Sonlu elemanlar analizlerinde (FEA) ve akışkanlar dinamiği analizlerinde (CFD) çözüm süresini en fazla etkileyen faktörlerden biri modelin büyüklüğü ve mesh yoğunluğudur. Büyük montajlarda, karmaşık geometrilerde veya yüksek çözünürlük gerektiren akışkan problemlerinde tüm sistemi tek parça olarak çözmek çoğu zaman imkânsız ya da maliyetli hale gelir.
Bu noktada devreye giren en etkili yöntemlerden biri simetri (symmetry) ve periyodiklik (periodicity) teknikleridir. Bu yöntemler sayesinde, modelin yalnızca küçük bir kısmı çözümlenir, ancak elde edilen sonuçlar tüm yapıyı temsil eder. Böylece çözüm süresi dramatik şekilde kısalır, hesaplama maliyeti düşer ve mühendis daha hızlı tasarım kararları alabilir.
Bu yazıda, ANSYS Workbench ortamında simetri ve periyodiklik yöntemlerinin mantığını, uygulama adımlarını, avantajlarını, endüstrideki kullanım alanlarını, sık yapılan hataları ve doğrulama stratejilerini uzun ve detaylı şekilde inceleyeceğiz.
1) Simetri Nedir?
Simetri, modelin belirli bir düzlem veya eksen boyunca aynı davranışı göstermesi durumudur.
-
Düzlemsel simetri: Modelin bir düzleme göre ayna görüntüsü olması.
-
Eksenel simetri: Dairesel veya dönel simetri.
Örnek: Bir cıvatanın yalnızca yarısını modelleyip simetri sınır şartı uygulamak.
2) Periyodiklik Nedir?
Periyodiklik, modelin belirli bir aralıkla kendini tekrar etmesi durumudur.
-
Genellikle türbin kanatları, dişliler, döner makineler için kullanılır.
-
Yalnızca bir kanat veya diş dilimi modellenir, geri kalanı periyodik sınır koşullarıyla temsil edilir.
Örnek: 60 kanatlı bir türbin için yalnızca 1 kanat modellenir, periyodiklik ile tüm kanatlar çözümlenmiş olur.
3) ANSYS’te Simetri ve Periyodiklik Uygulamaları
-
Mechanical (FEA):
-
Düzlemsel simetri: displacement boundary (uygun yönde serbestlik kısıtlanır).
-
Eksenel simetri: cylindrical coordinate constraints.
-
-
Fluent/CFX (CFD):
-
Symmetry boundary: Akışkanın normal bileşeni sıfır, kayma serbesttir.
-
Periodic boundary: Akışkan giriş–çıkış yüzeyleri birbirine eşleştirilir.
-
4) Simetri Uygulama Adımları
-
Geometriyi simetri düzlemi boyunca kes.
-
Simetri düzlemine uygun sınır şartı uygula:
-
Yapısal analiz → normal yöndeki deplasmanı sıfırla.
-
CFD → normal hız bileşeni sıfır, kayma serbest.
-
-
Mesh oluştur.
-
Çözüm çalıştır.
5) Periyodiklik Uygulama Adımları
-
Tekrarlayan birim seçilir (örneğin 1 kanat).
-
Giriş ve çıkış yüzeyleri “periodic pair” ile eşleştirilir.
-
Mesh eşleştirmesi (conformal veya non-conformal) yapılır.
-
Çözüm çalıştırılır.
6) Avantajları
-
Çözüm süresi %70–90 kısalabilir.
-
RAM ve CPU ihtiyacı azalır.
-
Tasarım iterasyonları hızlanır.
-
Küçük modellerle daha ayrıntılı mesh kullanılabilir.
7) Dezavantajları ve Kısıtları
-
Yalnızca simetrik veya periyodik yükleme durumlarında kullanılabilir.
-
Asimetrik yükler, sıcaklık gradyanları veya temas koşulları varsa uygulanamaz.
8) Yapısal Analiz Örneği: Delikli Plaka
-
Plaka 4 delikten oluşuyor.
-
Tam model: 400.000 eleman → çözüm süresi 2 saat.
-
Çeyrek model (simetri): 100.000 eleman → çözüm süresi 30 dk.
-
Sonuç: Aynı gerilme dağılımı elde edildi.
9) CFD Örneği: Türbin Kanadı
-
36 kanatlı türbin.
