strüktür - itü dergi

mimarlk, planlama, tasarm Cilt:8, Say:1, 90-102 Mart 2009

itdergisi/a

Endstri rnleri tasarmnda strktr

Demet GNAL ERTA*, Nigan BAYAZITT Fen Bilimleri Enstits, Endstri rnleri Tasarm Program, 34469, Ayazaa, stanbul

zet Strktr endstri rnleri tasarmnn nemli bileenlerinden biridir. Mesleki eitim ve uygulama sreci iinde endstri rnleri tasarmnn kurgulanmas ve retilmesi iin strktr kavramnn bilinmesi, malzemelerle ilikilerinin doru kurulmas gerekmektedir. Bu tezde endstri rn tasarmnda strktr ve malzemeyi kapsayan yapsal zelliklerin tasarma etkilerinin irdelenmesi amalanmaktadr. Strktr kavram bu kavramn tasarmdaki yeri ve nemi, tasarma etkileri zerinde durulmaktadr. Farkl endstri rnleri tasarmlarndan rnekler strktr, biim, malzeme, ilev ilikileri ynnden incelenmektedir ve snflandrlmaktadr. almann daha sonraki aamasnda ise strktr tasarmnda strain gauge olarak adlandrlan gerinim ler (birim uzama) teknii ile ekil deitirme lm ve gerilme analizinin kullanlmas konusu tasarmda faydalanlacak bir yntem olarak nerilmektedir. Tasarmda farkl yntemlerin gelitirilmesi yaratcln artrlmas, zgn tasarmlarn yaplmas asndan faydal olacaktr. Endstri rnleri tasarm alannda strktrel almalar tasarmn gelitirilmesinde faydal olacaktr. Tasarmda kullanlmas nerilen gerinim ler ile lme teknii ve gerilme analizinden yeni tasarlanacak endstri rnleri tasarmlar ve mevcut tasarmlarda yaplacak gelitirme almalar iin faydalanlabileceini ngrerek, bu ilikinin ne ekilde kurulabileceini gstermek zere bu yntem bir rnek zerinde uygulanmtr. nerilen yntem nda tasarmda hangi ltlerden nasl yararlanlaca zerinde durulmaktadr. almada kullanlan yntemler arasnda mevcut endstri rnleri tasarmlarnn analizi, gerinim ler ile lm teknii, bilgisayar ortamnda gerilme analizleri yer almaktadr. Anahtar Kelimeler: Endstri rnleri tasarm, strktr, biim, gerinim ler.

Yazmalarn yaplaca yazar: Demet GNAL ERTA. [email protected]; Tel: (212) 293 13 00. Bu makale, birinci yazar tarafndan T Fen Bilimleri Enstits, Endstri rnleri Tasarm Programnda tamamlanm olan "Endstri rnleri tasarmnda yapsal zelliklerin tasarma etkileri adl doktora tezinden hazrlanmtr. Makale metni 26.12.2007 tarihinde dergiye ulam, 30.01.2008 tarihinde basm karar alnmtr. Makale ile ilgili tartmalar 31.08.2009 tarihine kadar dergiye gnderilmelidir.

*


Structure in industrial product designExtended abstractAt present we have a wide variety of industrial products. Structure in design is very important, one of the most important concepts in nature and also in different disciplines such as architecture and arts. The value of such a concept is to be used as an advantage in the area of industrial product design and also increasing the structural studies in that area will be helpful. This article is based on the structural studies which will be useful the field of design. In this study we searched about the affects of the structural characteristics of industrial product design. The two structural characteristics such as structure and material are examined for their relationship with some other factors in production process, which are effective factors in product design. One of the objectives of this study is to deal with the structure concept, which has lack of interest in industrial product design, in details with all the means of utility, and though explain the theme structure in design from a different perspective. Another objective of the study is to make searches about how to increase the usage of the structural studies in the areas of design and product development, thus being a guide for those kinds of works. It is studied to improve a method which will prove that the structural studies help design from a technical point of view and to the ability of creativity. It is aimed to make the studies to be directed to create variation in design. Also improving a method to develop the designs technically is among the objectives. It is also aimed at to make a research on the topics such as creating variety on design, and increasing the quality of the designed products. In the study it is intended to analyze a variety of designs with different characteristics and different qualities, which are involved in the existent design literature and also in our daily life. Though classifying the designs which have similar structural characteristics in the same group and constituting a classification system for the industrial designs are also aimed at in this study. Knowledge of the structure and knowledge of the structural characteristics will be useful in design area and in taking structural decisions.

