|
|
Bu, döküm işleminin kısa süreli ısı transfer analizidir. Hedef, çelik dökümde ve kalıba döküm işlemi esnasındaki sıcaklık derecesi yayınım izlerini gösterilmesi, ki bu işlemin devam süresi üç saatin üzerindedir. Dört inç (@10cm) duvar kalınlığına sahip "L" şeklinde kum kalıba döküm yapılmıştır. Isı transferi kum kalıp ile çevresindeki hava arsında meydana gelmektedir. Döküm parçası Şekil 2.11.’de görülmektedir.
|
Çelik için entalpi
(ENTH) |
|
|
0oF’ta |
0.0 Btu/in3 |
|
2643oF’ta |
128.1 Btu/in3 |
|
2750oF’ta |
163.8 Btu/in3 |
|
2875oF’ta |
174.2 Btu/in3 |
|
Çelik için iletkenlik (KXX) |
|||
|
0oF’ta |
1.44 Btu/(hr-in-oF) |
||
|
2643oF’ta |
1.54 |
||
|
2750oF’ta |
1.22 |
||
|
2875oF’ta |
1.22 |
||
|
Isı yayınım
özellikleri |
|
||
|
Film
Katsayısı |
0.014
Btu/(hr-in2-oF) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Çevre
Sıcaklığı |
80 oF |
|
|
|
|
|
|
|
|
İlk durumlar |
|
|
Çelik sıcaklığı |
2875 oF |
|
Kum sıcaklığı |
80 oF |
|
Kum için malzeme
özellikleri |
|
|
İletkenlik
(KXX) |
0.025
Btu/(hr-in-oF) |
|
Yoğunluk
(DENS) |
0.054
lb/in3 |
|
Özgül
Isı (C) |
0.28 Btu/(lb-oF) |
Döküm
parçasının iki boyutlu (2D) analizi yapılmıştır. Analizde modelin yarım
simetrisi alınarak kullanılmıştır.
Kalıp malzemesi (kum) sabit malzeme
özelliklerine sahiptir. Döküm (çelik) sıcaklık derecesine bağlı termal
iletkenliğe ve entalpi’ye sahiptir, sıcaklık derecesine karşılık gelen her iki
değerde Tablo 2.1.’de verilmiştir. Katılaşan metalin tablodaki entalpi
özellikleri ve sıcaklık kapasitesi değişmeden aynı kalmaktadır.
Çözüm
kontrollerinde (solution control) otomatik zaman adımlama dahil olmak üzere,
birkaç doğrusal olmayan yerleştirme kullanılmıştır. Bunun anlamı erimiş haldeki
metalin katı duruma geçişi esnasında küçücük zaman adımları kullanılacaktır.
Yukarıda verilen bilgiler yardımıyla,
analiz yapılmıştır. Dökümün katılaşması, analizi için yapılan işlemler aşağıda
sırasıyla verilmiştir.
Bu problemin avantajı modelin yalnızca “L” şeklinin yarısı yani simetrisi alınmaktadır. İlk olarak, dört köşe nokta keypoint olarak tanımlanır ve bu noktalar birleştirilerek yamuk yapılır daha sonra alan olarak tanımlanır, tanımlanan bu alan kalıba aittir.
1.
Main Menu: Preprocessor
-Modeling-Create
Keypoints
In Active CS
2. Keypoint number için 1 girilir -»
3. Koordinat için 0,0,0 (X,Y,Z) girilir -»
4. Apply tıklanarak 1. keypoint tanımlanır -»
5. Keypoint number için 2 girilir -»
6.
Koordinat için 22,0,0 değerleri girilir -»
7. Apply tıklanarak 2. keypoint tanımlanır -»
8. Keypoint number için 3 girilir -»
9.
Koordinat için 10,12,0
değerleri girilir -»
10. Apply tıklanarak 3. keypoint tanımlanır -»
11. Son olarak keypoint number için 4 girilir -»
12.
Koordinat için 0,12,0 girilir -»
13. OK -»
Orijindeki keypoint
bakıldığında görünmeyecektir bu nedenle global üçlü sembolünün o noktada
görünmez hale getirilmesi gerekir.
14. Utility Menu: PlotCtrls
Window Controls
Window Options
15.
Location of triad seçeneği Not shown olarak
değiştirilir -»
16. OK tıklandığında
global orjin görünmez hale geçer -»
Dört
keypoint’in birleştirilmesi ile kalıp
için alan oluşturulur.
