Farklı Cidar Kalınlıklarına Sahip Siloların Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ile Analizi ve Yapı Ağırlığının Optimizasyonu
DOI:
https://doi.org/10.24925/turjaf.v12i11.1930-1937.7060Anahtar Kelimeler:
çelik silo- optimizasyon- kaynak verimliliği- tasarım- statik analizÖzet
Bu çalışmada, tahıl depolaması amacıyla farklı sac kalınlıkları ve destek elemanlarına sahip 85 adet silo modeli oluşturulmuştur. Silo boyutları,1500×3000 mm sac tabakalar kesilmeksizin kullanılarak çapı 4,77 metre ve yüksekliği (çatı hariç) 10,5 olarak belirlenmiş ve araştırma süresince sabit tutulmuştur. Çalışmanın temel amacı, çelik siloların maliyetinin büyük kısmını oluşturan yapı malzemesini azaltarak maliyeti düşürmek için optimizasyon yapmaktır. Oluşturulan modeller için kaynaklanabilirlik, işlenebilirlik ve maliyet yönünden uygun malzeme olarak St44 yapı çeliği seçilmiştir. Silonun stabilitesini artırmak ve olası yapısal sorunları minimize etmek amacıyla, NPU ve lama destek elemanları tasarıma dahil edilmiştir. Oluşturulan silo modellerinin yapısal analizleri ANSYS sonlu elemanlar yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. ANSYS yazılımı kullanılarak yapılan analizlerde, her bir silo modeli için statik yükleme koşulları altında oluşan toplam deformasyon, gerinim ve gerilme değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, her bir tasarımın toplam ağırlığı da değerlendirilmiştir. Bu analizler sonucunda elde edilen veriler karşılaştırılarak, en uygun performans ve maliyet dengesini sağlayan optimum silo tasarımı belirlenmiştir. İmalat sırasında sac kalınlığını artırmadan, yeterli destek elemanlarının kullanılması ile genel ağırlığın %58 oranında azaltılabileceği tespit edilmiştir. Bu bulgu, imalat sırasında malzeme maliyetlerini önemli ölçüde düşürmekte ve yapısal performansı koruyarak ekonomik bir çözüm sunmaktadır.
Referanslar
Abdelbarr, M. H., Ramadan, O. M., Hilal, A., Sanad, A. M., & Abdalla, H. A. (2024). Current design of rectangular steel silos: limitations and improvement. Journal of Engineering and Applied Science, 71(1), 77.
Anil, N. E., & Lakshmi, P. (2022). Comparative study of finite element analysis of steel silos with rectangular and Istiffeners. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research, 10, 1-9.
ANSYS Inc. (2024). ANSYS Mechanical User’s Guide.
Çelik, A. İ., & Kose, M. M. (2020). Çelik Tahıl Depolama Silolarının Sismik Analizi Üzerine Genel Bir Değerlendirme Ve Yeni Analiz Yaklaşımları. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(2), 501-520.
Efe, M. E., & Çelik, D. (2020). Rijitleştirme Levhaları ile Güçlendirilmiş Silindirik Çelik Siloların Yapısal Davranışının İncelenmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 7(2), 1124-1139.
Efe, M. E. (2020). Hidrodinamik Etki Altındaki Silo Tipi Çelik Yapıların Sıvı Çalkantısına Bağlı Yapısal Davranışın İncelenmesi (Yüksek Lisans Tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği.
Fawzy, M. A., Adel, A., & Shawky, M. M. (2021, August). Case Study: Numerical Analysis of Collapsed Steel Tower Silo to Quantify the Design Safety Factors. In The International Undergraduate Research Conference (Vol. 5, No. 5, pp. 219-227). The Military Technical College.
Gallego, E., Goodey, R. J., Ayuga, F., & Brown, C. J. (2004). Some practical features in modelling silos with finite elements. ASABE Meeting Presentation Paper No. 044150.
Gandia, R. M., Gomes, F. C., de Paula, W. C., & Aguado, P. J. R. (2021). Influence of specific weight and wall friction coefficient on normal pressures in silos using the Finite Element Method. Revista Engenharia na Agricultura-REVENG, 29(Contínua), 192-203.
Juan, A., Moran, J.M., Guerra, M.I., Couto, A., Ayuga, F., & Aguado, P.J. (2006). Establishing stress state of cylindrical metal silos using finite element method: Comparison with ENV 1993. Thin-Walled Structures, 44, 1192-1200.
Kibar, H. (2011). Tombul Fındık Depolamasında Tane Özelliklerine Bağlı Olarak ANSYS Programıyla Optimum Silo Tasarımı. OMÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yayınlanmamış Doktora Tezi, Samsun.
Kibar, H. (2020). Farklı Cidar Kalınlıklarına Sahip Buğday Silosunda Doldurma ve Boşaltma Koşullarına Bağlı Olarak Gerilme Dağılımının Simülasyonu. Uluslararası Tarım ve Yaban Hayatı Bilimleri Dergisi, 6(3), 517-537.
Özel, K. (2007). Çelik Hububat Silolarının Tasarım Esasları (Yüksek Lisans Tezi). Konya Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
Rehman, K. U., & Wang, K. (2023). Analysis and Design of Steel Silo using STAAD. ProV8i. Babylonian Journal of Mechanical Engineering, 2023, 20-28.
SolidWorks Corporation. (2024). SolidWorks Simulation User’s Guide.
Sondej, M., Iwicki, P., Wójcik, M., & Tejchman, J. (2016). Stability analyses of a cylindrical steel silo with corrugated sheets and columns. Steel and Composite Structures, 20(1), 147-166.
Tang, Z., Zhou, D., Peng, C., & Wu, W. (2015). The structural analysis of steel silos with cylindrical-wall bearing and profile-steel bearing. Stavební obzor-Civil Engineering Journal, 24(2).
Warayth, M. O. M. (2024). Çelik siloların GFRP ile güçlendirilmesinin sonlu elemanlar metodu kullanarak incelenmesi (Yüksek Lisans Tezi). Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı.
Yaldıran, F. (2018). Bir buğday silosunun ANSYS programı kullanılarak analizi (Yüksek Lisans Tezi). Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı.
Zaccari, N., & Cudemo, M. (2016). Steel silo failure and reinforcement proposal. Engineering failure analysis, 63, 1-11.
Zhao, Y., Cao, Q. S., & Su, L. (2013). Buckling design of large circular steel silos subject to wind pressure. Thin-Walled Structures, 73, 337-349.
İndir
Yayınlanmış
Nasıl Atıf Yapılır
Sayı
Bölüm
Lisans
Bu çalışma Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License ile lisanslanmıştır.
