Tarımsal Uygulamalarda ANSYS Kullanımı: Tarım Arabası Aksı Modellenmesi ve Analizi Örneği

Öz

ANSYS, araştırma ve geliştirme uygulamalarında analizlerin ve simülasyonların yapılabildiği bilgisayar destekli mühendislik programıdır. Mekanik, yapısal analiz, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve ısı transferi gibi farklı hesaplamalı uygulamalarda ANSYS programı kullanılmaktadır. Bu çalışmada, ANSYS paket yazılım programı genel hatlarıyla açıklanmaya çalışılmış, ANSYS’in tarımdaki uygulamalarına yönelik bazı çalışmalara yer verilmiş ve tarım arabası aksının modellemesi ve analizi yapılmıştır. Tarım arabalarında dikdörtgen kesitli ve dairesel kesitli akslar kullanılmaktadır. Bu nedenle çalışmada hem dikdörtgen kesitli hem de dairesel kesitli aks üzerinde statik bir analiz yapılmış ve her iki akstan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulgularda her iki aksa ait eşdeğer gerilim, eşdeğer elastik gerilim, toplam deformasyon ve güvenlik faktörü analizleri elde edilmiştir. SolidWorks programı kullanılarak aksların katı modellemesi 3 boyutlu olacak şekilde oluşturulduktan sonra ANSYS Workbench kullanılarak modelleme sonrası aksların çalışma şartları gerçeğe uygun olacak şekilde simüle edilmiş ve akslar üzerinde oluşan gerilme dağılımları incelenerek gerilmelere ait gerekli analizler yapılmıştır. Sonuç olarak ise, maksimum eşdeğer gerilim, dairesel kesitli aksta 15.892 MPa, dikdörtgen kesitli aksta ise 12.026 MPa’dır. Maksimum eşdeğer elastik gerilim, dairesel kesitli aksta 7.9463e-5 mm mm-1, dikdötrgen kesitli aksta ise 6.8408e-5 mm mm-1’dir. Toplam deformasyon dairesel kesitli aksta 0.077806 mm, dikdörtgen kesitli aksta ise 0.053021 mm’dir. Güvenlik faktörü ise her iki aksta da eşit olarak bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

• ANSYS
• tarım
• tarım arabası
• aks
• mukavemet

Use of ANSYS in Agricultural Applications: Trailer Axle Modeling and Analysis Example

Abstract

ANSYS is a computer-aided engineering program in which analysis and simulations can be performed in research and development applications. ANSYS program is used in different computational applications such as mechanics, structural analysis, computational fluid dynamics and heat transfer. In this study, the ANSYS software program was tried to be explained in general terms, some studies on the applications of ANSYS in agriculture were included, and the modeling and analysis of the tractor trailer axle was made. Rectangular and circular cross-section axles are used in tractor trailers. For this reason, in study, a static analysis was made on both the rectangular and circular cross-section axes and the results obtained from both axes were compared. In the findings, equivalent stress, equivalent elastic stress, total deformation and factor of safety analysis results were obtained for both axes. After the solid modeling of the axles was created in 3 dimensions using the SolidWorks program, the working conditions of the axles after modeling were simulated in accordance with the reality by using the ANSYS Workbench, and the necessary analyzes of the stresses were made by examining the stress distributions on the axles. As a result, the maximum equivalent stress 15.892 MPa on the circular cross-section axis and 12.026 MPa on the rectangular cross-section axis. The maximum equivqlent elastic stress is 7.9463e-5 mm mm-1 in circular cross-section axle and 6.8408e-5 mm mm-1 in rectangular cross-section axle. Total deformation is 0.077806 mm at the circular cross-section axis and 0.053021 mm at the rectangular cross-section axis. The safety factor was found to be equal in both axes.

Keywords

• ANSYS
• Agriculture
• Trailer
• Axle
• Strength

References

1. Akdemir, S. (2016). Bir soğuk hava deposunda farklı menfez kanat açılarına göre hava dağılımının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile tahmini. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 31, 1308-8769.
2. Akman, H., Çerçi, K. N., Hürdoğan, E., & Büyükalaca, O. (2018). Güneş enerjisi destekli bir kurutma sisteminin tasarımı, imalatı ve ilk ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1(1), 1-9.
3. Aldağ, M. C. (2015). Tek dingilli tarım arabalarında oluşabilecek hasarların tasarım aşamasında sonlu elemanlar analiz yöntemiyle saptanması. Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Namık Kemal Üniversitesi, Tekirdağ.
4. Atiş, A. (2011). Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (cfd) kullanılarak Samsun koşullarına uygun farklı sera modellerinde doğal havalandırma etkinliğinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun.
5. Azade, A. (2018). Vibrational analysis and optimization of composite tractor trolley chassis using finite element analysis. International Journal of Advance Research and Innovative Ideas in Education, 4(4).
6. Blaabjerg, F., Lonel, D. M., Yang, Y., & Wang, H. (2017). Renewable energy systems: technology overview and perspectives. Renewable energy devices and systems with simulations in MATLAB® and ANSYS®, 4, 1-16.
7. Boldea, I. G., Tutelea, L. N., Rallabandi, V., Lonel, D. M., & Blaabjerg, F. (2017). Electric generators and their control for large wind turbines. Renewable energy devices and systems with simulations in MATLAB® and ANSYS®. 4, 209-248.
8. Celik, H. K., Caglayan, N., Topakci, M., Rennie, A. E. W., & Akinci, I. (2020). Strength-based design analysis of a para-plow tillage tool. Computers and Electronics in Agriculture, 169, 105-168.

