Abstract
In this study, basing on the structural analysis, the topology optimization of horizontal mouth opening and calibrating machine used for wheel rim production machine was analyzed and considering the critical values of Von-Mises stresses, the strengths of the main parts of the machine were calculated in order to demonstrate the importance of topology optimization of machine tools. To carry out the applied loads for wheel rim shaping on the designed machine safely by the system, structural strength analysis was performed. Basing on the results obtained from the structural analysis, the material to be used in the machine was checked and relieving process was carried out for the topology optimization under the same operating conditions. Afterwards, the optimum geometrical dimensions of the system was assessed considering the analysis results carrier system and elements of the carrier system of the machine. The comparison of the strength analysis and lighting results indicated that after the applied lighting, the force distributions have not exceed the critical values. After topology optimization process, total weight of the plane carrier system supports was reduced by 24.12%. Considering the material costs and negative effects of the unnecessary loads on the economical life of the machine, the process implemented for this the machine would be useful for similar machines
Keywords
References
- Tserpes K.I., Koumpias A.S., “A Numerical methodology for optimizing the geometry of composite structural parts with regard to strength” Composites, Cilt 68,176-184,2015.
- Sliseris J., Rocens K., “Optimal design of composite plates with discrete variable stiffness”, Composite Structures, Cilt 98,15–23, 2013.
- Breitenberger M., Apostolatos A., Philipp B., Wüchner R., Bletzinger K. U., “Analysis in computer aided design: Nonlinear isogeometric B-Rep analysis of shell structures”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Cilt 284, 401-457,2015.
- Chaves L. P., Cunha J, “Design of carbon fiber reinforcement of concrete slabs using topology optimization”, Construction and Building Materials, Cilt 73, 688-698, 2014.
- Christiansen A. N., Bærentzen J. A., Jørgensen M. N., Aage N., Sigmund O., “Combined shape and topology optimization of 3D structures”, Computers & Graphics, Cilt 46,25-35, 2015.
- Xia Q., Wang M. Y., Shi T, “Topology optimization with pressure load through a level set method”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Cilt 283, 177-195, 2015.
- Guest J. K., “Optimizing the layout of discrete objects in structures and materials: A projection-based topology optimization approach”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Cilt 28, 330-351, 2015.
- Esen Y., Ülker M., “Malzeme ve geometrik özellikler bakımından lineer olmayan çok katlı çelik uzay çerçevelerin optimizasyonu”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 23(2), 485-494, 2008.
- Kartal Y., Güney İ. A., “Taşıtlarda NVH performansı gözetilerek uygulanan ağırlık azaltma yöntemleri”, OTEKON 14 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa–Türkiye, 1-8, 27 Mayıs 2014.
- Yüce C., Karpat F., Yavuz N., Erbil S., “Yolcu Koltukları için kompozit oturak bağlantı parçasının geliştirilmesi”, OTEKON 14 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa–Türkiye, 1-8, 26 Mayıs 2014.
- Christensen P. W., Klarbing A., “An Introduction to Structural Optimization”, Springer, Sweden, 2009, Sf:179-193.
- Ambrosio J., A. C., Eberhard P., “Advance Design of Mechanical Systems:From Analysis to Optimization”, SpringerWien, New York, 2009, Sf:303-314.
- Zhong Z. C., Wei S. H., Wang J. P., Feng C. K., Chen C. S., Yu C. H., “Finite element analysis of the lumbar spine with a new cage using a topology optimization method”, Medical Engineering & Physics, Cilt 28, 90-98, 2006.
- Chang C. L., Chen C. S., Huang C, H., Hsu M, L., “Finite element analysis of the dental implant using a topology optimization method”, Medical Engineering & Physics, Cilt 34, 999-1008, 2012.
- Zhao F., “Topology optimization with meshless density variable approximations and BESO method”, Computer-Aided Design, Cilt 56, 1-10, 2014.
- Karaoğlu S., Özes Ç., “Dip klapesinin ANSYS ile tasarım optimizasyonu”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 14(2), 155-160, 2008.
- Solmaz M. Y., Turgut A., “Düzlem kafes sistemlerin ANSYS paket programı ile optimum geometri tasarımı”, Fırat Üniversitesi Fen ve Müh. Bil. Dergisi, Cilt 19(2), 201-207, 2007.
- Sipahi E., “Dip Klapesinin ANSYS ile Dizayn Optimizasyonu”, Master Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004.
- ANSYS, Inc.Fluent Tutorial Guide, Southpointe 275 Technology Drive Canonsburg USA, 2011.
- ANSYS, Inc.Fluent Theory Guide, Southpointe 275 Technology Drive Canonsburg USA, 2011.
- Sözen A., Keçel S., Yavuzcan H., G., “Francis türbinlerinde yönlendirme kanat açısının
- çark mukavemetine ve türbin verimine etkisi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 29(2), 243-252, 2014.