Various methods are used in this study. These are: 1) analysis of the different product designs, 2) measurement with the strain gauge technology, 3) tension analysis on the computer and design. Different structural characteristics of the industrial products and types of their structures are investigated. The relationship of shape-material-structure are observed and analyzed on different samples of industrial products. Affects and function of structure in designing specific industrial products are examined. One of the objectives of this study is to improve the design of industrial product, that does not include only form design, but includes the design of technical elements, which are integrated with the material characteristics, thus proving the possibility of creating more functional and specific products. The usage of the material and energy used in any area are important for the people. So that usage and quantity of the material and the number of parts used in the industrial products are very important. Those should have enough quantity to be used but not more than required. Designers and engineers should improve the optimum solution. Creating good solutions will be possible due to using different technologies and methods in product design and production process. In this study, we investigated usage of different methods in designing the product structure. How the strain gauge method can be utilized in designing, are studied. We defined how we can utilize this technique within the product design process. As a method strain measurements and stress analysis can be use for the decisions about design and product. We can see something on product due to these measurements, their results and analysis. We can see some mistakes about material selection. So that we can suggest appropriate material for product. This measurement method may be useful for to recognize advantages of some shapes and materials of products. In the study it is searched how to utilize structural studies in design. The necessary factors are impressed in those dedicated studies. It is mentioned how to deal with those factors. All those mentioned and recommended methods are applied on a chair design, and used in the process of design development. Keywords: Industrial product design, structure, form, strain gauge.

91

D. Gnal Erta, N. Bayazt

GiriBu almada strktrel zelliklerin endstri rnleri tasarmna etkileri konusu ele alnmaktadr. almann amalarndan biri tasarmclara yol gsterici olmas bakmndan endstri rnleri tasarmlarnn strktrel zelliklerine gre snflandrlmas, avantajl ynlerinin ve zelliklerinin, retildikleri malzemelerin ortaya konmasdr. almann dier bir amac da strktrel almalardan tasarm gelitirmede nasl faydalanlabilecei ile ilgili aratrma yapmak, yol gstermek ve bir yntem gelitirmektir. Bu amala projenin sonraki aamasnda endstri rnleri tasarmlarnn strktrel snflandrlmasnda balangta anlatlan farkl strktrlerin tasarmlarnn gelitirilmesinde strain gauge ad verilen gerinim ler diren bantlar ile ekil deitirme lm ve gerilme analizinin bir yntem olarak kullanlmas nerisi zerinde durulmaktadr. Bu yntemden tasarmda strktrel almalarda faydalanlabileceini gstermek zere bir uygulama yaplmaktadr. almada ele alnan, elektrik diren bantlar yardmyla yaplan ekil deitirme lmlerini ve bilgisayarda yaplan gerilme analizlerini ieren yntemin endstri rnleri tasarmnda strktr gelitirmede kullanlabileceinin gsterilmesi amalanmaktadr.

a kaldran dzen olarak strktr nemlidir. Strktr sistemi bir ilikiler btn olduundan strktr oluturan elerin ve bunlar arasndaki ilikilerin doru tanmlanmas gerekmektedir.

Strktr trleriBu almada farkl zellikler tayan strktrler snflar altnda toplanarak tanmlanmaktadr. Bunlar Tablo 1de yer almaktadr. Ama endstri rnleri tasarmnda grlen strktrlerin belli bir sistematik iinde analiz edilmesidir (Gnal Erta ve Bayazt, 2004). Tablo 1. Endstri rn tasarmlarnda grlen strktrler1 2 3 4 Kabuklar Dolu strktrler ereveler a -Boru kesitli ereveler b -Dolu kesitli ereveler Membranlar a-Yzeysel membranlar b-Dolgulu membranlar c-ime membranlar Levhalar a-Dzlem levhalar b-Nervrl levhalar c-Katlanm levhalar Uzay kafesler Asma gergi sistemler Karma strktrler

5

Tasarmda strktrEndstri rn tasarmnda teknik, ergonomik ve estetik gereklilikler olmak zere uyulmas gereken eitli gereklilikler vardr (Mayall, 1967). Teknik gereklilikler arasnda strktrn nemli yeri vardr. Farkl bilim dallarnda strktrden elemanlar ve paralar aras ilikiler dzeni ve bu ilikileri biimlendiren bir kavram olarak bahsedilmektedir. Tasarmda strktr ise bir tasarm nesnesinin fiziksel yapsn tanmlayan bir terimdir. Endstri rnleri tasarmnda strktr, tasarmlar ayakta tutan, biiminin olumasna yardm eden, zel bir dzenle biraraya getirilmi paralarn meydana getirildii sistemdir. Tasarm olgusunun nemli elerinden strktr, biim ve malzeme tasarm olgusunun nemli elerindendir. Tasarmn ortaya konmasnda, onu aya-

6 7 8

KabuklarTanm: Kabuklar belirli bir et kalnlna sahip bir d kabuun kendi biimiyle oluturduu ve ayakta tuttuu strktrlerdir. Kalnlklar dier boyutlarnn yannda olduka kk deerler alan erisel yzeyli elemanlardr. Kabuk tasarmlar: Kabuklar arasnda sergileme elemanlar, mobilya trleri, bilgisayar, elektrik sprgesi gibi rnler, seramik salk donatm malzemeleri, banyo armatrleri, kova, bardak benzeri rnler, masa st rnler, aydanlk, tencere gibi mutfak gereleri, bavul, anta gibi aksesuarlar, aydnlatma armatrleri saylabilir. Strktrel zellikler: Kabuklar ince, genellikle erilikli olan yzeysel tayclardr.

