Ekskavatör kolunun yapısal optimizasyon yöntemleri ile ağırlığının azaltılması ve yorulma analizi
Reducing weight of the excavator arm by structural optimization and fatigue analysis
Yazar: SALİH SOYLU
Danışman: PROF. DR. YAHYA IŞIK
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde başta inşaat sektörü olmak üzere birçok alanda yaygın olarak kullanılan ekskavatörlerin önemli parçalarından olan ekskavatör kolu, ekskavatörün kepçesinin hareketini sağlamaktadır. Ekskavatör kolları, ekskavatörlerin kullanım alanlarına göre farklı boyutlarda ve şekillerde üretilmektedirler. Bu çalışmada, incelemek üzere örnek bir ekskavatör kolunun katı modeli SolidWorks tasarım programı kullanılarak oluşturulmuş ve ekskavatörün 1000 kg değerinde bir yükü kaldırması durumunda ekskavatör kolu üzerinde kaldırılan yüke bağlı olarak oluşabilecek kuvvetlerin değerleri hesaplanmıştır. Kuvvetlerin değerleri bulmak için Matlab ve Gauss Eliminasyon Yönteminden yararlanılmıştır. Elde edilen kuvvet değerleri doğrultusunda ekskavatör koluna lineer statik analiz, topoloji optimizasyonu, şekil optimizasyonu ve yorulma analizi uygulanmıştır. Analiz ve optimizasyon süreçlerinden elde edilen sonuçlara göre ekskavatör kolu üzerinde uygun bölgelerde malzeme boşaltma ve iyileştirme işlemleri yapılarak, ekskavatör kolu için yeni tasarımlar oluşturulmuştur. Bu tasarım ile ekskavatör kolunun ağırlığının azaltılması amaçlanmış olup, aynı zamanda yapısal optimizasyon yöntemlerinin ağırlık azaltma işlemleri üzerimdeki etkileri de gösterilmeye çalışılmıştır. Lineer statik analiz, topoloji optimizasyonu, şekil optimizasyonu ve yorulma analizi için HyperMesh programı kullanılmıştır. Şekil optimizasyonu için HyperStudy' de genetik algoritma metodu kullanılarak optimum sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Today, the excavator arm, which is one of the important parts of excavators that are widely used in many areas, especially in the construction sector, provides the movement of the excavator's bucket. Excavator arms are produced in different sizes and shapes according to the usage areas of excavators. In this study, a solid model of a sample excavator arm was created using the SolidWorks design program and the values of the forces that may occur depending on the load lifted on the excavator arm were calculated if the excavator lifted a load of 1000 kg. Matlab and Gauss Elimination Method were used to find the force values. In line with the force values obtained, linear static analysis, topology optimization, shape optimization and fatigue analysis were applied to the excavator arm. According to the results obtained from the analysis and optimization processes, material discharge and improvement operations were carried out in appropriate areas on the excavator arm and new designs were created for the excavator arm. With this design, it is aimed to reduce the weight of the excavator arm, and at the same time, the effects of structural optimization methods on weight reduction works are tried to be shown. HyperMesh program was used for linear static analysis, topology optimization, shape optimization and fatigue analysis. Optimum results were obtained by using the genetic algorithm method in HyperStudy for shape optimization.