Abstract
Bu çalışmada, takım tezgâhlarının ağırlık optimizasyonlarının önemini ortaya koymak için; jant üretiminde kullanılan yatık ağız açma ve kalibre etme tezgâhının yapısal analizlerine dayalı olarak ağırlık optimizasyonu yapılmış ve Von-Mises gerilmelerinin kritik değerleri göz önüne alınarak tezgâhı oluşturan temel elamanların dayanımları hesaplanmıştır. Tasarımı yapılan yatık ağız açma ve kalibre etme tezgâhında jant şekillendirilmesi için uygulanan yüklerin sistem tarafından emniyetli bir şekilde taşınabilmesi için yapısal dayanım analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapısal dayanım analizlerinden elde edilen sonuçlar doğrultusunda makina gövdesinde kullanılacak olan malzemenin kontrolü yapılmış ve aynı çalışma şartları altında ağırlık optimizasyonu için hafifletme aşamasına geçilmiştir. Makinanın taşıyıcı sistemi ve taşıyıcı sistemi oluşturan elemanlarının analiz sonuçlarına dayanılarak, sisteme ait optimum geometrik boyutlar belirlenmiştir. Dayanım analizleri ile hafifletme sonuçları karşılaştırıldığında makinanın çalışma esnasında oluşan kuvvet dağılımlarının belirlenen hafifletmeler sonunda kritik değerleri aşmadığı görülmüştür. Yapılan ağırlık optimizasyon işlemi sonunda düzlem taşıyıcı sistemin desteklerinde toplam ağırlık %24,12 oranında azalmıştır. Malzeme maliyetleri ve gereksiz yüklerin makina ömrüne olumsuz etkileri değerlendirildiğinde, çalışma kapsamında uygulanan işlemlerin benzer makinalarda da uygulanmasının faydalı sonuçlar ortaya çıkarabileceği değerlendirilmektedir.
References
- Tserpes K.I., Koumpias A.S., “A Numerical methodology for optimizing the geometry of composite structural parts with regard to strength” Composites, Cilt 68,176-184,2015.
- Sliseris J., Rocens K., “Optimal design of composite plates with discrete variable stiffness”, Composite Structures, Cilt 98,15–23, 2013.
- Breitenberger M., Apostolatos A., Philipp B., Wüchner R., Bletzinger K. U., “Analysis in computer aided design: Nonlinear isogeometric B-Rep analysis of shell structures”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Cilt 284, 401-457,2015.
- Chaves L. P., Cunha J, “Design of carbon fiber reinforcement of concrete slabs using topology optimization”, Construction and Building Materials, Cilt 73, 688-698, 2014.
- Christiansen A. N., Bærentzen J. A., Jørgensen M. N., Aage N., Sigmund O., “Combined shape and topology optimization of 3D structures”, Computers & Graphics, Cilt 46,25-35, 2015.
- Xia Q., Wang M. Y., Shi T, “Topology optimization with pressure load through a level set method”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Cilt 283, 177-195, 2015.
- Guest J. K., “Optimizing the layout of discrete objects in structures and materials: A projection-based topology optimization approach”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Cilt 28, 330-351, 2015.
- Esen Y., Ülker M., “Malzeme ve geometrik özellikler bakımından lineer olmayan çok katlı çelik uzay çerçevelerin optimizasyonu”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 23(2), 485-494, 2008.
- Kartal Y., Güney İ. A., “Taşıtlarda NVH performansı gözetilerek uygulanan ağırlık azaltma yöntemleri”, OTEKON 14 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa–Türkiye, 1-8, 27 Mayıs 2014.
- Yüce C., Karpat F., Yavuz N., Erbil S., “Yolcu Koltukları için kompozit oturak bağlantı parçasının geliştirilmesi”, OTEKON 14 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa–Türkiye, 1-8, 26 Mayıs 2014.
- Christensen P. W., Klarbing A., “An Introduction to Structural Optimization”, Springer, Sweden, 2009, Sf:179-193.
- Ambrosio J., A. C., Eberhard P., “Advance Design of Mechanical Systems:From Analysis to Optimization”, SpringerWien, New York, 2009, Sf:303-314.
- Zhong Z. C., Wei S. H., Wang J. P., Feng C. K., Chen C. S., Yu C. H., “Finite element analysis of the lumbar spine with a new cage using a topology optimization method”, Medical Engineering & Physics, Cilt 28, 90-98, 2006.
- Chang C. L., Chen C. S., Huang C, H., Hsu M, L., “Finite element analysis of the dental implant using a topology optimization method”, Medical Engineering & Physics, Cilt 34, 999-1008, 2012.
- Zhao F., “Topology optimization with meshless density variable approximations and BESO method”, Computer-Aided Design, Cilt 56, 1-10, 2014.
- Karaoğlu S., Özes Ç., “Dip klapesinin ANSYS ile tasarım optimizasyonu”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 14(2), 155-160, 2008.
- Solmaz M. Y., Turgut A., “Düzlem kafes sistemlerin ANSYS paket programı ile optimum geometri tasarımı”, Fırat Üniversitesi Fen ve Müh. Bil. Dergisi, Cilt 19(2), 201-207, 2007.
- Sipahi E., “Dip Klapesinin ANSYS ile Dizayn Optimizasyonu”, Master Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004.
- ANSYS, Inc.Fluent Tutorial Guide, Southpointe 275 Technology Drive Canonsburg USA, 2011.
- ANSYS, Inc.Fluent Theory Guide, Southpointe 275 Technology Drive Canonsburg USA, 2011.
- Sözen A., Keçel S., Yavuzcan H., G., “Francis türbinlerinde yönlendirme kanat açısının
- çark mukavemetine ve türbin verimine etkisi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 29(2), 243-252, 2014.
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Journal Section | Tasarım ve Teknoloji |
| Authors | |
| Publication Date | July 1, 2015 |
| Submission Date | July 1, 2015 |
| Published in Issue | Year 2015 Volume: 3 Issue: 3 |