92


Kabuklar genellikle tek para olarak ayakta dururlar. Biimlerinde srekliliin salanabildii strktrlerdir. Az malzeme ile istenen mukavemetin salanabildii, dayanmlar llerine, kesit kalnlna, biimine ve malzemesine bal olarak deiebilen strktrlerdir. Ykleri genellikle ekme, basn ve kesme kuvvetleri ile aktarrlar (Engel, 2004). Dzgn yayl yke kar mukavemetleri tekil yke kar mukavemetlerinden daha iyidir. ekil 1de kabuk bir oturma elemannn strktrel davran grlmektedir.

Dolu strktr tasarmlar: Dolu strktrler arasnda baz mobilyalar, baz aksesuarlar, atal kak gibi tasarmlar yer almaktadr. Strktrel zellikler: Her dorultuda yk tayan ktlesel tayclardr. Mukavemetleri, statik ve dinamik zellikleri geometrilerine bal olan strktrlerdir. Dolu strktrlerin dayanm boyuta, biime ve malzemeye bal olarak deiebilmektedir. stenen mukavemetin malzemenin masif olarak kullanlmasyla salanabildii strktrlerdir. ekil 2de dolu strktr bir tasarmn davran grlmektedir.

a) Kabuk oturma eleman a) ekil Deitirmeler b) Gerilmeler

ekil 2. Dolu strktr prizmatik taburenin strktrel davranb) Kabuun ekil deitirmesi

erevelerTanm: ereveler yatay ubuklarla dey ubuklar arasnda rijit bir ba oluturularak elde edilen bir ana iskeletin, tasarmn tayc strktrn oluturduu sistemler olarak tanmlanabilir. ereve tasarmlar: erevelere rnek olarak mobilyalar, bisiklet, jimnastik aletleri, banyo mutfak aksesuarlar, sergileme sistemleri, aydnlatma armatrleri saylabilir. Strktrel zellikler: ereveler yklerin farkl dorultulardaki ubuklarla aktarld sistemlerdir (Engel, 2004). erevelerin dengesinde sistemdeki ubuklarn dorultular, paralarn kesit biimleri, boyutlar, malzemeleri nemlidir.

c) Kabuun moment diyagram

ekil 1. Kabuun strktrel davran

Dolu strktrlerTanm: Dolu strktrler tasarlanan biimi ii dolu bir ktle olarak ayakta tutan strktrler olarak tanmlanabilir. Genellikle karmak geometrilerin tasarlanmas, belli bir ktle arlna gerek duyulmas, malzemenin ve retim yntemlerinin getirdii kstlamalar dolu strktrlerin tasarlanmasn gerektirmektedir.

93


Dzgn yayl yk ve noktasal yk karsndaki davranlar farkldr. ekil 3de panonun strktrel davran grlmektedir .

ime mebranlar basn, ekme, kesme gibi yklere maruz kalabilmektedir. Eilme rijitlikleri dktr (Engel, 2004). basn d kuvvetlere eit olduunda teorik olarak membran dengelidir. Yzeydeki gerilmeler sfrdr. ekil deitirme sonucu kalc bir deiiklik ya da krlma olmamaktadr. ekil 4te dolgulu membrann strktrel davran grlmektedir.

a) Dolgulu membran oturma eleman kesitinde ekil deitirmeler

a) ekil Deitirme

b) Gerilmeler

ekil 3. erevenin strktrel davran

MembranlarTanm: Membranlar ilerindeki hava, gaz, sv, kpk malzeme ya da artk malzeme ile ayakta duran, kendi z rijitlii olmayan tam eilebilir trden malzemelerle yaplm strktrler olarak tanmlanabilir. Membranlar yzeysel membranlar, dolgulu membranlar ve ime membranlar olarak gruplandrlabilir. Membran tasarmlar: Membranlar arasnda puf ya da ime koltuk gibi mobilyalar, dolgulu ve ime oyuncaklar, deniz aksesuarlar saylabilir. Strktrel zellikler: Membranlar ancak ekmeye mukavemet edebilecek derecede rijit olmayan malzemelerle retilmektedir. Dolgulu ve ime membranlar ilerindeki dolgu ve hava sayesinde rijitlikleri arttrlarak basnca dayankl hale getirilirler. Membrann zerine etkiyen kuvvet membrann belli dorultularda ekil deitirmesiyle yzeye ve belli blgelere aktarlabilmektedir.c) Dolgulu membrandaki gerilmeler b) Dolgulu membrandaki ekil deitirmeler

ekil 4. Dolgulu membrann davran

LevhalarTanm: Levhalar kalnl dier boyutlarna gre kk dzlem elemanlarla oluturulan iki dorultuda yk dalmnn olduu elemanlardr. Dzlem levha, nervrl levha, katlanm

94


levha olmak zere farkl gruplar altnda toplanmaktadrlar. Levha tasarmlar: Levha tasarmlar arasnda durak, park, sergi gibi at rt sistemleri, sergileme elemanlar, reklam panolar, masa, dolap sistemleri gibi mobilyalar saylabilir. Strktrel zellikler: Levhalar yk yzeye en iyi ekilde aktaran elemanlardr. Levhalar ekme, basn, kesme, eilme kuvvetlerine maruz kalmaktadrlar. Levhalarda eilme momenti daha oktur. Levhalarda sistemin dengelenmesinde sistemdeki levhalarn biraraya gelileri, biim, balant noktalar nemlidir. Levhalarn davran kesit kalnlklarna ve malzemelerine gre deiebilmektedir. Yayl yke gsterdikleri mukavemet tekil yke gsterdikleri mukavemetten yksektir. ekil 5te ereve askln strktrel davran grlmektedir.

