Sonlu elemanlar analizlerinde (FEA) başarı, yalnızca geometri ve mesh kalitesi ile sınırlı değildir. Malzeme modeli seçimi, sonuçların güvenilirliğini doğrudan belirleyen en kritik adımlardan biridir. Gerçek mühendislik malzemeleri yalnızca elastik davranış göstermediği için, özellikle plastik deformasyonun hesaba katılması zorunludur.
Elastik–plastik malzeme modelleri, bir yapının yükleme altındaki gerçek davranışını temsil eder. Bu modeller, malzemenin elastik bölgede Hooke kanununa uygun davrandığını, akma sınırına ulaşıldığında ise kalıcı deformasyon gösterdiğini dikkate alır. ANSYS Workbench ortamında farklı elastik–plastik modeller kullanılarak, hem basit lineer analizler hem de karmaşık nonlineer simülasyonlar yapılabilir.
Bu yazıda, ANSYS’te elastik–plastik malzeme modellerinin tanımı, teorik temelleri, uygulama adımları, kullanılan parametreler, endüstriyel örnekler, doğrulama yöntemleri ve sık yapılan hatalar uzun ve detaylı biçimde ele alınacaktır.
1) Elastik Davranışın Temeli
-
Malzeme yük altında deformasyona uğrar, yük kalktığında eski haline döner.
-
Hooke kanunu: σ = E·ε.
-
Parametreler: Young modülü (E), Poisson oranı (ν).
2) Plastik Davranışın Temeli
-
Akma gerilmesi (σy) aşıldığında kalıcı deformasyon başlar.
-
Yük kalktığında malzeme tam olarak eski haline dönmez.
-
Gerçekçi modelleme için akma noktası sonrası davranışın da tanımlanması gerekir.
3) ANSYS’te Elastik–Plastik Malzeme Modelleri
-
Bilinear Isotropic Hardening (BISO):
-
Basit iki doğrulu model.
-
Elastik eğri + plastik eğri.
-
-
Multilinear Isotropic Hardening (MISO):
-
Deneysel gerilme–şekil değiştirme verileri girilebilir.
-
Daha gerçekçi sonuç.
-
-
Kinematic Hardening:
-
Yükleme–boşaltma döngülerinde histerezis modellemesi.
-
4) Parametreler
-
E (Young modülü).
-
ν (Poisson oranı).
-
σy (akma gerilmesi).
-
Sertleşme modülü (Et).
-
Deneysel gerilme–deformasyon verileri (MISO için).
5) Plastik Bölgeyi Modelleme Stratejileri
-
Küçük deformasyonlarda bilinear model yeterli olabilir.
-
Büyük deformasyonlarda multilinear model kullanılmalı.
-
Çevrimsel yüklemelerde kinematik sertleşme şarttır.
6) Örnek Uygulama: Çelik Çekme Testi
-
Malzeme: S235 çeliği.
-
Parametreler: E = 210 GPa, σy = 235 MPa.
-
BISO model ile analiz → maksimum gerilme deneyle %5 fark.
-
MISO model ile analiz → %1.5 fark.
7) Örnek Uygulama: Alüminyum Plaka
-
Malzeme: Al 6061.
-
Deneysel eğri MISO modeliyle girildi.
-
Çökme testinde deplasman sonuçları %3 doğrulukla deneyle örtüştü.
8) Örnek Uygulama: Çevrimsel Yükleme
-
Malzeme: Çelik yay.
-
Kinematik hardening ile yükleme–boşaltma histerezisi modellendi.
-
Yorulma ömrü tahminleri deneyle uyumlu çıktı.
9) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Çarpışma simülasyonları.
-
Havacılık: Kanat malzemesi plastik deformasyonu.
-
Enerji: Basınçlı kapların akma analizi.
-
İnşaat: Çelik kolon–kiriş bağlantıları.
-
Makine: Pres kalıplarında plastik şekillendirme.
10) Elastik–Plastik Analizin Avantajları
-
Gerçek davranışa daha yakın sonuçlar.
-
Akma ve kalıcı deformasyon bölgeleri hesaplanır.
-
Güvenlik katsayısı doğru belirlenir.
11) Sık Yapılan Hatalar
-
Yalnızca elastik modül girip plastik davranışı ihmal etmek.
-
Yanlış akma gerilmesi değeri kullanmak.
-
Çevrimsel yüklemelerde isotropic sertleşmeyi seçmek.
-
Deneysel verileri kullanmadan tahmini değerlerle çalışmak.
12) Doğrulama Stratejileri
-
Deneysel çekme testi eğrileri ile kıyaslama yapılmalı.
-
Elastik ve plastik bölgelerde sonuçlar kontrol edilmeli.
-
Farklı mesh yoğunlukları ile plastik bölge sonuçları kıyaslanmalı.
Sonuç
Elastik–plastik malzeme modelleri, gerçek mühendislik davranışlarını temsil eden en kritik simülasyon bileşenlerinden biridir. ANSYS Workbench ortamında doğru malzeme modeli seçildiğinde:
-
Yapısal davranış güvenilir şekilde tahmin edilir,
-
Güvenlik katsayıları doğru hesaplanır,
-
Deneysel verilerle uyum sağlanır.
Yanlış seçimlerde ise sistemin taşıma kapasitesi hatalı belirlenir, ömür tahminleri sapar ve güvenlik riske girer. Sonuç olarak, elastik–plastik malzeme modelleri, modern mühendislik simülasyonlarının vazgeçilmez bir parçasıdır.
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.