1. Main Menu: Preprocessor
-Modeling-Create
-Areas-Arbitrary
Through KPs
2. Sırasıyla 1 ve
4 arasındaki keypoint’ler seçilir. Seçtiğiniz bu noktalarda
çizgilerin oluştuğunu görebilirsiniz.
3.
Seçme
menüsünden OK tıklandığında çizgiler arasında alan oluşur.
4.
Toolbar:
SAVE_DB
Şimdi ise döküm malzemenin alanını
oluşturalım, bunun için kalıp alanının içine belirli ölçüde taşacak şekilde bir
dikdörtgen oluşturulur. Oluşturulan bu ikinci alanla kalıp alanının kesişimi
döküm metalini temsil edecektir.
Not: Üst üste binen bu iki alan Boolean
operasyonuyla ve işimize yaramayan alan silinerek oluşturulacaktır.
5. Main Menu: Preprocessor
-Modeling-Create
-Areas-Rectangle
By Dimensions
6. X- koordinatlerı için 4 ve 22 girilir -»
7. Y-koordinatları için 4 ve
8 girilir -»
8. OK -»
9. Utility
Menu: PlotCtrls
Numbering
10. Keypoint
numbers, on yapılarak aktif hale getirilir -»
11. Area numbers, on
yapılara aktif hale getirilir -»
12. OK -»
13. Utility
Menu: Plot
Areas
14. Main Menu: Preprocessor
-Modeling-Operate
-Booleans-Overlap
Areas
15. Üst üste binmiş
her iki alanı da almak için Pick All tıklanır -»
16. Main Menu: Preprocessor
-Modeling-Delete
Area and Below
17. Üçüncü alan (A3)
seçilir.
18. OK tıklandığında alan 3 silinir (seçme menüsünden).
19. Toolbar: SAVE_DB
Kalıp kumunun özellikleri, malzeme numarası 1 (material number 1) olarak tanımlanır. Burada sıcaklık derecesinin herhangi bir fonksiyonu yoktur.
1. Main Menu: Preprocessor
Material Props
-Constant-Isotropic
2. OK tıklanarak malzeme 1
için tanımlama yapılır -»
3. Menüden
DENS için 0.054 girilir -»
4.
KXX
için
0.025 girilir -»
5.
C için 0.28 girilir
-»
6. OK -»
Döküm
metali için malzeme numarası, 2 (material number 2) olarak tanımlanır.
Buradaki özelliklerin değiştirilmesi önemlidir, metal sıvı halden, katı hale doğru soğumaktadır. Bu
nedenle, tabloda karşı tarafa uygun sıcaklık derecelerinin
değerleri girilir.
7. Main Menu: Preprocessor
Material Props
-Temp Dependent-Temp
Table
8.
Menüde
T1 için 0 girilir -»
9.
T2 için 2643 girilir
-»
10.
T3 için 2750 girilir -»
11.
T4 için 2875 girilir -»
12.
OK -»
13. Main Menu: Preprocessor
Material Props
-Temp Dependent-Prop
Table
İlk
olarak ısı iletkenliğine bağlı sıcaklık derecesi tanımlanır.
14.
Menüden
yan bar aşağıya çekilerek Th conductivity seçilir -»
15.
Yan
taraftaki menüden KXX seçilir
-»
16.
Material
reference number için 2 girilir -»
17.
C1 için 1.44
girilir -»
18.
C2 için 1.54 girilir
-»
19.
C3
için
1.22 girilir-»
20.
C4 için 1.22 girilir
-»
21.
Apply
-»
Daha
sonra, entalpi’ye bağlı sıcaklık dereceleri tanımlanır.
22.
Enthalpy seçilir -»
23.
Material
reference number için 2 girilir -»
24.
C1 için 0 girilir
-»
25.
C2 için 128.1 girilir
-»
26.
C3 için 163.8 girilir
-»
27.
C4 için 174.2 girilir
-»
28. OK -»
1.
Main Menu: Preprocessor
Material Props
-Temp Dependent-Graph
2. Yan bar aşağı
çekilerek Scroll Th conductivity seçilir -»
3.
Yan menüden KXX seçilir -»
4.
Material reference number için 2 girilir
-»
5.
