Viskoelastik bir pompa basma borusunun lineer olmayan sonlu elemanlar analizi ile optimizasyonu

Abstract

Pompa veya diğer kaynaklardan iletilen boru hatlarındaki basınç dalgalanmalarının titreşim ve gürültü kaynağı olduğu bilinmektedir. Basınç dalgalanması, boru sistemi bileşenleri titreşimlerinin nedenidir. Basınç dalgalanmasının ilettiği titreşim genliği dışında, motor ve pompanın devrinden kaynaklanan ve pompanın kanat geçiş frekansından iletilen titreşim de boru hatları ile sistemin diğer elemanlarına iletilebilmektedir. Bu nedenle titreşim iletimi patikasında olan borular için titreşim ve gürültüyü minimize edebilecek tasarım aşamasında uygun adımlar atılmalıdır. Titreşim iletiminde malzemenin sönüm oranı önemli bir parametredir. Sönüm oranı yüksek olan kauçuk esaslı viskoelastik malzemeler, titreşim genliğini sönümleyebilmek adına hidrolik sistemlerde, boru tasarımlarında kullanılmaktadır. Endüstride viskoelastik malzemeleri bilgisayar ortamında simule edebilmek zor olduğu için genelde deneysel olarak tasarım optimizasyonuna gidilmektedir. Bu durum ise maliyet miktarını arttırmaktadır. Gerçekleştirilen bu tez kapsamında, boru titreşimleri ile ilgili literatür araştırmaları yapılarak viskoelastik pompa basma borusunun mekanik özellikleri deneysel ortamda elde edilmiş ve uygun hiperelastik malzeme modeli ile nonlineer sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada viskoelastik malzemenin mekanik özellikleri DMA testlerinden frekansa (0.1Hz-100Hz) ve sıcaklığa (35°C-80°C) bağlı olarak elde edilmiştir. Malzemenin depolama ve kayıp modülüne bağlı olarak Neo-Hookean hiperelastik malzeme modeli kullanılmıştır. Malzeme eğrisi MSC Marc yazılımı içinde deneysel verilere göre oluşturulmuştur. Eğriden elde edilen malzeme katsayıları ve pompa üzerinden alınan FFT ölçümleri ile lineer olmayan sonlu elemanlar paket programı MSC Marc yazılımına girdi sağlanmıştır. Yazılımdan alınan sonuçlar ile borunun sisteme bağlandığı noktadan alınan titreşim ölçümleri karşılaştırılmıştır. Model ve deney karşılaştırmasından sonra geometriye bağlı değişen parametrelerden oluşan deney tasarımı ile lineer olmayan sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerden elde edilen verilere göre titreşimi minimize eden tasarım optimizasyonuna gidilmiştir. Optimizasyonu sağlanan borunun bulaşık makinesinde ses gücü düzeyine etkisi deneysel olarak incelenmiştir.