ÇİMENTO KARIŞTIRICI PALETİNDE GERİLME ANALİZİ Şekil 1.1: Planet tip mikser iç görünüş Şekil 1.2: Planet tip mikser genel görünüş Harun ŞENTÜRK 2004508070

1- Problemin Anlaşılması ve Tanımlanması Hazır beton, çimento, doğal veya yapay agrega, su ve istenilen betonun özelliğine göre kullanılan kimyasal katkı maddelerinden oluşan bir karışımdır. Hazır betonun bileşenleri beton santralinde, bilgisayar kontrolüyle, istenilen oranlarda bir araya getirilerek, mikserde karıştırılır ve taze beton elde edilmiş olunur. Şekil 1.3: Beton Santralinin Genel Görünümü

1- Problemin Anlaşılması ve Tanımlanması Karıştırma işlemi en kısa sürede maksimum homojenliğin sağlanması açısından, beton üretim işinin en kritik ve önemli noktasıdır. Bu üretim aşamasında karıştırıcıya doldurulan çimentoya müşterinin ihtiyaç ve beklentilerine uygun olarak çeşitli kimyasallar eklenir ve bu kimyasalların çimentoya homojen bir şekilde yayılması gerekmektedir. Bu aşamada ayaklarda meydana gelecek bir problemden dolayı bu dağılım homojen şekilde gerçekleşmezse müşteri ihtiyaçlarını karşılamayan bir ürün ortaya çıkmış olur. Şekil 1.4: Planet tip karıştırıcı kol

2- Problemin Mühendislik Açısından Sebeplerinin Tartışılması ve Belirlenmesi Projede sürtünme kuvveti hesaplanırken üç sürtünme katsayısı kullanılmıştır. Bunun nedeni başlangıçta temiz olan karıştırma yüzeyinin zaman içinde üzerinde malzemelerin katılaşıp kalmasından dolayı sürtünme kuvvetinin artmasına sebep olmasıdır. Şekil 1.5: Mikser

3a- İnceleme Alternatifleri Üç sürtünme katsayısı kullanılarak bu olayın gerilmeye etkisi gözlenecektir. Mevcut durum görüldükten sonra Palete yönelik farklı tasarımlar ve analizler yapılarak çözüm geliştirmeler düşünülebilir. Sınır şartları ve yüklemelerin mevcut şartları yansıtması gerekir.

3b- İnceleme Şekline Karar Verilmesi Palet modellenecek, Karışım şartlarını verecek şekilde sınır şartları ve yükleme uygulanacak, Statik analizle oluşan değerler tespit edilecek, Akma gerilmesiyle karşılaştırılarak analizlerin doğruluğu desteklenecek, Maksimum gerilme bölgesine yönelik çözümler geliştirilecektir.

4- Teorik Çözüm Yönteminin İncelenmesi ve Konuya Hakimiyet Sağlanması Statik analizde, zaman bağımsız bir değişken olarak göz önüne alınmaz. Deformasyonların sabit ve yavaşça değiştiği kabul edilir. Bu problemde, Von – misses, Displacement açısından incelenecektir.

5- BDM Analizleri Açısından Yapılabilecek Kolaylıklar Şekilden de görüleceği gibi Palet adı verilen parça simetrik değildir. Analiz tipinde de herhangi bir değişiklik olmayacağı için BDM açısından kolaylaştırma söz konusu değildir. Şekil 1.6: Modellenmiş Palet

6- BDM Analiz Girdileri 6.1- Geometri ve Modelleme Şekil 1.7: Modellenmiş Palet (Farklı Açılardan)

6- BDM Analiz Girdileri 6.1- Geometri ve Modelleme Şekil 1.8: Sonlu Elemanlara Ayrılmış Palet

6- BDM Analiz Girdileri 6.2- Sınır Şartları ve Yükleme Sistem 400 mm olan kısımdan mesnetlenmiş ve sürtünme kuvvetlerinin etkisi, karışımın tüm temas yüzeyine uygulanmıştır. “N” tepki kuvveti paletin önünde sürüklediği karışımın ağırlığından gelen kuvvettir ve bu kuvvet 400kg karışımdan dolayı oluşmaktadır. N = 400kg x 9,80665 m/s2 = 3922,66 N A = 39615.32611 x 10 -6 mm 2 ( Paletin Yüke Maruz Kalan Alanı) μ1 = 0,1 için Fs1 = μ1 x N = 3922,66 x 0,1 = 392,266 N P1 = Fs1 / A = 392,266 / (39615.32611 x 10 -6 ) = 9901,874818 Pa = 9901,874818 x 10-6 MPa μ2 = 0,45 için Fs2 = μ2 x N = 3922,66 x 0,45 = 1765,197 N P2 = Fs2 / A = 1765,197 / (39615.32611 x 10 -6 ) = 44558,43668 Pa = 44558,43668 x 10-6 MPa μ3 = 0,8 için Fs2 = μ2 x N = 3922,66 x 0,8 = 3138,128 N P2 = Fs2 / A = 3138,128 / (39615.32611 x 10 -6 ) = 79214,99854 Pa = 79214,99854 x 10-6 MPa Mesnetlenmiş kısım Kuvvet (basınç) Şekil 1.9: Paletin Sınır Şartları ve Yükleme Koşulları

