Sonlu Eleman Analizi Kullanan AM Süreç Simülasyonları
Sonlu elemanlar analizi (FEA) teknikleri, değişen proses parametreleri, geometri ve/veya malzeme ile çeşitli imalat proseslerinin sonucunun nasıl değiştiğini tahmin etmek için giderek daha popüler hale gelen araçlardır. SYSWELD, COMSOL, MoldFlow, ANSYS ve DEFORM gibi ticari yazılım paketleri, kaynak, şekillendirme, kalıplama, döküm ve diğer süreçlerin sonuçlarını tahmin etmek için kullanılır.
AM teknolojilerinin tahmine dayalı sonlu eleman araçları kullanılarak simüle edilmesi özellikle zordur. Örneğin, metal lazer sinterleme ve elektron ışını eritme gibi metal tozu yatağı füzyon yaklaşımlarının çok ölçekli doğası, fizik tabanlı FEA kullanarak doğru bir şekilde simüle etmek için inanılmaz derecede zaman alıcıdır.
AM süreçleri doğası gereği çok ölçeklidir ve toplam parça boyutu eleman boyutundan 10.000 kat daha büyük olabilirken, eriyik havuzu etrafındaki katılaşma fiziğini doğru bir şekilde yakalamak için boyutu 10 μm veya daha küçük olan ince ölçekli sonlu eleman kafesleri gerekir.
Üç boyutta, bunun anlamı, 10 μm’lik tek tip ağ boyutu uygularsak, bir toz yatağının çoğunu dolduran tek bir parçanın fiziğinin yakalanması için ilk katmanda 108 öğeye ve toplamda 1012’den fazla öğeye ihtiyacımız olacağı anlamına gelir.
Parça oluşturmak için bir noktasal ısı kaynağının hızlı hareketi kullanıldığından, fiziğin yakalanması, lazer/elektron ışını eritme sırasında 10 ms veya daha az bir zaman adımı gerektirir; bu, eksiksiz bir yapı için toplam 1010’dan fazla zaman adımı gerektirir.
Bununla ilgili bir sorunu çözmek için, nispeten yüksek hızlı bir süper bilgisayarda bu kadar çok zaman adımı için eleman sayısı milyarlarca yıl alacaktır. Bu nedenle, bugüne kadar tüm AM simülasyon araçları, bir parçanın yalnızca küçük bir bölümünün veya çok küçük, basitleştirilmiş geometrilerin tahminleriyle sınırlıdır.
Birçok araştırmacı, mevcut FEA araçlarını kullanarak, büyük, karmaşık geometriler için bir çözüm oluşturmak üzere basitleştirilmiş geometrilerden çözümleri kesip yapıştırabilecekleri varsayımlarda bulunmanın yollarını arıyor.
Bu yaklaşım, daha hızlı çözüm süresi avantajına sahiptir; ancak, büyük, karmaşık geometriler için bu tür tahminler, değişen tarama modellerinin, artık gerilimlerin karmaşık birikiminin ve yerelleştirilmiş termal özelliklerin etkilerini doğru bir şekilde yakalamakta başarısız olur.
Ayrıca girdi koşullarındaki küçük değişiklikler basitleştirilmiş çözümleri geçersiz kılabilir. Bu nedenle, rastgele herhangi bir geometri, girdi koşulu ve tarama deseni için hızlı bir şekilde “yeni” bir yanıt oluşturabilen bir simülasyon altyapısı, tahmine dayalı bir AM simülasyon aracı için nihai hedeftir.
Sonlu eleman Nedir
Sonlu elemanlar analizi nasıl yapılır
sonlu elemanlar analizi (fea nedir)
Sonlu Elemanlar Analizi örnek
Sonlu Elemanlar Analizi programları
Sonlu elemanlar analizi Ders Notları
SONLU elemanlar analizi PDF
Sonlu elemanlar yöntemi ekşi
Son zamanlarda araştırmacılar, AM için FEA analizini hızlandırmak için dinamik, çok ölçekli hareketli kafesler kullanmaya başladılar. Bu tür çok ölçekli simülasyonlar, standart FEA simülasyonlarından çok daha hızlıdır. Ancak tek başına çok ölçekli simülasyonlar, dünyanın en hızlı süper bilgisayarlarında bile tam bir parça simülasyonu sağlamak için hala çok yavaş.