temlerdir. Uzay kafesler endstri rnleri tasarmnda ok az grlmektedir. Uzay kafes tasarmlar: Bu strktrn zelliklerini tayan tasarmlar arasnda durak, sergileme standlar gibi rnler, sergileme, depolama, sat ve reklam niteleri, oyuncaklar, sehpa sandalye gibi mobilyalar yer almaktadr. Strktrel zellikler: Uzay kafeslerde eitli dzenler grlmektedir. Uzay kafesler geometrik olarak cisimlerin ke veya kenarlaryla belirlenirler. Uzay kafeslerde yk aktarmnda, gelen kuvvetler ok sayda ubuk ve farkl dorultularda bileenlere ayrlmaktadr. Genellikle st tabaka basnca, alt tabaka ekmeye almaktadr. Farkl dm noktas zmleri kullanlabilmektedir. ubuk paralarn civata, kaynak, geme gibi fakl ekillerde dm noktalarnda birleimini salayan zmler gelitirilmitir. ekil 6da uzay kafes oturma elemannn strktrel davran grlmektedir.

a) Levha mobilyadaki ekil deitirmeler

a) ekil deitirmeler

b) Kuvvetler

ekil 6. Uzay kafesin strktrel davran

Asma gergi sistemlerb) Levha mobilyadaki gerilmeler

ekil 5. Mobilyann strktrel davran

Tanm: Asma sistemler membran, levha ya da kabuk elemanlarn kablo, ip, tel gibi elemanlarla aslmalaryla oluturulan ekme gerilmeli strktrlerdir. Asma sistemlerin zemine, duvara, baka sabit elemanlara montaj yaplmaktadr. Asma gergi sistem tasarmlar: Bu strktrn zelliklerini tayan tasarmlar arasnda otobs duraklar, sergileme elemanlar, adrlar, baz kitaplk ve raf sistemleri saylabilir.

Uzay kafeslerTanm: Uzay kafes sistemler ubuklarn dm noktalaryla ve dm noktalarndaki eitli balantlarla oluturduklar uzaysal tayc sis-

95


Strktrel zellikler: Asma sistemlerde ekme gerilmeleri altnda malzemeler basn ve eilmeye maruz olmalaryla birlikte burkulma, devrilme ve buruma iin ek emniyet gerekmedii iin daha rahat kullanlmaktadr. Asma sistemler yksek mukavemetli malzemelerin kullanmna daha elverilidir. Sistemdeki tel ve halatlar ya da eilme rijitlii olmayan membran yzeyler kuvvet dorultusunda ekil deitirecek biimde yerletirildiklerinde kuvveti aktarabilirler. Byk boyutlu durak, adr, sergileme sistemi gibi rnlerde yksek mukavemetli malzemelerin kullanlmas ve bunlarla ekme gerilmeli asma sistemler oluturulmas aklklarn az arlkla geilmesini, gerektiinde sklerek tekrar kurulabilen tasarmlar yaratlmasn salamaktadr. ekil 7de asma sistem adr zerinde strktrel davranlar gsterilmektedir.

Karma strktrlerTanm: Karma strktrler eitli strktr trlerini birarada bulunduran, farkl strktrlerin farkl zelliklerini tayan sistemlerdir. Karma sistemlerde farkl strktrler birbirlerini tamamlayarak tasarm iin doru sistemin kurulmasn salamaktadrlar. Karma strktr tasarmlar: Karma strktre rnek olarak beyaz eya, uak, helikopter, araba gibi aralar, aydnlatma armatrleri, mobilyalar, sergileme sistemleri, ynlendirme sistemleri, durak ve at rt sistemleri verilebilir. Strktrel zellikler: erdikleri strktrlerin farkl strktrel zelliklerini birarada tamaktadrlar.

Strktr gelitirmealmann bu aamasnda, yukarda bahsedilen zellikleri tayan eitli strktrlerin tasarlanmasnda, gelitirilmesinde ve iyiletirilmesinde faydalanlabilecek bir yntem zerinde durulmaktadr. alma gerinim ler ile lme teknii ve deneysel gerilme analizininin strktr gelitirme srecinde kullanlabileceini, bu teknikten nasl faydalanlabileceini gstermek amacyla yaplan bir uygulamay kapsamaktadr. Tasarmlarn strktrleri iin farkl hedefler konulabilmektedir. Buradaki uygulamada hedef olarak mukavemetin salanmas, imalatta kullanlan malzeme ve paralarn azaltlmas belirlenmitir. Tasarm bu hedeflere gre gelitirmek zere strktrde gerinim ler ile ekil deitirme lmleri ve gerilme analizleri yaplmtr. Strain gauge ile lme tekniinden aada ksaca bahsedilmektedir.