OK -»
6. Main Menu:
Preprocessor
Material Props
-Temp Dependent-Graph
7. Enthalpy seçilir -»
8. Material
reference number için 2 girilir -»
9.
OK -»
Oluşan entalpi grafiği incelendiğinde,
başlangıçta doğrusal bir artışın olduğu, bunu mütakiben belirli bir noktada ani
bir yükseliş ve ardından düz bir çizgi çizerek sabit devam ettiği
görülecektir.
10.
Toolbar: SAVE_DB
1.
Main Menu: Preferences
2.
Thermal seçilir-»
3.
OK -»
1. Main Menu:
Preprocessor
Element Type
Add/Edit/Delete
2. Gelen menüden
element tipi seçmek için Add tıklanır -»
3. Thermal Solid seçilir-»
4. Yan menüden
8-noded quad (PLANE77) seçilir-»
5. OK -»
6. Close -»
7. Toolbar:
SAVE_DB
1. Utility
Menu: Plot
Areas
Modeli alan şeklinde görüntüledikten sonra, yapılacak işlem mesh oluşturmaktır, bunu için mesh Tool Menüsü’ne girilerek Smart Size kutusu mause yardımıyla tıklanır, bar kaydırılarak 5’e ayarlanır. Yapılacak bu işlemler aşağıda komut olarak belirtilmiştir. Mesh iyi olmadığı taktirde elementlerin maksimum sayısına göre ANSYS/ED programının limitleri içinde daha uygun mesh büyüklüğü elde edilebilir.
2. Main Menu: Preprocessor
MeshTool
3. Smart Sizi kutusu tıklanır -»
4. Bar kaydırılarak
size control 5’e ayarlanır -»
5. Menüden Mesh tıklanır -»
İlk olarak kalıp alanında mesh oluşturulur. Not; bu malzemenin doğal özelliği olarak referans malzeme numarası 1 olarak tanımlandı, bu nedenle mesh alanının özelliklerini seçmeye gerek yoktur.
6.
Alan 5 (A5) seçilir.
7.
OK (seçme menüsünden). Oluşan
döküm mesh alanı Şekil 2.14.’de görülmektedir.
Döküm alanını mesh yapmadan önce, çeliğin özellikleri seçilir. Çeliğin 2. malzeme olduğu unutulmamalıdır.
8.
Element Attributes tıklanır ve Global
seçilir -»
9.
Material number için 2 seçilir -»
10.
OK -»
11.
Utility Menu: Plot
Areas
12.
Mesh seçilir -»
13.
Alan 4 (A4) seçilir.
14.
OK (seçme menüsünden)
15.
MeshTool menüsü Close tıklanarak kapatılır -»
16. Utility
Menu: Plot
Elements
Burada iki ayrı malzeme olmasına karşın aynı renkte olduklarından ayırt edilemmektedirler, malzemeleri ayırt etmek amacıyla farklı malzemeler farklı renklerde gösterilebilir. Bunun için;
17. Utility Menu:
PlotCtrls
Numbering
18. Menüde Element
numbering, Material numbers olarak değiştirilir -»
19. OK -»
Malzeme 1, kalıp kumu elementi, malzeme 2 ise çelik, döküm elementidir. Malzemeler farklı renklerde olmazsa onları sadece birleşmiş gibi görürüz.
20. Utility Menu:
PlotCtrls
Numbering
21. Menüden Numbering
shown with, color only olarak
değiştirilir -»
22.
OK -»
23.
Toolbar: SAVE_DB
Katı modelin sınır çizgilerine ısı yayınım yükleri uygulanır. Sonlu element modelin çözümlemesi süresince, katı modele otomatik transfer yükleri uygulanacaktır.
1. Utility Menu:
Plot
Lines
2. Main Menu:
Preprocessor
Loads
-Loads-Apply
-Thermal-Convection
On Lines
3.
Çevresindeki havayla teması bulunan üç çizgi
de seçilir.
4. OK (seçme menüsünden).
5. Gelen menüden Film coefficient için 0.014 değeri girilir
-»
6. Bulk
temperature için 80 değeri girilir -»
7. OK -»
8.
Toolbar: SAVE_DB
1.
Main Menu: Solution
-Analysis Type- New Analysis
2.
Analiz tipi için Transient seçilir -»
3. OK -»
1.
Main Menu: Solution
-Load Step Opts-Solution Ctrl
2.
Solution Control menüsünde boş kutu
tıklanır (on) -»
3.
