Ahşap oturma elemanlarının mukavemet analizinde sonlu elemanlar metodunun uygulanması

Abstract

Bilgisayar destekli sonlu elemanlar analizi birçok mühendislik alanında kullanılabilen bir yöntemdir. Bu yöntemin mobilya elemanlarının mühendislik tasarımında uygulanması; mobilyaların çeşitli yükler altındaki çalışma koşullarında meydana gelen gerilmelerin önceden bilinmesi, eksikliklerin tespit edilmesi tasarımın iyileştirilmesi, sistemin güvenirliği ve ekonomik açıdan büyük önem taşımaktadır.Bu çalışmada, ağaç malzemeden üretilmiş koltuk konstrüksiyonlarının statik ve yorulma yüklemeleri altında gösterdiği olası kuvvet taşıma değerleri araştırılmıştır. Konstrüksiyon malzemesi olarak kayın ve sarıçam ağaç malzemeleri kullanılmış, birleştirme tipi olarak da zıvana ve kavelalı birleştirme tipleri uygulanmıştır. Bunun yanı sıra, sonlu elemanlar metodu çözüm programlarından endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan ANSYS Workbench programı ile bilgisayar destekli üç boyutlu yapısal statik ve yorulma analizleri yapılmıştır.Çalışmanın, deneysel statik test sonuçlarına göre; Kayın zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde kuvvet taşıma değeri 3 812 N, sarıçam lambalı zıvanada 2 880 N olarak belirlenmiştir. Bilgisayar destekli yapısal statik analiz sonuçlarına göre; Kayın zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde kuvvet taşıma değeri 3900 N, sarıçam zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde ise 3 014 N olarak belirlenmiştir. Deneysel statik ve bilgisayar destekli yapısal statik analiz verilerinin kıyaslanmasında kayın lambalı zıvana birleştirme tipinde % 97,74'lik, sarıçam lambalı zıvana birleştirme tipinde ise % 95,55'lik yakınsama olduğu tespit edilmiştir.Çalışmanın yorulma test değerlerine göre; Kayın zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde yaslanma yerine 1 760 N ve oturma yerine ise 1 870 N'luk kuvvetler altında 350 000, sarıçam zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde ise yaslanma yerine 1 320 N ve oturma yerine 1 430 N kuvvetler altında toplamda 250 000 tekrarlı yüklemeye dayandığı belirlenmiştir. Çalışmanın bilgisayar destekli yorulma analizinde; Kayın zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde yaslanma yerine 1 980 N ve oturma yerine ise 2 090 N'luk kuvvetler altında toplamda 400 000, sarıçam zıvana birleştirme tipi koltuk modelinde yaslanma yerine 1 650 N ve oturma yerine 1 760 N kuvvetler altında toplamda 325 000 tekrarlı yüklemeye dayandığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak; kayın zıvana birleştirme tipinin yorulma analizi ve deneysel yorulma değerlerinde % 89,47'lik bir yakınsamanın olduğu ve sarıçam zıvana birleştirme tipinde ise % 81,25 yakınsama olduğu belirlenmiştir.Bu çerçevede ahşap oturma elemanlarının yapısal statik ve yorulma analizlerinde sonlu elemanlar yönteminin uygulanması sonrasında anlamlı değerler elde edilmiş olup bilgisayar destekli analiz programlarının mobilya elemanları mühendislik tasarımında kullanılabilirliği kanıtlanmıştır.

The finite element method (FEM), used in numerous areas of engineering, is used in the furniture designing process, as well. Finite element methods (FEM) have been commonly utilized in structural analysis of the furniture systems. Furthermore use of FEM analysis in furniture design has improved quality and reduced the need for creating and testing a physical prototype in design.In this study, the static and fatigue behaviors of armchair frames constructed of wood materials were investigated. The Scots Pine (Pinus Sylvestris L.) and beech (Fagus Orientalis L.) wood materials joined by mortise/tenon and dowel pin joining types were used in this study. Additionally , the Finite Element Method (FEM) was utilized for analyzing the armchair construction by ANSYS Workbench Fatigue Tool software. The results were indicated that, the static load bearing capacity is a 3 812 N for Beech (Fagus orientalis L.) with mortise and tenon joint type, while this is a 2 880 N for Scots pine (Pinus sylvestris L.) with mortise and tenon joint type. The computer aided static structure analysis results were showed that, the static load bearing capacity of Beech (Fagus orientalis L.) with mortise and tenon joint type is a 3 900 N and static load bearing capacity of Scots pine (Pinus sylvestris L.) with mortise and tenon joint type is a 3 014 N. The highest convergence between the static test result and the static structure analysis obtained at Beech (Fagus orientalis L.) with mortise and tenon joint type as a 97,14 % the convergence between the static test result and the static computer aided static structure analysis is a 95,55 % for Scots pine (Pinus sylvestris L.) with mortise and tenon joint type.According to fatigue test results, Beech (Fagus orientalis L.) with mortise and tenon joint type was reached to 350 000 cycles for seat at a 1 870 N and for backrest at a 1 760 N load level, Scots pine (Pinus sylvestris L.) with mortise and tenon joint type was reached to 250 000 cycle load for seat at a 1 430 N and for backrest at a 1 320 N load level. The computer aided fatigue analysis results were showed that Beech (Fagus orientalis L.) with mortise and tenon joint type was reached to 400 000 cycles for seat at a 2 090 N and for backrest at a 1 980 N load level and Scots pine (Pinus sylvestris L.) with mortise and tenon joint type was reached to 325 000 cycle load for seat at a 1 760 N and for backrest at a 1 650 N load level. According to these results, the convergence between the fatigue test result and computer aided fatigue analysis is a 89,47 % for Beech (Fagus orientalis L.) with mortise and tenon joint type and 81,25 % for Scots pine (Pinus sylvestris L.) with mortise and tenon joint type. As a result, FEM gives reasonable estimates of the overall fatigue and static strength performances of the armchair construction.