a) Asma sistem adrn ekil deitirmesi

b) Asma sistem adrda kuvvetler

Gerinim ler ile lme tekniiMhendislik uygulamalarnda deneysel gerilme analizlerinin yaplabilmesi ancak ekil deitirme elemanlarnn llmesi ve bu byklklerle gerilmeler arasndaki bantlarn kullanlmasyla mmkn olabilmektedir. Birim uzamann llmesinde en gvenilir sonular veren yntem gerinim ler ile birim uzama uygulamasdr. Gerinim ler teknii sadece deneysel gerilme analizi yapmak iin deil, ayrca birok fiziksel

c) Asma sistem adrda momentler

ekil 7. adrn strktrel davran

96


bykln llmesinde de sk kullanlan bir ara haline gelmitir. En ok kullanlan gerinim ler tr olan, bu almada kullanlan elektriksel rezistans gerinim lerlerde direnci R olan bir metal tele eksenel ekme kuvveti uygulanarak ekil deiimi ile diren deiimi izlenmektedir. Diren deiimi ile birim uzama arasndaki bant yaklak kabullerle belirlenebilmektedir (Toprak vd., 1997; Window, 1992).

R=

L A

(1)

mektedir. Bu noktalar ekil 9da gsterilmektedir. erevede belirlenen noktalara gerinim ler yaptrlmtr. Strktr zerine farkl ykler verilerek oluan ekil deiimleri llmtr ve gerilmeler hesaplanmtr. lmlerle ve bilgisayarda yaplan sonlu elemanlar analiziyle elde edilen deerler birlikte ele alnarak strktr iin belirlenen hedeflere ulalmas amacyla tasarmda deiiklikler nerilmitir. nerilen tasarmda mukavemetin salanp salanmad bilgisayar analizleriyle etd edilmitir.

R: Diren, : zdiren, L: Uzunluk, A: Dik kesit. Kuvvetin deiimi ile birim uzama arasndaki bant aadaki gibidir.

dR =

A

dL +

L L d 2 dA A A

(2) (3) (4)

dR = K bulunur. RK = C (1 2 ) + 1 + 2

Burada K bir malzeme katsaysdr ve gauge faktr olarak tanmlanr. Bu bantdan yararlanlarak diren deiimi llerek ekil deitirme bileeni hakknda bilgi elde edilebilecektir. Elastisite ve kayma modl, yorulma gerilmesi gibi deerler de hesaplarda kullanlr (Toprak vd., 1997).

ekil 8. ereve sandalyenin orjinal perspektifi

Mevcut tasarmn analizialmann bu aamasnda ekil 8de grlen boru kesitli elik ereve sandalye zerinde analizler yaplmtr (ekil 9, ekil 10). zerinde deneysel alma yaplan sandalye ii bo daire kesitli elik ereve strktrden ve deri oturma blmnden olumaktadr. elik mukavemeti sayesinde sandalye hafif, retimi ve kullanm kolay, dayankl bir tasarm nitelii tamaktadr. elik ereve, tasarmn grselliinin ve strktrnn baskn esidir. Tablo 2 ve Tablo 3te grlen A2, T1, A5, K2, D1, T2, K1 kodlar strktr zerindeki gerinim lerleri ve yaptrldklar noktalar ifade et-

ekil 9. Sandalyede lm yaplan noktalar

97


Strktr zerinde mikrostrain birimiyle llen ekil deitirme deerleriyle

=

F M + A I

(5) (6)

= .E

ekil 10. erevedeki gerilmeler

formlleriyle gerilmeler hesaplanmtr. birim boydaki deime, gerilme, E elastiklik modldr. Tablo 2de ve Tablo 3teki gerilme deerleri grlmektedir.

Tablo 2. Gerinim lerlerle lmlerde elde edilen gerilmeler (N/mm)lm noktas A2 T1 A5a A5b A5c K2 D1 T2a T2b T2c K1a K1b K1c 1.lm gerilmeler 2. lm gerilmeler 3. lm gerilmeler 4. lm gerilmeler 5. lm gerilmeler

-285.60 -350.20 -115.52 -385.60 -236.00 +334.80 +139.40 +65.48 +98.40 +211.00 +69.92 +124.00 +169.00

-247.80 -305.60 -297.40 -321.20 -207.20 +298.40 +93.80 +111.00 +89.60 +209.60 +179.60 +103.60 +156.00

-210.80 -258.80 -86.20 -290.60 -176.40 +249.80 +84.80 +51.80 +79.40 +167.00 +53.64 +93.00 +134.00

-204.00 -216.60 -238.00 -267.80 -172.00 +255.00 +64.80 +79.60 +63.20 +153.60 +86.20 +130.80 +128.00

-170.00 -214.00 -63.52 -211.20 -126.40 +210.00 +38.00 +40.36 +62.20 +127.80 +41.32 +73.60 +106.60

Tablo 3. Bilgisayar analizine ve deneye gre gerilmelerlm noktalar 120 kg yklemedeki 180 kg yklemedeki gerilmeler gerilmeler Gerinim lerle labaratuvarda lme gre gerilme aral (N/mm) 60.40-285.60 97-350.20 132.20-385.60 107.60-334.80 38-139.40 38.60-98.40 49.20-130.80 -