Solution control hakkında detaylı bilgileri
okumak için Help tıklanır -»
4.
Help tablosu gözden geçirildikten sonra File’dan
Exit seçilerek menü kapatılır -»
5. OK -»
6.
OK -»
Kalıbın
çevresindeki sıcaklık derecesi 80oF, döküm metalinin ki ise 2875oF’tır.
Öncelikle sıcaklıkları uygulamak için düğümler seçilmelidir. İlk olarak döküm
alanı, daha sonra düğümlerin birleşim
yeri seçilir ve düğüm sınırlarına ergime sıcaklık derecesi uygulanır. Bu
işlemden sonra, işlem yinelenir ve kalıbın düğüm noktalarına çevre sıcaklığı
uygulanır.
1.
Utility Menu: Plot
Areas
2.
Utility Menu: Select
Entities
3.
Areas seçilir -»
4.
Apply -»
5. Alan 4 seçilir (döküm).
6.
OK (seçme
menüsünden).
7.
Nodes seçilir -»
8.
Attached to seçilir -»
9.
Areas, all seçilir -»
10.
Apply -»
11.
Utility Menu: Plot
Nodes
12. Main Menu: Solution
-Loads-Apply
Initial Condit'n
Define
13. Bütün düğümlerin
almak için seçme menüsünden Pick All tıklanır -»
14.
Gelen menüden
DOF için TEMP seçilir -»
15.
DOF’un ilk
değeri için 2875 girilir -»
16.
OK -»
17.
Utility Menu: Select
Entities
18.
Menüden Invert butonu tıklanır (Command
aktif hale gelir; bu işlemin ardından düğümler seçilir). -»
19. Select Entities diyalog menüsü Cancel
butonu tıklanarak kapatılır -»
20.
Utility Menu: Plot
Replot
21. Main Menu:
Solution
-Loads-Apply
Initial Condit'n
Define
22.
Bütün düğüm noktalarını seçmek için seçme menüsünden
Pick All butonu tıklanır -»
23. DOF’un ilk değeri
için 80 girilir -»
24.
OK -»
25.
Utility Menu: Select
Everything
26.
Toolbar: SAVE_DB
Bu adımda 2875 oF’taki döküm metali ile
kalıp çevresindeki sıcaklığın ani temasının simülasyonu yapılacaktır. Programda
zaman adımları otomatik seçilecektir, ki bu zaman adımının büyüklüğünü
değiştirmeyi sistem de olanaklı kılacaktır. Örneğin, zaman adımları küçük
seçildiği zaman şekil değişikliğine gidilebilir. Maksimum ve minimum zaman
adımlarının büyüklüğü otomatik prosedür
limitlerinde gösterilecektir.
1.
Main Menu: Solution
-Load Step Opts-Time/Frequenc
Time-Time Step
2. Time at end of
load step seçeneği için 3 (saat) girilir -»
3.
Time step size seçeneği için 0.01 girili
r-»
4.
Stepped seçeneği seçilir -»
5.
Minimum time step size için 0.001 girilir-»
6.
Maximum time step size için 0.25 girilir
-»
7. OK -»
1.
Main Menu: Solution
-Load Step Opts-Output Ctrls
DB/Results File
2. File write
frequency seçeneği için Every substep seçilir -»
3. OK -»
4.
Toolbar: SAVE_DB
1.
Main Menu: Solution
-Solve-Current LS
2.
Durum penceresindeki bilgiler gözden geçirildikten
sonra
File’dan
Close (Windows NT / Windows 95 veya X11/Motif),
seçilerek kaptılır -»
3.
Çözümü başlatmak için OK tıklanır -»
4.
Çözüm bittiği zaman ekrana gelen menüden Done tıklanarak bilgi penceresi
kapatılır -»
1.
Main Menu: TimeHist Postpro
2.
Utility Menu: PlotCtrls
Numbering
3. Node
numbers tıklanır -»
4.
Numbering shown with seçeneği colors and numbers olarak ayarlanır
-»
5.
OK -»
6.
Utility Menu: Plot
Elements
İlgili düğüm simetri düzlemindeki dökümün
merkezindeki düğümdür. Kullanılan “alınan fonksiyon” ilgi merkezindeki düğüm numarasının değeri değişken olarak
tanımlanmıştır (16,6,0). Değişkenin kullanılması
ile düğümün merkez noktası tanımlanır, analizde mesh daima düz olarak
kullanılıyorsa düğüm merkezi daha esnek olacaktır ve bu yüzden düğüm numarası
değişir.
