· Modeli Analize Uygun Hale Getirme
· Çözüm Ağını (Mesh) Oluşturma
· Malzeme Özelliklerini Tanımlama
· Sınır Koşullarını ve Yükleri Belirleme
· Çözüm
· Sonuçları Görüntüleme ve Animasyon
· Sonuçları Değerlendirme

Şekil 4. Çözüm Sonucu

Aşamalarda başka bir yazılıma geçiş yapma ihtiyacı olmaması, Catia V5 ile CAE analiz yapmayı zevkli hale getirmektedir.


Catia V5 ile Montajda Analiz
Montaj parçalarının, bağlanması konusunda Catia V5 analizi çok yeteneklidir. Ayrıca sanal parçalar oluşturarak bağlantı oluşturabilmektedir. Sahip olduğu çok sayıda bağlantı tipi ile her türlü montajı kolaylıkla tanımlayabilmektedir. Örnek olarak birbirine vida ile bağlı iki parça modellenirken, sanal vida bağlantısı kullanarak çözüm yapılabilmektedir.
Bağlantı Çeşitleri;
- Slider Connection
- Contact Connection
- Fastened Connection
- Fastened Spring Connection
- Pressure Fitting Connection
- Bolt Tightening Connection
- Rigid Connection
- Smooth Connection
- Virtual Bolt Tightening Connection
- Welding Connection
Daha birçok bağlantı çeşidi ile sağladığı kolaylık göz ardı edilemez.


Catia V5 Analizde Çözüm Metotları
Catia, yapısal analiz çözümü modülünde çözüm kısmında 4 adet seçenek karşımıza çıkmaktadır. Bunlar;
a) Auto Method
b) Gauss Method
c) Gradient Method
d) Gauss R6 Method

Auto Method
Modelin boyutlarına göre 3 çözüm metodundan birini otomatik olarak seçmektedir.

Gauss Method
Direkt olarak gauss eliminasyon çözüm metodu kullanır. Küçük ve orta boyutlu modeller için uygundur.

Gradient Method
Başlangıç değeri verilen değişkenler denklemlerde tekrarlı olarak çözdürülüp güncellenerek yakınsaması sağlanır. Verilen doğruluğu sağlayan değerler yakınsamış ve çözüm alınmış demektir.
Catia V5’de bunu uygularken çıkan seçeneklerde;
Maximum Iteration Number: Maksimum iterasyon sayısı
Accuracy: Doğruluk, yakınsama oranı gibi özellikler bulunmaktadır.
Çok büyük modellerde hızlı çözüm yapabilmek için Gauss-Seidel iterasyon yöntemi kullanılmaktadır.

Gauss R6 Method
Hızlı Gauss metodu olarak bilinir. Büyük modellerin çözümünde kullanılır.

Catia V5 ile Kolay Analiz
Firmaların zamana karşı yarıştığı bu çağda en iyi çözüm Catia V5 olacaktır. Kullanıcı dostu olması ile çalışanı zorlamadan uygulamanın gerçekleştirilmesi, performans ve motivasyon arttırıcı bir etki yapmaktadır. PLM konusunun en önde gelen firması Dassault Systemes’in, en önem verdiği yazılım CATIA ile kısa zamanda, doğruluğu yüksek, her seviyede, farklı disiplinlerde CAE analizi yapabilmek için uzman olmaya gerek kalmamaktadır.

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder