Finite Element Analysis of the Mechanical Behavior of Galvanized Steel Pipe Elbows Depending on the Manufacturing Process
Abstract
Galvanized steel ventilation pipe systems frequently utilize pipe and elbow components. In this study, the joining process of elbow components through welding after cold forming was evaluated both theoretically and practically. The pipe design model, created using Solidworks 2020 Simulation software, was analyzed using the finite element method. The stress distributions of the pipe and the total deformation on the elbow were examined in the analyses. The results of the Von Mises stress analysis showed that the applied load remained within the elastic deformation range and met safe working conditions. The yield strength of the material and Von Mises stress values provided reliable findings, considering the applied forces and boundary conditions. It is anticipated that 3D modeling and static analysis methods will prevent time loss caused by unsuccessful trials before prototype production.
References
- Çitil Ş., Ayaz Y., Temiz Ş., Aydın M.D., 2017. Mechanical Behaviour of Adhesively Repaired Pipes Subject to Internal Pressure, International Journal of Adhesion and Adhesives, 75(1), 88–95. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2017.02.015
- Campilho R.D.S.G., Banea M.D., Pinto A.M.G., Da Silva L.F.M., DeJesus A.M.P., 2011. Strength Prediction of Single- and Double-lap Joints by Standard and Extended Finite Element Modeling, International Journal of Adhesion & Adhesives, 31(5), 363–372. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2010.09.008
- Çetin, A. D., Bayer, İ. 2018. Buhar Devreleri Boru Tasarımı ve Boru Gerilme Analizi, Gemi ve Deniz Teknolojisi, 211(1), 63-72.
- Tambrallimath, V., Keshavamurthy, R., Saravanabavan D, Koppad, P.G., Pradeep Kumar, G.S., 2019. Thermal Behavior of PC-ABS Based Graphane Filled Polymer Nonocomposite Synthesized by FDM Process, Composites Communication. 15(2), 129-134. doi: 10.1016/j.coco.2019.07.009
- Altuncu, E., Eker, C., Kırmızıtepe, S., 2021. Havalandırma Kanalı Tasarımında Malzeme Seçimi ve Tasarımına Bağlı Ağırlık Optimizasyonu, Academic Perspective Procedia, 4(1), 161-170. doi: 10.33793/acperpro.04.01.26
- Kurniawan, R.N.A., Romahadi, D., Fitri, M., Karim, M.R., 2023. Implementation of The Finite Element Method In Solidworks to Optimize The Front Cast Wheel Design for Motorcycles, International Journal of Innovation in Mechanical Engineering & Advanced Materials (IJIMEAM), 4(3), 66-73. doi: 10.22441/ijimeam.v4i3.18794
- Ay, M., Hartomacıoğlu, S., Manav, M., Saraç, Ş., 2021. Çelik Dirsek Üretiminin Sonlu Elemanlar Analizi Yöntemi ile Modellenmesi ve Üretim Parametrelerinin Optimizasyonu, Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences International Indexed and Refereed, ISSN: 2667-6702, 8(16), 49-67. doi:10.38065/euroasiaorg.582
- Xie, P., Yue, Q., 2017. Onboard Monitoring System of Overbend Pipe During Deepwater S-Lay Installation, International Journal of Offshore and Polar Engineering, 27 (2), 216-221. doi: 10.17736/ijope.2017.jc667
- Gok, A., Halil I., Gök, K., 2009. Sonlu Elemanlar Metodunun Gerçek Bir Sanayi Parçası Üzerinde Uygulanması. 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, 13-15 Mayıs Karabük, 1-5.
- Tosyalı Toyo Çelik A.Ş. https://www.tosyalitoyo.com.tr (Erişim Tarihi: 02.08.2024).
- DX51D Markalı Çelik Ürünler, https://metinvestholding.com/en/products/steel-grades/dx51d (Erişim Tarihi: 03.08.2024).
