Serbest pistonlu stirling motorunun yer değiştirici yayının dizaynı ve analizi

Abstract

ÖZET YÜKSEK LİSANS TEZİ SERBEST PİSTONLU STIRLING MOTORUNUN YER DEĞİŞTİRİCİ YAYININ DİZAYNI VE ANALİZİ Erdem ÜNÜVAR Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı Danışman : Doç. Dr. Ziya ŞAKA 19994İ Sayfa Jüri: Doç. Dr. Ziya ŞAKA Tez, Serbest Pistonlu Stirling Motorunun, yer değiştiricisi için yeni bir kavramın dizayn sürecini içermektedir. İnce ve dairesel bir tabakadan 3 adet spiral şeklinde kesitler çıkarılarak CAD (Computer Aided Design) ortamında model oluşturulmuştur. Model sonlu elemanlar programına transfer edilip otomatik ağ kaplama uygulanmıştır. Sonra sınır şartları altında non-Iineer statik ve titreşim analizi gerçekleştirilmiştir. Serbest Pistonlu Stirling Motorunun çalışma prensibi anlatılmıştır. Böyle bir kavram değişikliğinin sebepleri ve eski kavramla kıyaslaması yapılmıştır. Yer değiştiricinin, eski montaj dizaynına göre minimum konfigürasyon değişikliği ile yeni dizayn gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Sonlu elemanların genel olarak açıklamasından sonra non-lineer statik ve titreşim analizlerine uygulanışı anlatılmıştır. Öz değer problemlerinin çözümü için programın kullandığı çözüm metodları açıklanmıştır. Şeklin kompleksliği ve kolayca sonuca ulaşılabilmesinden dolayı sonlu elemanlar metodu tercih edilmiştir. Kullanılan paket program Ansys 5.4 ve 5.5 versiyonlarıdır. İkinci dereceden kabuk elemanların kullanımı ile hassas ve hızlı bir şekilde sonuca ulaşılmıştır. Bununla beraber katı elemanlarla da ilgili açıklamalar yapılmıştır. Program boyunca kullanılan komutların çıktısı alınmıştır. Statik analiz ile istenilen yay sabiti elde edilmiştir. Titreşim analizi ile de ilk doğal titreşim frekansının, çalışma frekansından yaklaşık 3 kat fazla çıktığı bulunmuştur. Bu sonuç parçanın rezonans bölgesinden uzak bir şekilde güvenle çalışabileceğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Serbest Pistonlu Stirling Motoru, Yer Değiştirici, Düzlemsel Yay, Sonlu Elemanlar Teorisi.

ABSTRACT MS Thesis THE DESIGN AND ANALYSIS OF DISPLACER SPRING OF FREE PISTON STERLING ENGINE Erdem UNUVAR Selçuk University Graduate School of Natural and Applied Science Department of Mechanical Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. ZÂya. ŞAKA 1999, 49 Page Jury: Assoc. Prof. Dr. ziya ŞAKA This thesis contain the design process of a new concept for displacer of Free Piston Stirling Engine. The model was created in CAD environment, subtracted three spiral shape section from a thin and circular plate. Model was transferred to finite element program and then auto mesh was applied. Given boundary conditions, non-linear static and modal analysis was realized. Working principle of Free Piston Stirling Engine was explained. The reason of the concept changing and comparison with the old concept was made. According to old assembly design of the displacer, new design was tried to realize with minimum configuration change. After generally explanation of finite element method applied non-linear static and modal analysis in finite element theory was explained. Solution methods which program used was explained for solution of eigenvalue problems. Because of the shape complexity and to obtain result easily finite element method was preferred. Packaged software Ansys version 5.4 and 5.5 was used. With usage of secondary degree element results was obtained sensitive and easily. However explanations was also made about solid elements. A hardcopy which used through the program was taken. Spring constant was obtained with static analysis. First natural frequency of the spring was found approximately three times more than operating frequency with modal analysis. This result was showed, the part can work reliable and far away from resonance value. Key Words: Free Piston Stirling Engine, Displacer, Planar Spring, Finite Element Theory.