6- BDM Analiz Girdileri 6.3- Malzeme Özellikleri Name Value Compressive Yield Strength 250.0 MPa Density 7.85e-6 kg/mm³ Poisson's Ratio 0.3 Tensile Yield Strength 250.0 MPa Tensile Ultimate Strength 460.0 MPa Young's Modulus 200,000.0 MPa Thermal Expansion 1.2e-5 1/°C Specific Heat 434.0 J/kg·°C Thermal Conductivity 0.06 W/mm·°C Relative Permeability 10,000.0 Resistivity 1.7e-4 Ohm·mm

7- Analiz Programında Dikkat Edilecek Noktalar ve Analizlerin Yapılması Tüm girdiler programa yüklendikten sonra sonlu eleman çözümlemeleri her bir model için yapılır. 2 farklı geometri ve 3 farklı yükleme için toplam 6 adet statik analiz yapılır. Dikkat edilmesi gereken bazı hususlar 1- Analizler sırasında bilgisayarın kapasitesinden kaynaklanan hatalar çıkabilir. Bu durumda eleman sayısını düşürmek bir çözümdür. Ancak sonuçların hassasiyeti de o ölçüde azalacaktır. 2- Örneğin malzeme özelliklerinin birisini yazarken hata yapılması bile sonuçları yüksek seviyelerde saptırabilir. Bu nedenle bir modelin analizi yapıldıktan sonra sonuçların makul seviyelerde çıkıp çıkmadığının kontrol edilmesi ve sonra diğer modellerin analizlerine geçilmesi faydalıdır. Aksi taktirde önemli bir zaman ve emek kaybı söz konusu olabilir.

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 1 için; μ1 = 0,1 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmesi

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 1 için; μ1 = 0,1 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Displacement

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 2 için; μ1 = 0,1 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmesi

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 2 için; μ1 = 0,1 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Displacement

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 1 için; μ1 = 0,45 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmesi

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 1 için; μ1 = 0,45 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Displacement

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 2 için; μ1 = 0,45 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmesi

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 2 için; μ1 = 0,45 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Displacement

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 1 için; μ1 = 0,8 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmesi

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 1 için; μ1 = 0,8 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Displacement

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 2 için; μ1 = 0,8 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmesi

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Model 2 için; μ1 = 0,8 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Displacement

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler MODEL 1 MODEL 2 Von Misses Gerilmesi (MPa) Von Misses Gerilmesi (MPa) SÜRTÜNME KATSAYISI Displacement (mm) Displacement (mm) μ1 = 0,1 28.4 6,799 29.32 2.71 μ2 = 0,45 127.2 12.4 131.92 12.21 μ3 = 0,8 226.2 22.04 234.52 21.7

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Soru 1:Sonuçlar Mantıklı mı? (Görsel değerlendirme) Statik analizlere göre, en kritik noktanın yani parçadaki maksimum gerilmenin olduğu yer, şekilden bakıldığında uygulanan kuvvete en uzak yerde olması mantıklıdır. Şekil 1.10: Modellenmiş Palet

8- Sonuçlar ve Değerlendirmeler Soru 2:Sonuçların Doğruluğunu nasıl destekleyebilirim? (Fiili destekleme) Yapılan statik analizler ile daha önceden yapılan çalışmanın sonuçların uyuşması, sonuçların doğruluğunu desteklendiğini göstermektir. μ1 = 0,45 olduğunda yapılan statik analiz sonucunda bulunan Von-misses gerilmelerinin karşılaştırılması

9- Çözüm Geliştirme Gövdenin geometrisini değiştirerek gerilmeler düşürülebilir. Ancak palet ağırlığının ve maliyetin artmasını da dikkate alarak optimum bir çözüm geliştirilmelidir. 1° lik bir extrude farkında 39 Mpa lık azalma elde edilebilinir. Bu miktar isteğe bağlı olarak değişkenlik gösterir.

10- Yargılar, Bilim ve Uygulamaya Katkılar (Genel kazanımlarımız) Analizlerde sürtünme kuvvetinin artırılmasıyla Von Misses gerilmesinin ve deplasmanın artığı gözlemlenmiştir. Fakat tüm sürtünme kuvvetlerinde maksimum gerilmelerin çıktığı noktalar değişmemiştir. Sonuç olarak, duraklamalar sonucu karıştırma yüzeyinde kuruyan malzemenin temizlenmemesi durumunda, karıştırıcı ayakları giderek artan gerilmelere maruz kalmaktadır. Bu durum, bu yüzeylerin makinenin çalışmadığı zamanlarda, yüzeylerin temizlenmesiyle azaltılabilir. Ayrıca zaman içinde gerilmelerden dolayı ayakların eğilerek yüzeye temas etmesinin engellenmesi gerekir. Yüzeyde katılaşan malzemeleri engellemek için diğer bir çözüm de karıştırıcılara yüzeyi temizlemek için sıyırıcı paletlerin tasarlanıp uygulanması olabilir.

11- Analiz Adımları İlk olarak parçalar modellenir ve montaj edilir. Parçalara bakacak olursak;

11- Analiz Adımları Montaj edilmiş hali;

11- Analiz Adımları Sırasıyla analiz adımları;

11- Analiz Adımları

11- Analiz Adımları

11- Analiz Adımları