A2 T1 A5 K2 D1 T2 K1 A6 A3 A1

(N/mm) 103.43 78.38 294.88 211.03 69.31 300.415 55.19 275.92 147.86 23.64

(N/mm) 157.70 120.18 452.547 322.79 103.707 463.007 85.31 423.25 225.14 35.24

98


Tasarmda kullanlan malzemenin akma gerilmesi 800 N/mm, elastisite modl 2.110 5 N/ mmdir, emniyet gerilmesi 14000 N/cmdir. A2 noktasnda oluan gerilme deerlerinin -285 ile 170 N/mm aralnda kald grlmtr. Bu gerilme deerleri tasarmda kullanlan eliin akma gerilmesi olan 800 N/mmnin altnda kaldndan, A2 noktasndaki gerilme deerleri normal snrlar iinde kalmaktadr. T1 noktasndaki gerilme deerleri -350.20 N/mm ile -214 N/mm arasnda kalmaktadr. Bu da sandalye malzemesinin akma gerilmesi olan 800 N/mmnin ve emniyet gerilmesi olan 14000 N/cmnin altnda kalmaktadr. Tasarmn T1 noktasnda strktrel bir sorun ya da istenmeyen ekil deitirme grlmemektedir. A5ada srtla yk verilmediinde -39.76 N/mm olan gerilme, srtla yk verildiinde 115.52 N/mmye kmaktadr. Gerilmedeki bu artn sebeplerinden biri arkaya yk verildiinde arlk merkezinin yer deitirmesidir. Normal gerilme -115.52 N/mm ile -63.52 N/mm aralndadr ve akma gerilmesi ile emniyet gerilmesinin altnda kaldndan kalc bir ekil deitirme olmamaktadr. Eksen dorultusundaki A5 b kodlu gerinim lerde srtla yk verildii durumdaki gerilme -385.60 N/mm ile 211.20 N/mm aralndadr. Bu deer eliin akma gerilmesinin altnda kalmaktadr. A5c kodlu gerinim lerde srtla yk verilmediinde -89.80 N/mm olarak hesaplanan gerilme, srtla yaslayarak ykleme yapldnda -236 N/mm ile -126.40 N/mm aralnda deimektedir. Normal gerilmeler A5 kodlu gerinim lerin olduu noktada akma gerilmesinin altnda kalmaktadr. Kalc ekil deitirme yoktur. K2 noktasnda, srtla yaslanld durumlarda deien yklere gre gerilme deerleri +334.80 N/mm ile +210 N/mm arasnda deimektedir. Bu gerilmeler de akma gerilmesinin altnda kalmaktadr ve sorun tekil etmemektedir. D1 noktasnda srta yk verilmediinde -126.80 N/mm olarak hesaplanan gerilme, srtla yaslanldnda +139.40 N/mm ile +38.00 N/mm aralnda kalmaktadr. Deerler akma gerilmesinin ve emniyet gerilmesinin altndadr.

Srtla yk verilerek ykleme yapld durumda T2adaki gerilmeler +65.48 N/mm ile +40.32 N/mm aralndadr. Eksen dorultusundaki T2bdeki gerilmeler +98.40 N/mm ile +62.20 N/mm aralndadr. T2cdeki gerilmeler +211.00 N/mm ile +127.80 N/mm aralndadr. T2 kodlu gerilim lerin olduu noktada kvrlma, a, eliptik kesit gibi strktr olumsuz etkileyebilecek farkl hareketler olmasna ramen gerilmelerin snr deerleri amad, istenmeyen bir ekil deitirmenin olmad grlmektedir. Srtla yk verilmedii durumda gerilme K1ada +29.20 N/mm, K1bde +49.20 N/mm, K1cde +76.40 N/mm olarak hesaplanmtr. Srtla yk verildii durumlarda K1ada gerilmeler +69.92 N/mm ile +41.32 N/mm aralndadr. Eksen dorultusundaki K1bde gerilmeler +124.00 N/mm ile +73.60 N/mm aralndadr. K1cde gerilmeler +169.00 N/mm ile +106.60 N/mm aralndadr. Bu gerilme deerlerinin 800 N/mm olan akma gerilmesinin altnda kaldklar grlmektedir. Ele alnan strktrdeki gerilmeler standart bir sandalye iin fazla bulunabilir; ekil deitirme, akma ve krlma oluabilir. Ancak bu tasarmda akma gerilmesi yksek bir malzeme olan yay eliinin kullanlmasyla eitli strktrel sorunlarn olumas engellenmitir.

Yeni strktr tasarm nerisiAnalizlere gre strktr ile ilgili eitli yorumlar yaplmas ve neriler gelitirilmesi mmkndr. Burada analizler sonucu strktrn malzemesiyle, zayf olan ve zayf olmayan blgeleriyle ilgili tespitler yaplm ve tasarmda ekil 11deki deiiklikler nerilmitir.

nerilen strktrn analiziekil 11de nerilen yeni strktr zerinde, sorun olup olmadn grmek amacyla, daha nce mevcut strktr zerinde yaplan ilemler yaplmtr. Abaqus programnda izilen strktre bilgisayar ortamnda ykleme yaplarak eitli blgelerdeki gerilmeler incelenmitir. Tablo

99


4te baz noktalardaki gerilme deerleri grlmektedir.

