Sonlu Elemanlar Hesaplama Parametrelerinin Sac Metal Şekillendirme Simülasyon Süresi ve Hassasiyetine Etkisinin Tespiti
Determining The Effect of Finite Element Calculation Parameters on Sheet Metal Forming Simulation Time and Accuracy
Yazar: Vatansever, Hüseyin; Esener, Emre
Dergi: Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi No. 16, 2019
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Finite element analysis,Sheet metal forming,Calculation parameters,Accuracy,Simulation time ; Sonlu elemanlar analizi,Sac metal şekillendirme,Hesaplama parametreleri,Hassasiyet,Simülasyon süresi

Bir sonlu elemanlar analizinin en önemli çıktısı tahmin hassasiyetidir. Tahmin hassasiyetine etki eden parametreler prosesten bağımsız durumda olan ve modelleme adımlarını oluşturan sonlu elemanlar hesaplama parametreleridir. Simülasyon hassasiyetinin yanı sıra özellikle seri imalat endüstrisi açısından simülasyon çözüm süresi bir diğer kritik parametredir. Sonlu elemanlar analizlerinde verimin yükseltilebilmesi için hassasiyetten ödün vermeden minimum sürede çözümün tamamlanması gerekmektedir. Bu kapsamda hesaplama parametrelerinin iyi analiz edilip hassasiyete ve simülasyon süresine etkilerinin tespit edilmesi önem arz etmektedir. Yapılan çalışmanın amacı, sonlu elemanlar hesaplama parametrelerinin sac metal şekillendirme simülasyon süresi ve hassasiyetine etkisinin tespit edilmesidir. Bu kapsamda non-lineer sac metal şekillendirme simülasyonlarında hesaplama parametrelerinden simetri durumu, eleman boyutu, eleman formülasyonu, integrasyon nokta sayısı, zaman adım aralığı, adaptiv ağ yapısı derecesi, şekillendirme hızı etkisi, plastisite modeli ve çözümün gerçekleştirildiği sistemin çekirdek sayısı olmak üzere geniş bir küme analiz edilmiştir. Sac metal şekillendirme prosesi olarak malzeme şekillendirilebilirlik özelliklerinin belirgin şekilde analiz edilebildiği kare kutu çekme prosesi tercih edilmiştir. Malzeme olarak ise gelişmiş yüksek mukavemetli çeliklerden TRIP780 kullanılmıştır. Sonlu elemanlar analizi hassasiyetinin belirlenmesi amacıyla şekillendirme kuvvetinin zımba ilerleme mesafesine göre değişimini temsil eden deneysel eğri referans alınmıştır. Sonrasında belirlenen parametrelerin değişken değerlerinde simülasyonlar gerçekleştirilmiş olup her parametrenin hassasiyete ve çözüm süresine etkisi tespit edilmiştir. Bu kapsamda deneysel eğrinin tahmin edilebilirliği her parametre için incelenmiştir. Yapılan simülasyon sonucunda süreye etki eden en baskın parametrenin sonlu elemanlar modelinin simetri durumu olduğu tespit edilmiştir. Parametre kümelerinden süreyi minimize eden parametrelerin tespiti sonrasında elde edilen en verimli simülasyon sonucunda başlangıç durumuna göre hassasiyetten ödün vermeden zamandan %90 oranında tasarruf edilmiştir. Başlangıçta 2514 saniye süren simülasyon aynı hassasiyeti içerecek şekilde 94 saniyede tamamlanmıştır.

The most significant output of a finite element analyses is the prediction accuracy. Effective parameters on the prediction accuracy can be defined as finite element calculation parameters which are independent of the process and generates the modeling stages. Besides the prediction accuracy, simulation time is another critical parameter especially in terms of  mass production industry. Simulation time must be minimized without compromising prediction accuracy for increasing efficiency of the finite element analyses. In this context, calculation parameters must be well defined and determination on simulation time and accuracy must be analyzed. The aim of this study is to determine the effects of finite element calculation parameters on sheet metal forming simulation time and accuracy. In this context, symmetry condition, element size, element formulation, number of integration points, time step size, adaptivity level, forming speed, plasticity model, and number of cores in CPU are analyzed as finite element calculation parameters. Square cup drawing is used as sheet metal forming process due to its capability to analyzing formability properties of materials. TRIP600 advanced high strength steel is used as material. Forming force vs. punch stroke curve is used as experimental result for validating the finite element simulation prediction accuracy. Then, simulations with determinated parameters were performed with selected values and effects of these parameters on simulation time and accuracy are contained. As a result of simulations, symmetry condition is obtained as the dominant parameter on simulation time. Simulation with productive parameters minimized the simulation time as 90%. Preliminarily, simulation time determined as 2514 seconds and as a result of this study simulation time is decreased to 94 seconds.