Hareketli yük altında çalışan kren kirişlerinin farklı malzeme özelliklerinde dinamik ve statik davranışlarının sayısal incelenmesi
Numerical investigation of dynamic and static behavior of different material characteristics of crane beams working under moving load
Yazar: GÖRKEM EKİN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ÇAKAN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bilgisayarlı sayısal denetim = Computer numerical control ; Dinamik davranış = Dynamic behavior ; Metal malzemeler = Metal materials ; Rastgele dinamik programlama = Random dynamic programming ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Yüksek mertebeli sonlu elemanlar = Higher order finite elements

Özet:
Krenler, endüstriyel alanlarında kaldırma, ilerleme ve taşıma işlemlerinde kullanılmaktadır. Teknolojinin gelişimi ve tüketimin artmasıyla birlikte endüstriyel ürünlere olan talep artmıştır. Artan üretim ile birlikte krenlerin çalışma sahaları arttığından tasarımı ve tasarımda kullanılan malzemelerin önemi de buna bağlı olarak artmıştır. Bu yüzden endüstriyel tesislerde kullanılan krenlerin kullanılacağı yerlerin gereksinimlerine göre tasarlanması gerekmektedir. Kren kirişleri üzerinde hareket halinde bulunan yükler krende dinamik etkilerin ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Üzerinde hareket eden yükün kütlesine ve hızına bağlı olarak oluşan dinamik etkiler kirişte gerilmelere sebep olmaktadır. Bu sebeple pek çok işletmede olmazsa olmaz ekipmanların başında gelen krenlerin çalışma ömürlerinin bilinmesi için tasarım yapılırken dinamik davranışlarının bilinmesi zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Mühendislikte karşılaşılan bu tür problemlerin giderilmesi amacıyla sayısal yöntemler kullanılmaktadır. Bir sayısal yöntem olan sonlu elemanlar yöntemi mühendislik problemlerine yaklaşık çözümler sunarak çözüm önerileri sunan ve endüstride yüksek oranda uygulama alanı bulan bir yöntemdir. Tasarlanan bir parça ya da yapı sonlu sayıda parçalara bölünerek bilgisayar ve analiz programı ile mevcut parçalarda oluşan gerilmeler matematiksel olarak elde edilmektedir. Çalışmadaki amaç ise tasarımdaki kritik bölgelerin ve bu bölgelerde oluşabilecek problemlerin belirlenmesi ve uygun çözüm önerilerinin geliştirilmesidir.
Bu çalışma, kren kirişine ait malzeme özellikleri, kiriş boyutları ve kirişe etki eden yükler değiştirilerek farklı senaryolar ile hesaplamalar yapılarak optimum kiriş özellikleri belirlenmiştir. Benzer malzeme ile farklı yükler, aynı yük ile farklı malzemeler ve aynı malzeme ile farklı kiriş boyutları belirlenerek senaryolar oluşturulmuştur. Standartlara uygun tasarlanan kren kirişi 3D yöntemi ile bilgisayar ortamında modellenmiştir. Tasarımı yapılan kirişin ANSYS programı ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Kiriş tasarımının hareketli yük altında dinamik davranışı incelenmesi amacıyla elde edilen analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Farklı malzeme, farklı yük ve farklı kiriş boyu koşullarında elde edilen ortalama deformasyon değerleri ile malzemelerin taşınmasında, güvenliğinde ve hassas taşıma koşullarında gerekli kısıtları sağlayacak şekilde deformasyonun hesaplanması gerektiği gösterilmiştir. Her üç durum da elde edilen gerilme değerleri ile hareketli yük altında çalışan krenlerin tasarımında dinamik davranışının incelenmesinin önemi ortaya koyulmuştur. 
Çalışma da oluşturulan kren kirişi için üzerinde bulunan dinamik etkilerin göz önüne alınarak yapıldığı hesaplamaların daha doğru sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Kren kirişi için kullanılan malzemenin, krene etki eden yükün ve kren boyutunun tasarımda önemli parametreler olduğu ortaya konulmuştur.

Abstract:
Cranes are used in ındustrial areas for lifting, moving and transporting. With the development of technology and the increase in consumption, the demand for industrial products has increased. As the working areas of the cranes have increasing production, the design and the importance of the materials used in the design have increased accordingly. Therefore, the cranes used in industrial facilities should be designed according to the requirements of the places where they will be used. Loads in motion on the crane cause dynamic effects on the crane. Dynamic effects that occur depending on the mass and speed of the load acting on it cause stresses in the beam. In addition, the necessity of knowing the dynamic behavior of the cranes, which is one of the indispensable equipment in many enterprises, has emerged in order to know the working life of the cranes. Numerical methods are used to solve such problems encountered in engineering. Finite element method, which is a numerical method that offers solutions by providing approximate solutions to engineering problems and finds a high application area in the industry. By dividing a designed part of structure into a finite number of parts, the stresses occurring in the existing parts are obtained mathematically with a computer and analysis program. The aim of the study is to determine the critical areas in the design and the problems that may occur in these areas and to develop appropriate solution proposals. 
In this study, optimum beam properties were determined by making calculations with different scenarios by changing the materials of the crane beam, beam dimensions and loads acting on the beam. Scenarios were created by determining different loads with similar material, different materials with same load and different beam sizes with the same material. The Crane beam, designed in accordance with the standarts, was modelled in the computer environment with the 3D method. The designed beam was analyzed with the ANSYS program. The analysis results obtained in order to examine the dynamic behavior of the beam design under live load were compared. With the average deformation values obtained in different materials, different loads and different beam length conditions, it has been shown that the deformation should be calculated in a way that will provide the necessary constraints in the transportation, safety and sensitive transport conditions of the materials. With the stress values obtained in all three cases, the importance of examining the dynamic behavior of the cranes operating under live load has been revealed.
In the study, it has been shown that the calculations made by considering the dynamic effects on the crane beam created give more accurate results. It has been revealed that the material used for the crane beam, the load acting on the crane size are important parameters in the design.