Strktrdeki bacan zemine doru dairesel kvrlan blgesi iin gerilmeler hesaplanmtr. Bu blgede en dk ve en yksek gerilmeler 97.77 MPa-292.75 MPa aralndadr. Borunun kvrld orta aksa yakn blgede gerilme 74 MPa292.75 MPa aralndadr. Deerler eliin akma gerilmesinin altnda kalmaktadr ve strktrel bir sorun yaanmamaktadr. Bilgisayar analizinde strktre 120 kg yklendiinde gerilmeler A5 te 282.136 MPa, T2de 115.276 MPa, A6da 296.56 MPa, T1de 64.72 MPa, K1 69.33 MPa, K2 263.773 MPa, A3 235.35 MPa hesaplanmtr. nerilen strktrde eitli blgelerdeki gerilmeler akma gerilmesinin altnda kaldndan sorun olumamaktadr. Gerek mevcut tasarm zerinde yaplan deneysel almaya ve bilgisayar analizine, gerekse nerilen strktr zerinde yaplan bilgisayar analizlerine dayanlarak, nerilen tasarmn, mevcut tasarmn grsel etkisini bozmadan para azaltmay, strktr hafifletmeyi, maliyeti ve retim srecini ksaltmay hedefleyerek retilebilecei, mukavemetin salanabilecei grlmektedir. Mevcut tasarmdaki boyutlarn kltlmesine ve baz paralarn karlmasna ramen, strktr gene mukavimdir. nerilen strktrn mevcut ereve strktre gre stnlkleri aada ifade edilmektedir.

ekil 11. nerilen strktrn perspektifiStrktrn oturma blm altna gelen birbirine paralel iki yatay paras iin bilgisayarda gerilmeler hesaplanmtr. Bu blgede en dk ve en yksek gerilmeler 24 MPa-195 MPa aralndadr. Yatay kaytn orta blgesindeki gerilme 97.77 MPa-195.26 MPa aralndadr. 800 N/ mm deerindeki akma gerilmesinin altnda kalmaktadr. Gerilme bilgisayarda U1 noktasnda 105.88 MPa, U2 noktasnda 104.7 MPa olarak hesaplanmtr. Kaytlarn altnda kalan bacaa geiteki kvrml blgede gerilmeler 73.39 MPa-195.26 MPa aralnda akma gerilmesinin altnda kalmaktadr.

Tablo 4. nerilen strktr zerindeki noktalarda bilgisayarda hesaplanan gerilmelerlm noktalar A2 T1 A5 K2 T2 K1 A6 A3 A1 U1 U2 Bilgisayardaki analiz programnda 120 kg yk altndaki gerilme (N/mm) 296.568 64.72 282.136 263.773 115.276 69.333 296.568 235.355 61.92 105.88 104.7 Bilgisayardaki analiz programnda 180 kg yk altndaki gerilme (N/mm) 278.29 94.66 420.63 394.116 172.44 103.81 440.92 351.152 92.954 159.98 158.15

Mevcut sandalyenin ereve strktrnn arl 13 kg olmasna ramen strktrn yeni nerilen hali 9 kgdr. nerilen erevenin daha hafif olmas ereveyi oluturan borunun kesitinin kltlmesiyle, para saysnn azaltlmasyla ve kullanlan eliin deitirilmesiyle salanmtr. Hafifliin saladklar ise tasarmn kullanmnn, tanmasnn kolaylatrlmasdr. Sandalye iin nerilen ereve strktrdeki para says, mevcut strktre gre bir U biimli para ve bir de ubuk para olmak zere iki para daha azdr. Para eksiltilmesinin saladklar malzeme sarfiyatnn azaltlmas, maliyetin drlmesi, imalattaki ilem saysnn azaltlmasdr. Strktrdeki para saysnn azaltlmas, bu paralarla birlikte drt blgede kaynak yapma ileminin ortadan kaldrlmasn salamaktadr.

100


Para eksiltilmesinin saladklar arasnda strktr iin imalat srasnda gerekletirilen ilemlerin saysnn, dolaysyla imalat sresinin azaltlmasdr. Yukarda mevcut tasarmn strktrn hedefler dorultusunda gelitirebilmek iin bir neri getirilmektedir. Burada gelitirilmeye allan yntemin eitli tasarmlar zerinde deiik ekillerde uygulanmas mmkndr. Burada nerilen strktrel hedefler dnda baka hedeflerin konulmas, farkl etkenlerin n plana alnmas, eitli nerilerin gelitirilmesi mmkndr. Bu nerilerin says artrlabilir. rnein baka bir alternatif tasarm zm olarak maliyetin drlmesi amacyla tasarmda baka bir metalin kullanlmas nerilebilir. Bu takdirde burada nerilen boyutlarn arttrlmas gerekebilir. Tasarmda gerilme analizi ynteminin uygulamas, uygulamadaki deelendirmeler, farkl tasarmlara, amalara, hedeflere, ltlere, artlara, beklentilere bal olarak deiecektir. Gelitirilen strktrler bilgisayar ortamnda farkl programlarla analiz edilerek her biri iin ekil deitirmeler, gerilmeler grlebilir ve grafiklerle ifade edilebilir. Bu grafiklere baklarak tasarmda ncelikli kriteler gznne alnarak deerlendirme yaplabilir. Optimum zm retilebilir. Tasarm srecinde, tasarm analizlere dayanarak gelitirmede tek bir doru zm olmamakla beraber, yntem doru zmlere ulamada yol gsterici ve yardmc olacaktr.