- Tat-metal A.ş. Galvanizli Yassı Çelik, (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https://www.tatmetal.com/uploads/file/d7d4e3d32d9f3852e642b8372bf2ca5c-1595421895205.pdf
- Gürsoy, Ö.K., Esener, E. 2019. Malzeme Modellerinin Sac Metal Sonlu Elemanlar Analizi Tahmin Performansına Etkisinin Değerlendirilmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(1), 1-11. doi: 10.35193/bseufbd.549657
- Sezer, Ç., Mekanik Tasarımda Emniyet Katsayısı, (Erişim Tarihi: 03.08.2024). https://www.sezercoban.com/mekanik-tasarimda-emniyet-katsayisi/
- TS EN 10346:2015, Sürekli Sıcak Daldırma ile Kaplanmış Çelik Yassı Mamuller — Teknik Teslim Şartları, Türk Standardları Enstitüsü, 2015, (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https://www.sincerelysteel.com/tr/hot-dipped-galvanized-steel-coil-hdgi-product/
- TS EN 1505:2023, Havalandırma Tesisatı — Kanal Sistemleri — Sac Kanal ve Bağlantı Elemanları İçin Boyutlar, Türk Standardları Enstitüsü, (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https://webdosya.csb.gov.tr/db/yfk/icerikler/havalandirma-ve-kl-ma-s-stemler--genel-tekn-k-sartname-taslagi-20230104101224.pdf
- EN 10143:2006, Sürekli Sıcak Daldırma ile Kaplanmış Çelik Yassı Ürünler için Toleranslar, European Committee for Standardization (CEN), (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https%3a%2f%2fcdn.standards.iteh.ai%2fsamples%2f23469%2f9655a722c817441388285d9f1a2a3c69%2fSIST-EN-10143-2006-en-.pdf/RK=2/RS=SVoqO1ELpsWa9IIqlDfjqPb6ogs-
- Baycık, H., 2013. Çeliklerin Sıcak Daldırmalı Galvaniz Kaplanması İçin Avrupa Standartları, Mühendis ve Makine, 47(555), 33-34.
- Beer, F.P., Johnston Jr.E.R., DeWolf, J.T., 2015. Mechanics of Materials, 8th Edition, Published by McGraw-Hill Education, New york/ United States of America, ISBN: 978-0-07-339823-5.
- Shames, I.H., Pitarresi, J.M., 2003. Introduction to Solid Mechanics 3rd Edition, Published by Pearson, United States of America, 792 pp. ISBN: 978-0132677585.
Galvanizli Çelik Boru Dirseklerinin Üretim Sürecine Bağlı Mekanik Davranışının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analizi
Abstract
Galvanizli çelik havalandırma boru sistemlerinde, boru ve dirsek elemanları sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada, dirsek parçalarının soğuk şekillendirme sonrası kaynaklı imalatla birleştirilme süreci teorik ve uygulamalı olarak değerlendirilmiştir. Solidworks 2020 Simulation yazılımı kullanılarak oluşturulan boru tasarım modeli, sonlu elemanlar yöntemiyle analiz edilmiştir. Analizlerde borunun gerilme dağılımları ve dirsek üzerindeki toplam deformasyon incelenmiştir. Von Mises gerilme analizi sonuçları, yükün elastik deformasyon bölgesinde kaldığını ve güvenli çalışma şartlarına uygun olduğunu göstermiştir. Malzemenin akma mukavemeti ve Von Mises gerilme değerleri, uygulanan kuvvet ve sınır şartları dikkate alındığında güvenilir bulgular sunmaktadır. 3D modelleme ve statik analiz yöntemleri sayesinde prototip üretim öncesinde zaman kaybının önüne geçileceği öngörülmektedir.
Ethical Statement
Yazarlar arasında çıkar çatışması yoktur.
Supporting Institution
Küçüksan Metal Makina Otomasyon A.Ş.
Thanks
Bu çalışmanın gerçekleştirilmesine katkılarından dolayı Kahramanmaraş ilimizde bulunan Küçüksan Metal Makina Otomasyon A.Ş.’ye teşekkür ederiz.
References
- Çitil Ş., Ayaz Y., Temiz Ş., Aydın M.D., 2017. Mechanical Behaviour of Adhesively Repaired Pipes Subject to Internal Pressure, International Journal of Adhesion and Adhesives, 75(1), 88–95. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2017.02.015
- Campilho R.D.S.G., Banea M.D., Pinto A.M.G., Da Silva L.F.M., DeJesus A.M.P., 2011. Strength Prediction of Single- and Double-lap Joints by Standard and Extended Finite Element Modeling, International Journal of Adhesion & Adhesives, 31(5), 363–372. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2010.09.008
- Çetin, A. D., Bayer, İ. 2018. Buhar Devreleri Boru Tasarımı ve Boru Gerilme Analizi, Gemi ve Deniz Teknolojisi, 211(1), 63-72.
