Zıvana ölçülerinin ve yükleme tipinin sandalye mukavemetine etkileri ve gerçek deney sonuçlarının sonlu elemanlar analizi sonuçlarıyla karşılaştırılması
Effect of the tenon size and loading type on chair strength and comparison of actual test and finite element analyses results
Yazar: TOLGA KUŞKUN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KASAL
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products

Özet:
Bu çalışma, ahşap sandalyelerin ürün mühendisliği yöntemleriyle tasarım ve analizi, bu sandalyelerin performans test ekipman ve prosedürleriyle ölçümü ve son olarak testlerden elde edilen verilerin bilgisayar destekli analiz verileriyle karşılaştırılmasını kapsamaktadır. 
Araştırma kapsamında, 9 farklı zıvana ölçüsü, 2 yükleme tipi ve her örnekten 5 adet olmak üzere toplam 90 adet 1/1 ölçekli deney sandalyesi hazırlanmıştır. Çalışmada özellikle zıvana ölçülerinin (zıvana boyu ve zıvana genişliğinin) sandalyenin mukavemeti üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, 3 farklı zıvana genişliği ve 3 farklı zıvana boyu olmak üzere toplam 9 farklı zıvana boyutu kullanılmıştır. Deney sandalyeleri üzerinde sandalye birleştirmelerini temsil eden T-tipi ve L-tipi birleştirmeler üretilmiştir. Deney sandalyeleri Türkiye Mobilya Endüstrisi?nde yaygın olarak kullanılan Doğu kayını (Fagus orientalis L.) odunundan üretilmiştir. Hazırlanan deney sandalyeleri, ?devirli basamaklı artan yük metodu?(cyclic) ve ?statik yükleme? ile önden arkaya zorlama testine tabi tutulmuş olup, devirli yükler ile statik yükler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Çalışmada ayrıca, deney sandalyelerinin bilgisayar destekli üç boyutlu yapısal analizleri bir sonlu elemanlar metodu yazılımı (Finite Element Analysis) olan ANSYS Workbench programı ile yap ılıp, gerçek test sonuçları ile analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonlu elemanlar analizi sonuçlarına göre elde edilen kuvvet ve moment dağılımı, birleştirme testlerinden elde edilen veriler ile karşılaştırılıp, birleştirmelerin tekil mukavemetleri ile sandalyenin bütününde gösterdikleri mukavemetler arasındaki ilişkiler de incelenmiştir.     
Çalışmanın sonucunda, sandalye üretiminde, arka ayak?yan kayıt birleştirmelerinde 40x50 mm (genişlik x uzunluk), ön ayak?yan kayıt birleştirmelerinde ise 50x50 mm ölçülerinde zıvanalı birleştirmeler kullanılması ile sandalyenin önden arkaya yük taşıma kapasitesinin maksimum düzeye çıkabileceği anlaşılmıştır. Deney sonuçlarına göre, birleştirmelerinin elastikiyetinde zıvana genişliğinin, moment taşıma kapasitesinde ise zıvana uzunluğunun etkili olduğu anlaşılmıştır. Çalışmada ayrıca tekil birleştirme test sonuçlarından, sandalye sisteminin bütününün önden arkaya kuvvet taşıma performanslarının yaklaşık olarak tahmin edilebildiği bir yaklaşım geliştirilmiştir.        
Sonlu elemanlar metoduyla yapılan üç boyutlu yapısal analizlerin, sandalyenin genel mukavemeti açısından kabul edilebilir tahmini değerler sağladığı ve mobilya mühendislik tasarımında kullanılabileceği görülmüştür. Son olarak da, sandalye performans testlerinde devirli basamaklı artan yükleme mukavemetinin, statik yükleme mukavemeti değerlerinin % 56? sı olarak alınmasının uygun olacağına ilişkin bir öneri geliştirilmiştir.

Abstract:
This study contains the design of wooden chairs with product engineering and analyses, determination of the strength of chairs with performance test equipments and procedures, and finally a comparison of data from computer aided structural analysis of the data obtained. 
In this study, 9 different tenon size, 2 loading forms and 5 replication for each and totally 90 test chairs in 1/1 scale were prepared. Effect of the tenon size ( tenon length, tenon width) on the strength of the chair were particularly analyzed. For this purpose, whole chairs and T-shaped and L-shaped specimens that are represented the chair joints were constructed by using 9 different tenon sizes of 3 tenon widths and 3 tenon lengths. Test chairs were constructed of beech (Fagus orientalis L) which is commonly used in Turkish Furniture Industry. Test chairs were subjected to ?cyclic stepped increasing loads? and ?static loads? during the front to back tests, thus the relations between cyclic loads and static loads were examined. In the study, also computer aided three dimensional structural analyses of test chairs were analyzed with ANSYS Workbench software that is a finite element method, and the results of analyses were compared to the actual test results. The force and moment distributions obtained from the finite element analyses were compared to the strength values obtained from the joint tests. Thus, the relationships between the individual joint strengths with the whole chair strength were also investigated.    
At the end of the study, it was determined that for maximum front to back loads; 40x50 mm (width x length) tenons have to be applied for back leg to side rail joints, and 50x50 mm tenons have to be applied for front leg to side rail joints in the production of chairs. According to test results, tenon width has a more significant effect on elasticity of joints; while tenon length had a more significant effect on joint moment capacity. Furthermore, an approach was developed for estimating the front to back loading capacity of whole chair system from the individual joint test results.     
It was observed that the three dimensional structural analyses by means of finite element method gives reasonable estimates in terms of the overall strength performances of chairs, and it could be utilized in furniture engineering design. In conclusion, it is recommended that the cyclic stepped increasing load capacities could be taken as the 56 % of the maximum static load capacities for chair performance tests.