Bu nedenle AM için FEA’yı tarihsel yeteneklerinin ötesine taşıyabilecek yeni bir hesaplama yaklaşımına ihtiyaç vardır. Yeni bir yazılım girişimi olan 3DSIM, AM endüstrisi için bunu yapmaya çalışıyor.
3DSIM yazılım araçları şunları içerir: (1) çok ölçekli hareketli ağları formüle etmek ve çözmek için yeni bir yaklaşım, (2) düşük termal gradyanların olduğu bölgelerde termal evrimi ve artık gerilimleri çok hızlı bir şekilde tahmin eden yeni bir sonlu eleman tabanlı, (3) seyrek sonlu eleman matrislerini çözerken ortaya çıkan “sıfırla çarpma” hesaplamalarını ortadan kaldıran önemsiz bir sayı kesme modülü ve (4) çözümlerin ileri beslemeli “eklenmesini” sağlamak için AM hesaplamalarındaki periyodikliği belirlemeye yönelik bir yaklaşım periyodikliğin mevcut olduğu ve çözümün önceki bir zaman adımından zaten bilindiği bölgelerdir.
Bu yaklaşımların, büyük ölçekli AM problemlerinin çözüm süresini büyüklük derecelerine göre azalttığı bildirilmektedir. Birlikte ele alındığında, bu araçlar, algoritmalar birleşik bir yazılım altyapısında tam olarak uygulandığında, masaüstü GPU tabanlı bir süper bilgisayarda tüm parça sorununu bir günden daha kısa sürede çözülebilir hale getirmelidir.
Gerçekleştirilirse, proses parametresi ve malzeme değişikliklerinin parça doğruluğunu, bozulmayı, artık gerilimi, mikro yapıyı ve özellikleri nasıl etkilediğini tahmin etme yeteneği, Eklemeli İmalat endüstrisi için önemli bir ilerleme olacaktır.
Eklemeli İmalat Dosya Formatı
Etkili olmakla birlikte, STL formatını çevreleyen çok sayıda zorluğun olduğu daha önce tartışılmıştır. AM teknolojileri birden fazla malzemeyi, kafes yapıları ve dokulu yüzeyleri içerecek şekilde ilerledikçe, alternatif bir formatın gerekli olması muhtemeldir.
Bu dosya formatı hala geliştirme aşamasındadır, ancak bazı ticari ve beta aşamasındaki yazılımlarda zaten uygulanmıştır. STL formatından önemli ölçüde daha karmaşık olan AMF, mevcut AM teknolojilerinin gelişimini engelleyen bir dizi yeni parça tanımını kapsamayı amaçlamaktadır.
Bunlar aşağıdaki özellikleri içerir. Eğri üçgenler: STL’de yüzey normali, bağlı olduğu üçgen köşeleriyle aynı düzlemde bulunur. Ancak AMF’de normal vektörün başlangıç konumunun aynı düzlem üzerinde olması gerekmez. Eğer öyleyse, karşılık gelen üçgen eğri olmalıdır.
Eğriliğin tanımı, o köşede buluşan tüm üçgen kenarlarının, bu normale dik olacak şekilde ve normal ve orijinal düz kenar tarafından tanımlanan düzlemde (yani, orijinal üçgenin eğri yerine düz kenarları varsa) olacak şekilde kavisli olacağı şekildedir.
Üçgenleri bu şekilde belirterek, tipik bir CAD modeli için çok daha az sayıda üçgenin kullanılması gerekir. Bu, yüksek çözünürlüklü sistemler için karmaşık geometri modellerinden kaynaklanan büyük STL dosyalarıyla ilgili sorunları giderir. Eğrilik derecesi çok yüksek olamayacağından, eğri üçgen yaklaşımı hala bir yaklaşımdır. Bununla birlikte, doruk yüksekliği sapması açısından genel doğruluk önemli ölçüde iyileştirilmiştir.
Renk: Parçanın ana gövdesi orijinal tasarım içerisinde bir fonksiyona göre renklendirilebilecek şekilde renk iç içe atanabilir. Kırmızı, Yeşil ve Mavi renklendirme, saydamlık değeriyle birlikte köşelere, üçgenlere, hacimlere, nesnelere veya malzemelere uygulanabilir.
Tekne fotopolimerizasyonu gibi birçok AM işleminin net parçalar oluşturabileceğini, bu nedenle şeffaflık değerinin etkili bir parametre olabileceğini unutmayın. Renk değerleri, bir AM sürecini kontrol etmenin çok yönlü bir yolunu sağlamak için diğer malzeme tabanlı parametrelerle birlikte çalışabilir.
