Esnek mekanizmaların ayrık eleman metodu ile modellenmesi ve kullanıcı arayüzü içeren analiz programı oluşturulması
Modelling of compliant mechanisms using discrete element method and developing an analyze program with user interface
Yazar: BEKİR BERK GÜLDOĞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜMİT SÖNMEZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Esnek mekanizmalar = Complient mechanisms

Özet:
Esnek mekanizlar günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Son zamanlarda üretim yöntemlerindeki gelişmeler ve montajsız yapıları nedeniyle esnek mekanizmalar kendilerine MEMS'lerde oldukça fazla yer bulmaktadır. Esnek mekanizmaların modellenmesinde genellikle elastisite teorisi, Pseudo rigid body metodu ve lineer olmayan sonlu elemanlar analizi kullanılır. Bu yöntemler arasında pseudo rigid body modeli esnek mekanizmaların modellenmesinde en kolay olanıdır. Esnek mekanizmaların tasarımı aşamasında ilk olarak başvurulan metottur. Büyük yer değiştirmeler modellenirken başlangıç aşamalarında oldukça kolaylık sağlar. Bu yöntem, kirişlerde uç noktanın istenen bir yörüngeyi takip etmesi durumunda yetersiz kalmaktadır. Elastisite teorisi ise uygulamasındaki zorluklar nedeniyle sadece küçük yer değişimleri söz konusu olduğu durumlarda kullanılır ve yine. Sonlu elemanlar analizi paket programları sayesinde esnek mekanizmaların modellenmesi yapılabilmekte ve doğru sonuçlar elde edilmektedir fakat paket programlarının kullanımı zor ve maliyetli olmaktadır.Genel olarak kaya mekaniği ve tanecikli parçacıkların modellenmesinde kullanılan ayrık eleman metodunun, esnek mekanizmaların modellenmesinde oldukça doğru sonuçlar verdiği görülmektedir. Kısaca anlatmak gerekirse, ayrık eleman modelinde kirişi temsil etmesi için esnek olmayan elemanlar birbirine lineer tork yayları ve döner mafsallarla bağlanmıştır. Literatürde, ayrık eleman modeli kirişlerin esneme problemlerinin çözümünde kullanılmıştır. Çalışmamızda ayrık eleman metodunu, yer değişimlerinin büyük olduğu, esnek mekanizmaların tasarımı için kullanılabileceğini, model sonuçlarını karşılaştırarak gösterilecektir. Çalışmamızda çözümü bilinen bazı büyük yer değiştirmeli kirişlerin sonuçları DEM sonuçları ile karşılaştırılacak ve bazı esnek mekanizmalar DEM kullanılarak modellenecektir. Sonlu elemanlar analiz programı olarak kullanılan ANSYS yardımı ile ayrık eleman metodunun sonuçları değerlendirilecektir. Ayrık elemanlar metodu sayesinde, büyük yer değişimleri sonucu kirişin alacağı şekli en az hata ile elde edebiliriz. Basit bir şekilde yapılan esnek mekanizma prototiplerinden alınan resimlerdeki kiriş şekilleri, ayrık eleman metodunun uygulanması sonucu ulaşılan şekiller ile karşılaştırılarak, mesnetlerdeki kuvvetler bulunacaktır.

Abstract:
Compliant mechanisms have a wide range of use in todays life. With the new manufacturing processes and developed technolgy, these mechanisms commonly used in MEMS. In designing of compliant mechanisms, the technics that are usually used are Pseudo-Rigid Body model, elastica theory and nonlinear finite element programs. The easiest and mostly used method is PRBM. This method gives valuable knowledge at the early stages of the design. It is easy to find the large deflection characteristics of elastic beams with PRBM. However, it is not a good tool when elastic beams tip point is desired to follow a path. The elastica theory is hard to implement and solve for large deflections. Finite element analysis programs have good accuricies but it takes too much time and you have to pay the price for the program.It is seen that Discrete Element Method, which is commonly used in rock mechanics, is giving good result in modelling of the compliant mechanisms. To summurize the concept, rigid links are connected by torsional springs and used to model the elastic beams. In literature DEM is used for model the elastic beams. In this work, it is shown that DEM modelling of elastic beams is a usefull technic to understand the behaviour of beams. The result of the model are compared to Finite Element Solutions.