9. Çelik, H. K., Topakcı, M., Yılmaz, D., & Akıncı, İ. (2007). Çizelin yapısal ve işlevsel elamanlarında sonlu elemanlar yöntemi ile mukavemet analizi. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 3(2), 111-116.
10. Delele, M. A., Vorstermans, B., Creemers, P., Tsige, A. A., Tijskens, E., Schenk, A., & Opara, U. L. (2012). Cfd model development and validation of a thermonebulisation fungicide fogging system for postharvest storage of fruit. Journal of Food Engineering, 108, 68.
11. Franco, A., Valera, D. L., Pena, A., & Perez, A. M. (2011). Aerodynamic analysis and cfd simulation of several cellulose evaporative cooling pads used in mediterranean greenhouses. Computers and Electronics in Agriculture 76, 218–230.
12. Gallego, E., Rombach, G. A., Neumann, F., & Ayuga, F. (2010). Simulations of granular flow in silos with different finite element programs: ansys vs. sılo. Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers, 53(3), 819-829.
13. Gallego, E., Ruiz, A., & Aguado, P. J. (2015). Simulation of silo filling and discharge using ansys and comparison with experimental data. Computers and Electronics in Agriculture 118, 281-289.
14. Kibar, H. (2011). Tombul fındık depolamasında tane özelliklerine bağlı olarak ANSYS programıyla optimum silo tasarımı. Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun.
15. Kibar, H., & Öztürk, T. (2012). Ansys sonlu eleman yazılımının tarımdaki uygulamaları. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2(2), 65-74, 2012.
16. Kim, K. A., Mentesidi, K., & Yang, Y. (2017). Solar power sources: pv concentrated pv, and concentrated solar power. Renewable Energy Devices and Systems with Simulations in MATLAB® and ANSYS®, 4, 17-38.
17. Ma, K., Shipurkar, U., Lonel, D. M., & Blaabjerg, F. (2017). Power electronics and controls for large wind turbines and wind farms. Renewable Energy Devices and Sistems with Simülations in MATLAB® and ANSYS®, 4, 177- 204.
18. Manasa, P., & Reddy, C. V. B. (2013). Modeling and analysis of tractor trolley axle using ansys. The International Organization of Scientific Research Journal of Mechanical and Civil Engineering, 6(5), 88-92.
19. Meng, Y., Wei, J., Wei, J., Chen, H., & Cui, Y. (2019). An ansys/ls-dyna simulation and experimental study of circular saw blade cutting system of mulberry cutting machine. Computers and Electronics in Agriculture, 157, 38–48.
20. Mollazade, K., Jaferi, A., & Ebrahimi, E. (2010). Application of dynamical analysis to choose best subsoiler’s shape using ansys. New York Science Journal, 3(3).
21. Reddy, G. S., Narsaiah, J., & Shashikala, G. (2017). Dynamic analysis on tillage equipment used in agriculture using ansys software. Science and Technology, 3(7).
22. Saravanan, R., Koti, H., & Martin, M. R. W. (2017). Design and analysis of tractor front axle by reverse engineering approach. International Journal of Scientific Development and Research.
23. Selvi, K. Ç., & Kabas, Ö. (2018). Use of solidworks in designing agricultural machines (a sample: rotary tiller). Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara, 16(4), 101-106.
24. Sharma, P., & Kumar, A. (2016). Static structural analysis and weight reduction of trolley axle using ansys. International Journal of Technical Research 5(1).
25. Souza, V. H. S., Dias, G. L., Santos, A. A. R., Costa, A. L. G., Santos, F. L., & Magalhaes, L. L. (2018). Evaluation of the ınteraction between a harvester rot and a coffee branch based on finite element analysis. Computers and Electronics in Agriculture, 150, 476-483.
26. Şahin, A., Altuntaş, E., & Güleç, U. (2018). Kültivatör kazayağı uç demirlerinin sonlu elemanlar metodu (sem) ile mukavemet özelliklerinin belirlenmesi. Selçuk Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 32(3), 257-265.
27. Terzi, İ., Özgüven, M. M., & Altaş, Z. (2019). Tarımda modelleme ve simülasyon kullanımı. International Erciyes Agriculture, Animal & Food Sciences Conference, Erciyes University, Kayseri/Turkey.
28. Thorpe, G. R. (2008). The application of computational fluid dynamics codes to simulate heat and moisture transfer in stored grains. Journal of Stored Products Research, 44, 21-31.
29. Topakci, M., Celik, H. K., Canakci, M., Rennie, A. E. W, Akinci, I., & Karayel, D. (2010). Deep tillage tool optimization by means of finite element method: case study for a subsoiler tine. Journal of Food, Agriculture & Environment, 8(2), 531-536.
30. Yu, Y., Zhang, S., Li, H., Wang, X., & Tang, Y. (2017). Modal and harmonic response analysis of key components of ditch device based on ansys. 13th global congress on manufacturing and management, gcmm 2016. Procedia Engineering, 174, 956-964.