-
Tam model: 5 milyon hücre.
-
1 kanat (periyodik): 140.000 hücre.
-
Çözüm süresi: 20 saatten 2 saate düştü.
10) CFD Örneği: Boru Akışı
-
Boru kesiti dairesel → eksenel simetri uygulanır.
-
Mesh eleman sayısı %50 azaltılır.
-
Basınç kaybı sonuçları aynı çıkmıştır.
11) Termal Analiz Örneği
-
Dairesel ısı değiştirici.
-
Yalnızca 1/8 dilim modellenir.
-
Doğal konveksiyon simetriyle kısaltılmış modelde de doğru hesaplanır.
12) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Disk fren analizi (çeyrek model).
-
Havacılık: Türbin kanatları (periyodik).
-
Enerji: Gaz türbinleri, kompresörler.
-
Makine imalatı: Dişli kutuları (periyodik diş profilleri).
-
İnşaat: Dairesel kolonlar, simetrik çerçeveler.
13) Sık Yapılan Hatalar
-
Yüklerin simetrik olup olmadığını kontrol etmemek.
-
Periodic yüzeyleri yanlış eşleştirmek.
-
Simetri sınırında yanlış serbestlik kısıtlaması uygulamak.
-
Mesh eşleşmesini göz ardı etmek.
14) Doğrulama Stratejileri
-
Simetrik model ile tam model sonuçları kıyaslanmalı.
-
Periyodik modelin toplam yükü tam modelle uyuşmalı.
-
Deneysel sonuçlarla doğrulama yapılmalı.
Sonuç
Simetri ve periyodiklik, çözüm süresini kısaltan ve modellemeyi daha verimli hale getiren en güçlü yöntemlerden biridir. ANSYS Workbench ortamında bu tekniklerin doğru uygulanması sayesinde:
-
Mesh eleman sayısı azalır,
-
Hesaplama maliyetleri düşer,
-
Tasarım süreçleri hızlanır.
Ancak bu yöntemler yalnızca simetrik ve periyodik yükleme koşulları altında kullanılmalıdır. Yanlış uygulandığında ciddi hata payları doğurabilir. Sonuç olarak, simetri ve periyodiklik, doğru stratejilerle güvenilir modelleme yapmanın en etkili yollarından biridir.
Modelleme, günümüzde yalnızca tasarım süreçlerinin bir parçası değil; aynı zamanda düşünce biçimlerini dönüştüren, analiz kabiliyetini artıran ve fikirleri görünür kılan güçlü bir araç olarak öne çıkıyor. Mimarlıktan mühendisliğe, oyun tasarımından veri görselleştirmeye kadar birçok alanda modelleme, karmaşık yapıları anlaşılır hale getirmek ve çok boyutlu düşünmek için kullanılıyor. Bireyin bir fikri somutlaştırma yolculuğunda modelleme, hem yaratıcı hem de sistematik bir yol sunuyor.
Bu platformda modellemeye tek bir açıdan yaklaşmıyoruz. Üç boyutlu (3D) modelleme elbette temel başlıklardan biri; ancak mimari modelleme, endüstriyel ürün tasarımı, karakter modelleme, veri ve sistem modelleme, parametrik tasarım gibi çok daha geniş bir çerçeveyi kapsıyoruz. Amacımız yalnızca teknik bilgi vermek değil; aynı zamanda modelleme pratiğinin arkasındaki düşünsel yapıyı, yöntemleri ve farklı disiplinlerdeki uygulama biçimlerini de görünür kılmak. Böylece bu alanla ilgilenen herkes, sadece nasıl yapılacağını değil, neden ve hangi bağlamda yapıldığını da anlayabiliyor.
Akademik bir yaklaşımla hazırlanan bu site, hem öğrenmek isteyenlere hem de bilgisini derinleştirmek isteyen profesyonellere hitap ediyor. Teknik içerikler, güncel yazılım önerileri, örnek projeler ve yöntem yazılarıyla zenginleştirilmiş bir yapı sunuyoruz. Modelleme, yalnızca bilgisayar destekli bir üretim süreci değil; aynı zamanda düşüncenin yeniden yapılandırılmasıdır. Bu doğrultuda, hem uygulamaya hem de teoriye dokunan içeriklerle, farklı alanlardaki modelleme meraklılarını ortak bir bilgi zemini etrafında buluşturmak istiyoruz.
