SOLIDWORKS’TE TERMAL ANALİZE FEA VE CFD YAKLAŞIMLARI

Termal analiz, mühendislik tasarımlarında sıcaklık değişimlerinin ve ısı transferinin önemli rol oynadığı bir süreçtir. Bu tür problemleri çözmek için SOLIDWORKS, mühendislere farklı ihtiyaçlar için iki güçlü araç sunar: SOLIDWORKS Simulation (FEA yazılımı) ve SOLIDWORKS Flow Simulation (CFD yazılımı). Bu yazıda, her iki aracın farklı avantajlarını, hangi durumlarda tercih edileceğini ve hangi analizlere daha uygun olduğunu inceleyeceğiz. 

FEA ve CFD Arasındaki Temel Farklar 

İlk olarak, FEA (Sonlu Elemanlar Analizi) ve CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) arasındaki farkları anlamak önemlidir. Her iki yazılım da ısı transferi problemlerini çözebilse de işleyiş şekilleri farklıdır. 

FEA (Sonlu Elemanlar Analizi): 

• Odak: Katı cisimlerdeki ısı transferi ve bu cisimlerin içindeki sıcaklık dağılımını çözme. 

• Kısıtlamalar: Kullanıcı, konveksiyon ve radyasyon ısı transfer katsayılarını manuel olarak girer. Bu, özellikle zamanla değişen ısı transferi davranışlarının olduğu geçici analizlerde sorun yaratabilir. 

• Avantaj: Statik analizlerde, ısı transferinin neden olduğu gerilme ve deformasyonlar hızlıca hesaplanabilir. 

CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği): 

• Odak: Katılar ile akışkanlar arasındaki ısı transferi ile ilgili etkileşimleri simüle eder. Ayrıca, hava ve sıvı akışını ve bu akışın ısı transferine etkisini hesaplar. 

• Kısıtlamalar: Kullanıcı, karmaşık akışkan etkileşimlerini simüle etse de, tek başına termal gerilmeleri analiz etmek zordur. 

• Avantaj: Konveksiyon ve radyasyonu otomatik olarak hesaplar, ısı transfer katsayısını doğrudan çözer. 

Hangi Araç Hangi Durumda Tercih Edilmeli? 

Eğer hangi aracı kullanmanız gerektiğine karar veremediyseniz, soruyu şu şekilde ele alabilirsiniz: 

FEA Kullanmanız Gereken Durumlar: 

• Termal genleşme nedeniyle gerilme analizi yapmanız gerekiyorsa: FEA, ısı transferinin neden olduğu termal gerilmeleri hesaplamakta oldukça güçlüdür. Bu, özellikle malzemelerin genişleme ve büzülme davranışlarını göz önünde bulundurmanızı sağlar. 

• Basit, durağan termal analizler yapıyorsanız: Sabit sıcaklık koşulları altında yapılan analizlerde FEA doğru sonuçlar verebilir. 

CFD Kullanmanız Gereken Durumlar: 

• Akışkanlarla etkileşim içeren bir tasarım üzerinde çalışıyorsanız: Hava akışı, sıvı akışı veya gazların etkileşimini hesaba katmanız gereken durumlarda CFD araçları, doğru konveksiyon ve radyasyon analizleri sağlar. 

• Geçici ısı transfer analizleri yapıyorsanız: Zamanla değişen ısı transferi davranışlarını göz önünde bulunduruyorsanız, CFD, bu tür dinamik koşulları çözmede çok daha başarılıdır. 

• Isı değiştiriciler, elektronik soğutma sistemleri veya karmaşık montajlar gibi özel tasarımlar üzerinde çalışıyorsanız: Bu tür uygulamalarda, CFD’nin sağladığı daha hassas ısı transferi simülasyonları daha yararlı olacaktır. 

FEA ve CFD’yi Kullanarak Gerçekleştirilen Örnekler 

Örnek 1: Metal Şerit Modeli 

İlk örnekte, 1060 alüminyum alaşımdan yapılmış iç bir şerit ve gri dökme demirden yapılmış dış bir şerit birbirine, sabitlenmiş iki şerit olarak modellendi. İç bandın sıcaklığı 300°C olarak belirlendi ve dış bandın konvektif ısı transfer katsayısı yaklaşık 100 W/m2K olarak ayarlandı. Bu değer -120°C derecede, 45 m/s hızla esen havaya ele alınarak belirlenmiştir. Analizi SOLIDWORKS Simulation ile yürüttüğümde, sıcaklık dağılımı ve gerilme analizleri oldukça verimli oldu. FEA, bu tasarımın termal gerilme değerlerini statik analiz ardından göstererek, parçanın yeniden tasarlanması gerektiğini belirtti.