nii ve gerilme analizlerinin kullanlmas tasarma yardmc bir yntem olarak faydal olacaktr. Tasarma strktrel almalarla katkda bulunulmas, yukarda anlatlan ilemlerin farkl ekillerde ve farkl arlklarla analiziyle kolaylaacaktr. Gerinim ler ile lme teknii ve gerilme analizleri belirli rn gruplar iin yaplacak strktrel almalarda daha youn olarak kullanlabilir.

Tablo 5. Tasarmda strktr gelitirme iin yaplabilecek almalarA Tasarmda strktrel almalar Strktrde hedeflenen zelliklerin salanmas A-1-Ekonomi A-2-Hafiflik A-3-Kullanm kolayl ve performans A-4-Uzun mr A-5-Yeni ilevler A-6-Yeni grnm A-7-Mukavemet Strktrel sorunlarn giderilmesi B-1-Malzemeden kaynaklanan sorunlarn giderilmesi B-1-1-Malzemenin belirlenmesi B-1-2-Malzemenin doru kullanlmas B-1-3-Malzeme ve para kullanmnda optimizasyon B-1-4-Boyutlandrma B-2-retimden kaynaklanan strktrel sorunlarn giderilmesi B-2-1-Birleim detaylarnn gelitirilmesi B-2-2-malat strktr arasndaki ilikinin doru kurulmas B-2-3-malatta iiliin azaltlmas B-3-Strktrn tasarmdan kaynaklanan sorunlarn giderilmesi B-3-1-Fiziksel hatalarn giderilmesi B-3-2-Strktrn biiminin gelitirilmesi B-3-3-Strktr ilev ilikisinin gelitirilmesi B-3-4-Para ilikilerinin dzenlenmesi

B

SonuTasarmlarn gelitirilmesinde, strktrel almalardan faydalanlabilir. Belli bir mant olan strktrel almalardan, gerinim ler ile lm tekniinden ve gerilme analizlerinden faydalanlmas tasarm ekiplerine strktrlerin gelitirilebilmesinde, temel kararlarn alnmasnda, dolaysyla tasarmn gelitirilmesinde yardmc olacaktr. Tablo 5te strktr gelitirmede faydalanlabilecek almalara deinilmektedir. Strktrle ilgili eitli kararlarda, strktrn boyutlandrlmasnda, strktr iin malzeme nerilmesinde, malzeme ve para kullanmnn optimize edilmesinde gerinim ler ile lm tek-

Tasarm gibi geni bir alanda yeniliklere ulalabilmesi, doru zmlerin retilmesi teknik bilgi ve donanm gerektirmektedir. Yeni teknolojilerden ve yntemlerden faydalanmak, deneyimleri deerlendirmek tasarmclarn baarlarn arttracaktr. Strktr tasarmnda ve retimde salamlk, sadelik, iyi grnm, enerjinin korunumu, ekonomiklik, malzeme ve i gcnn daha ekonomik kullanm, yenilik, farkl ilevlere cevap verebilme, hafiflik, yksek per-

101


formans gibi ltlere nem verilerek yaplacak tasarmlar daha baarl olacaktr. Strktre nem verilmesiyle yaratcln artmasnn yansra teknik yn gelimi zgn tasarmlar elde edilebilecektir. Strktr gerektii gibi dnlerek gelitirilmi, mukavemet problemleri doru zlm, nitelikli tasarmlar ile hem retici hem de kullanc memnuniyeti salanacaktr.

KaynaklarBuchanan R., Margolin V., (1995). Discovering design- explorations in design studies, The University of Chicago Press, Chicago. Degarmo E.P., Black J.D., Kohser R.A., (1997). Materials and processes in manufacturing, Prentice Hall Inc., Upper Saddle River.

Engel H., (2004). Strktr sistemleri, Tasarm Yayn Grubu, stanbul. Gnal Erta D., Bayazt N., (2004). Strktr ve malzeme zelliklerinin endstri rnleri tasarmna etkisi, 2. Ulusal Yap Malzemesi Kongresi, TMMOB, stanbul, 6-8 Ekim. Lesko J., (1998). Materials and manufacturing guide ndustrial design, printed in USA. Mayall W.H., (1967). Industrial design for engineers, Ilffe Books Ltd., London. Toprak T., Tfeki E., Kalava H., Bozda E., (1997). Deneysel gerilme analizi-strain gauge uygulamalar, .T.. Makine Fakltesi Yayn. Vasiliev V.V., Grdal Z., (1999). Optimal designtheory and applications to materials and structures, Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster, Basel. William S., (2003). Parameters of product design, Materials and Design, 24, 7.

102

strüktür - itü dergi

Documents