- Tambrallimath, V., Keshavamurthy, R., Saravanabavan D, Koppad, P.G., Pradeep Kumar, G.S., 2019. Thermal Behavior of PC-ABS Based Graphane Filled Polymer Nonocomposite Synthesized by FDM Process, Composites Communication. 15(2), 129-134. doi: 10.1016/j.coco.2019.07.009
- Altuncu, E., Eker, C., Kırmızıtepe, S., 2021. Havalandırma Kanalı Tasarımında Malzeme Seçimi ve Tasarımına Bağlı Ağırlık Optimizasyonu, Academic Perspective Procedia, 4(1), 161-170. doi: 10.33793/acperpro.04.01.26
- Kurniawan, R.N.A., Romahadi, D., Fitri, M., Karim, M.R., 2023. Implementation of The Finite Element Method In Solidworks to Optimize The Front Cast Wheel Design for Motorcycles, International Journal of Innovation in Mechanical Engineering & Advanced Materials (IJIMEAM), 4(3), 66-73. doi: 10.22441/ijimeam.v4i3.18794
- Ay, M., Hartomacıoğlu, S., Manav, M., Saraç, Ş., 2021. Çelik Dirsek Üretiminin Sonlu Elemanlar Analizi Yöntemi ile Modellenmesi ve Üretim Parametrelerinin Optimizasyonu, Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences International Indexed and Refereed, ISSN: 2667-6702, 8(16), 49-67. doi:10.38065/euroasiaorg.582
- Xie, P., Yue, Q., 2017. Onboard Monitoring System of Overbend Pipe During Deepwater S-Lay Installation, International Journal of Offshore and Polar Engineering, 27 (2), 216-221. doi: 10.17736/ijope.2017.jc667
- Gok, A., Halil I., Gök, K., 2009. Sonlu Elemanlar Metodunun Gerçek Bir Sanayi Parçası Üzerinde Uygulanması. 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, 13-15 Mayıs Karabük, 1-5.
- Tosyalı Toyo Çelik A.Ş. https://www.tosyalitoyo.com.tr (Erişim Tarihi: 02.08.2024).
- DX51D Markalı Çelik Ürünler, https://metinvestholding.com/en/products/steel-grades/dx51d (Erişim Tarihi: 03.08.2024).
- Tat-metal A.ş. Galvanizli Yassı Çelik, (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https://www.tatmetal.com/uploads/file/d7d4e3d32d9f3852e642b8372bf2ca5c-1595421895205.pdf
- Gürsoy, Ö.K., Esener, E. 2019. Malzeme Modellerinin Sac Metal Sonlu Elemanlar Analizi Tahmin Performansına Etkisinin Değerlendirilmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(1), 1-11. doi: 10.35193/bseufbd.549657
- Sezer, Ç., Mekanik Tasarımda Emniyet Katsayısı, (Erişim Tarihi: 03.08.2024). https://www.sezercoban.com/mekanik-tasarimda-emniyet-katsayisi/
- TS EN 10346:2015, Sürekli Sıcak Daldırma ile Kaplanmış Çelik Yassı Mamuller — Teknik Teslim Şartları, Türk Standardları Enstitüsü, 2015, (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https://www.sincerelysteel.com/tr/hot-dipped-galvanized-steel-coil-hdgi-product/
- TS EN 1505:2023, Havalandırma Tesisatı — Kanal Sistemleri — Sac Kanal ve Bağlantı Elemanları İçin Boyutlar, Türk Standardları Enstitüsü, (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https://webdosya.csb.gov.tr/db/yfk/icerikler/havalandirma-ve-kl-ma-s-stemler--genel-tekn-k-sartname-taslagi-20230104101224.pdf
- EN 10143:2006, Sürekli Sıcak Daldırma ile Kaplanmış Çelik Yassı Ürünler için Toleranslar, European Committee for Standardization (CEN), (Erişim Tarihi: 02.08.2024). https%3a%2f%2fcdn.standards.iteh.ai%2fsamples%2f23469%2f9655a722c817441388285d9f1a2a3c69%2fSIST-EN-10143-2006-en-.pdf/RK=2/RS=SVoqO1ELpsWa9IIqlDfjqPb6ogs-
- Baycık, H., 2013. Çeliklerin Sıcak Daldırmalı Galvaniz Kaplanması İçin Avrupa Standartları, Mühendis ve Makine, 47(555), 33-34.
- Beer, F.P., Johnston Jr.E.R., DeWolf, J.T., 2015. Mechanics of Materials, 8th Edition, Published by McGraw-Hill Education, New york/ United States of America, ISBN: 978-0-07-339823-5.
- Shames, I.H., Pitarresi, J.M., 2003. Introduction to Solid Mechanics 3rd Edition, Published by Pearson, United States of America, 792 pp. ISBN: 978-0132677585.
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Material Design and Behaviors |
| Journal Section | Articles |
| Authors | |
| Publication Date | April 30, 2025 |
| Submission Date | February 8, 2025 |
| Acceptance Date | April 14, 2025 |
| Published in Issue | Year 2025 Volume: 41 Issue: 1 |
Cite
✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.