7.
Utility Menu: Parameters
Scalar Parameters
8. Define the variable
(tanımlanan
değişken): "cntr_pt = node (16,6,0)" ‘dir -»
9.
Accept tıklanır -»
10.
Close -»
Merkezdeki
düğüm noktasının numarası 280’dir. Mesh’in durumuna bağlı olarak düğüm
numarasını farklı elde edilebilir.
11.
Main Menu: TimeHist Postproc
Define Variables
12. Menüden
Add tıklanır -»
13.
Gelen menüden nodal DOF results seçilir ve
OK tıklanır -»
14.
Merkezdeki düğüm seçilir.
15.
OK (seçme
menüsünden)
16.
Node number değişkeni için
"cntr_pt" girilir -»
17.
User-specified label için center girilir
-»
18.
OK -»
19.
Close -»
Bundan sonra; ergimiş metalin katılaşma
animasyonu yapılacaktır. Katılaşma işleminin daha güzel gözümüzde
canlandırmak için dış hatları üç şekilde belirtilebiliriz. T, 2760 oF’dan
daha büyük ise, ergimiş metal olarak gösterilir, T 2630 oF’dan biraz küçük ise katılaşmış metal olarak
gösterilir ve üçüncü durumda ise bu iki halin
arasında gösterilir.
Fakat öncelikle, animasyonun gösterilmesi
için General Postprocessor’e girilerek
sonuçlar okutulmalıdır.
1.
Main Menu: General Postproc
-Read Results-First Set
2. Utility
Menu: PlotCtrls
Numbering
3. Menüde Node
numbers seçeneği aktif hale getirilir -»
4.
Elem / Attrip numbering; No numbering olarak ayarlanır
-»
5.
Menüde Do not replot olarak ayarlama
yapılır -»
6.
OK -»
7.
Utility Menu: Plot
Elements
8. Utility Menu: Plot Ctrls
Style
Contours
Non_uniform Contours
9. Birinci çevrenin üst sınırına, V1 değerine 2630 girilir -»
10. İkinci çevrenin üst sınırına, V2 değerine 2760 girilir
-»
11. Üçüncü çevrenin üst sınırına, V3 3000 değeri girilir -»
12. OK -»
Yalnızca UNIX sistemler
için; terminal bellekte
animasyon ard arda gelmelidir. Grafik Penceresinin büyüklüğünün azaltılması
veya terminal belleğin dışında çalıştırılması gerekmektedir. Bu analiz
için partiküller sisteminizin ve dosyada oluşturulan animasyonun buna uygun
olmasına karşın pencere büyüklüğünün orijinal pencere büyüklüğüne oranla
azaltılarak 1:2 oranına getirilmesi önerilmektedir.
1.
Utility Menu: Plot Ctrls
Animate
Over Time
2. Number of frames (çerçeve)
oluşturmak için 30 girilir -»
3.
Auto Contour Scaling seçilir -»
4.
OK -»
Yalnızca Windows NT sistemleri için; Animasyona bakmadan önce Media Player’da
otomatik tekrar işlemi seçilmelidir.
Yalnızca UNIX sistemler için; Animasyona bakmadan önce ANSYS Animasyon
Kontrollerde seçim yapılmalıdır.
Animasyon sırasında; dikkat edilirse
şekil üç renge ayrılmaktadır, 2760 oF’dan büyük sıcaklıklar için
(ergimiş çelik) kırmızı, 2630 oF ve 2760 oF arasındaki sıcaklıklar
için (şekil değiştirme bölgesi “biraz katı”) yeşil , 2630 oF’tın
altındaki sıcaklıklar için ise (katılaşmış çelik ve kalıp kumu) mavi renktedir. Dökümün
merkezindeki malzemede son bölgenin katılaşması beklenmektedir. Bu noktada,
modelin simetrisinin kullanıldığı hatırlanmalıdır.
5.
"/CVAL" için Enter tuşu tıklanır
-»
6. Utility Menu:
Plot Ctrls
Animate
Over Time
7. OK
-»
1. 1. 1. Toolbar:
QUIT
2. 2. 2. Save
Everything seçeneği seçilir -»
3. 3. 3. OK
-»