Eksenel yüklü tel halat demetlerinin sonlu elemanlar metodu ile modellenmesi ve analizi
Modelling and analysis of axial loaded wire rope strand using the finite element method
Yazar: ÖZGÜR ŞENTÜRK
Danışman: DOÇ.DR. C. ERDEM İMRAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis

Özet:
Sahip olduğu kompleks geometriden dolayı bir halat teli yükleme sırasında uzama,kesme, eğilme, burulma, temas, sürtünme ve olası yerel plastik davranış etkilerininbirleşimine maruz kalır. Eksenel yükleme (uzama ve burulma) uygulandığında, buyapılar yükleme sonrasında da helisel karakteristik özellik gösterebilir. Dolayısıyla, buözellik bu tür yapıların analizini basitleştirmede kullanılabilir ve böylece sayısalçözümlemelerde model büyüklüğü azalır. Bu tez çalışmasında, helisel simetrik sınırşartlarının formülasyonu ve sonlu eleman metodu kullanılarak genel bir demet modelisunulmuştur. Oluşturulan model uzama, kesme, burulma, temas ve yerel plastikdavranış etkilerini göz önüne almaktadır ve basit tel halat demetinin davranışınıbelirlemede başarıyla kullanılmıştır. Bununla birlikte, analitik olarak belirlenmesi güçolan gerilim dağılımı bu model ile tespit edilebilmiştir. Çoğu demet modelinde olduğugibi halat ucunun bağlantı şartlarını ihmal etmek için halatın yeterince uzun olduğukabul edilir. Elde edilen sonlu eleman analiz sonuçları analitik Costello teorisi ve Uttingile Jones'in deneysel sonuçlarıyla uyumludur.Çalışmanın sonunda uç bağlantılarının etkisini incelemek üzere 7 telli halat demeti içinbir sonlu eleman modeli geliştirilmiştir. Böylelikle, uç bağlantılarının temas kuvvetiüzerindeki etkisi ve bunun sonucu olarak teller arası izafi hareketler belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Sonlu elemanlar, Tel halat demeti, Helisel simetri

Abstract:
Due to its complex geometry, a wire in rope is subjected to the combined effects oftension, shear, bending, torsion, contact, friction and possible local plastic yielding whenloaded. When they are subjected to axial loads (tensile and torsional), these structuresmay still exhibit the helically symmetric characteristic after loading. For this reason, thisfeature can be used to simplify the analysis of these structures and to reduce model sizein numerical simulations. In this study, the formulation of helically symmetric boundaryconditions is used and a general strand model using the finite element method (FEM) ispresented. The model is capable of taking into account the effects of tension, shear,torsion, contact, friction and possible local plastic yielding and has been successfullyused to predict the global behavior of simple straight wire rope strand as well as thestress distribution, which are very difficult to predict analytically. As most of the strandmodels, the length of the strand is assumed sufficiently long for the clamping conditionsto be negligible. The finite analysis results showed excellent agreement with theanalytical theory of Costello and the experimental results of Utting and Jones.At the end of this study, a finite element model of a seven ? wire strand has beendeveloped for the analysis of termination effects. The effects of a fixed-end terminationon the contact forces and the resulting relative movements between the wires along thecontact lines have been determined.Keywords: Finite elements, Wire rope strand, Helical symmetry