3D datasının sonlu elemanlar metodu uygulanarak çarpma testinin gerçekleştirilmesi, iyileştirme yapılması ve farklılıkların gözlemlenmesi
Implementation of impact test, improvement and observation of differences by applying finite element method of 3D data
Yazar: FERHAT ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. SEZGİN ERSOY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Bilgisayar destekli mühendislik = Computer aided engineering ; Modelleme = Modelling ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Yüzey çarpışması = Surface impact ; Çarpışma = Collision

Özet:
Bilgisayar destekli tasarım (CAD), bir modelin yaratılmasına, değişiklik yapılması ve analiz yapılmasına veya optimizasyonuna yardımcı olmak için bilgisayarların (veya iş istasyonlarının) kullanılmasıdır. CAD yazılımı tasarımcının verimliliğini artırmak, tasarım kalitesini artırmak, dokümantasyon yoluyla iletişimi geliştirmek ve üretim için bir veritabanı oluşturmak için kullanılır. Bilgisayar Destekli Tasarım ile birlikte mühendislik gelişmelerinde tasarlanan sistemlerin bilgisayar ortamında simülasyon, analiz ve yeniden tasarlama işlemleri adına sitemler geliştirilmiştir. Sonlu elemanlar metodu ve tasarım sonrasında çarpışma testleri de bu sistemlerin daha güvenilir, ekonomik katkısı yüksek, hataların gözlemlenebildiği ve yeniden kolayca işlem yapma konusunda imkan veren sistemler olmuştur.
Sonlu elemanlar yöntemi (FEM) mühendislik ve matematiksel modellerin problemlerini çözmek için en yaygın kullanılan yöntemdir. İlgili tipik sorun alanları arasında yapısal analiz, ısı transferi, sıvı akışı, kütle taşınması ve elektromanyetik potansiyel gibi geleneksel alanlar bulunmaktadır. FEM, iki veya üç uzay değişkeninde kısmi diferansiyel denklemleri çözmek için belirli bir sayısal yöntemdir. Bir problemi çözmek için FEM büyük bir sistemi sonlu elemanlar olarak adlandırılan daha küçük, daha basit parçalara ayırır. Bir sınır değer probleminin sonlu elemanlar yöntemi formülasyonu nihayet bir cebirsel denklemler sistemi ile sonuçlanır. Yöntem, etki alanı üzerindeki bilinmeyen işleve yaklaşır. Bu sonlu elemanları modelleyen basit denklemler daha sonra tüm problemi modelleyen daha büyük bir denklem sistemine monte edilir. Daha sonra FEM, ilişkili bir hata fonksiyonunu en aza indirerek bir çözümü yaklaşım sağlamak için varyasyon hesabından varyasyonel yöntemler kullanır.
Sistemin tasarım ve Sonlu Elemanlar Analizleri sonucunda, çarpışma testleri için programa aktarılması ile(import ederek) çarpışma testinin gerçekleştirilmesi yapılmaktadır. Tasarım, Sonlu Elemanlar Metodu ve Çarpışma testlerinin bilgisayar ortamında aktif olarak kullanılması her geçen gün artmaktadır ve bu şekilde testler, aracın gerçek bir prototipi üretilmeden önce tasarımın optimizasyonuna izin veren bir bilgisayarda hızlı ve ucuz bir şekilde gerçekleştirilebilir.
Bir simülasyon kullanarak, gerçek bir çarpışma testine zaman ve para harcamadan önce problemler çözülebilir aynı zamanda neredeyse imkansız olabilecek bazı sorunları çözmelerini sağlayabilir.
Projede ele alınacak konu şu şekilde olup öncelikle bir araç parça veya bütün datasının üç boyutlu çizim ortamına(Catia, PTC Creo, NX, Invertor, Solidworks ve türevleri) aktarılması sonrasında Sonlu Elemanlar Metodu(FEM) ile datanın/modelin bağlantı elemanlarının tanımlanması, mesh(katı,yüzey ve hacim) işlemlerinin yapılması(Ansys, Ansa, LS-DYNA, Metapost, Nastran ve türevleri ile), malzemelerinin atanması, kontrol edilmesi ve gerekli ön koşturma ve malzeme kontrolünün yapılması sonrasında Ls- DYNA ile araç parçasının veya aracın simülasyon ortamında çarpma testinin gerçekleştirilmesi ve sonuçların değerlendirilmesi. Sonrasında malzeme, tasarım gibi konularda iyileştirme yapılması ve modelin Sonlu Elemanlar Analizi sonrasında simülasyon değerlendirmelerinin yapılarak farklılıkların gözlemlenmesi yapılacaktır.

Abstract:
Computer aided design (CAD) is the use of computers (or workstations) to assist in the creation, modification, analysis or optimization of a design. CAD software is used to improve designer productivity, improve design quality, improve communication through documentation, and create a database for production. With Computer Aided Design, systems were developed for simulation, analysis and redesign processes of systems designed in engineering developments. Finite element method and crash tests after design have been more reliable, economical contribution of these systems, where errors can be observed and enabling easy operation again.
Finite element method (FEM) is the most widely used method to solve problems of engineering and mathematical models. Typical relevant problem areas include conventional fields such as structural analysis, heat transfer, fluid flow, mass transport and electromagnetic potential. FEM is a certain numerical method for solving partial differential equations in two or three space variables. To solve a problem, FEM breaks down a large system into smaller, simpler parts called finite elements. The finite element method formulation of a boundary value problem finally results in a system of algebraic equations. The method approaches the unknown function on the domain. Simple equations that model these finite elements are then mounted in a larger system of equations that model the entire problem. FEM then uses variational methods from the variation account to approximate a solution by minimizing an associated error function.
As a result of the design and Finite Element Analysis of the system, the crash test is carried out by transferring (importing) the program for crash tests. The active use of the Design, Finite Element Method and Crash tests on the computer is increasing day by day, so that tests can be carried out quickly and cheaply on a computer that allows optimization of the design before a true prototype of the tool is produced. Using a simulation, problems can be solved before spending time and money on a real crash test, as well as allowing them to solve some problems that may be nearly impossible.
The subject to be addressed in the project is as follows, firstly transferring a piece of vehicle or all its data to the three-dimensional drawing environment (Catia, PTC Creo, NX, Invertor, Solidworks and derivatives), then defining the fasteners of the data / model in the Finite Element Method (FEM), mesh (solid, surface and volume) operations (with Ansys, Ansa, LS-DYNA, Metapost, Nastran and its derivatives), assigning and controlling their materials, and performing the necessary pre-run and material control, in the simulation environment of the vehicle part or vehicle with Ls-DYNA performing the crash test and evaluation of the results. Afterwards, improvements will be made on material, design, and after the Finite Element Analysis of the model, the simulation evaluations will be carried out and the differences will be observed.