Mühendislik yapıları, çevrelerinden gelen yükler altında farklı tepkiler verirler. Bu yüklerden en önemlilerinden biri titreşimlerdir. Titreşim, makine parçalarında yorulmaya, gürültüye, hassas cihazlarda ölçüm hatalarına, köprülerde ve binalarda ise rezonans nedeniyle yıkıcı etkiler yaratabilir.
Her yapı, tıpkı bir müzik aleti gibi kendine özgü doğal frekanslara sahiptir. Bir dış uyarı bu frekanslarla çakıştığında rezonans meydana gelir ve titreşim genliği hızla artar. İşte bu noktada modal analiz devreye girer. Modal analiz, bir yapının doğal frekanslarını ve bu frekanslarda aldığı şekilleri (mod şekilleri) ortaya çıkarır.
ANSYS Workbench, modal analiz için güçlü çözücüler sunar. Bu analiz sayesinde tasarımcılar, yapının rezonans riskini öngörür, uygun tasarım değişiklikleri yapar ve güvenli ürünler geliştirir.
Bu yazıda, modal analizin teorik temelleri, ANSYS’te uygulanış adımları, farklı modal analiz türleri, örnek uygulamalar, endüstriyel kullanım senaryoları, sık yapılan hatalar ve doğrulama yöntemleri ayrıntılı ve uzun biçimde ele alınacaktır.
1) Modal Analizin Temeli
Modal analiz, yapının serbest titreşim davranışını inceler.
-
Doğal frekanslar: Yapının titreşim modlarının frekanslarıdır.
-
Mod şekilleri: Bu frekanslarda yapının aldığı şekillerdir.
-
Katılım faktörleri: Her modun dinamik tepkideki önemini belirler.
Örnek: Bir gitar telinin titreşimi belirli frekanslarda ve belirli mod şekillerinde gerçekleşir. Aynı prensip mühendislik yapıları için de geçerlidir.
2) Rezonans ve Önemi
Rezonans, dış kuvvetin frekansı yapının doğal frekansına eşit olduğunda ortaya çıkar.
-
Titreşim genliği hızla artar.
-
Malzeme yorulması hızlanır.
-
Hatta yapının ani kırılması mümkündür.
Örnek: 1940 Tacoma Narrows Köprüsü rezonans nedeniyle yıkılmıştır.
3) ANSYS’te Modal Analiz Türleri
-
Block Lanczos: Büyük modeller için yaygın kullanılır.
-
Subspace: Daha küçük modeller için hızlı çözücüdür.
-
PCG Lanczos: Yüksek çözünürlüklü analizlerde uygundur.
-
Damped Modal Analysis: Sönüm etkisi dahil edilir.
4) ANSYS Workbench’te Modal Analiz İş Akışı
-
Geometri hazırlanır.
-
Malzeme özellikleri tanımlanır.
-
Mesh oluşturulur.
-
Sınır şartları (mesnetler, kısıtlamalar) girilir.
-
Modal analiz türü seçilir.
-
Çözüm çalıştırılır, doğal frekanslar ve mod şekilleri elde edilir.
5) Sınır Şartlarının Önemi
Sınır şartları modal analizde kritik rol oynar.
-
Serbest cisim → ilk altı mod rijit gövde hareketleridir (0 Hz).
-
Kısıtlanmış cisim → gerçek doğal frekanslar ortaya çıkar.
Örnek: Bir motor bloğu şasiye bağlandığında frekansları serbest haline göre daha yüksektir.
6) Mesh Stratejileri
-
Karmaşık geometrilerde tetra mesh kullanılabilir.
-
İnce plakalar için shell elemanlar uygundur.
-
Kritik bölgelerde ince mesh, frekansların doğruluğunu artırır.
7) Örnek Uygulama: Otomotiv Şasi
-
Malzeme: Çelik.
-
Modal analiz ile ilk 10 doğal frekans elde edildi.
-
85 Hz’deki mod, motor titreşimleri ile çakıştı.
-
Tasarım revizyonu ile frekans 120 Hz’e çıkarıldı.
8) Örnek Uygulama: Uçak Kanadı
-
Malzeme: Alüminyum alaşımı.
-
İlk doğal frekans: 12 Hz.
-
Türbülans yükleri ile çakışma riski.
-
Kanat sertliği artırılarak frekans 18 Hz’e yükseltildi.
9) Örnek Uygulama: Elektronik Devre Kartı
-
Malzeme: FR4 kompozit.
-
İlk doğal frekans: 250 Hz.
-
Rastgele titreşim testleri ile doğrulandı.
-
Lehim noktalarında rezonans kaynaklı yorulma riski tespit edildi.
10) Damped Modal Analiz
Gerçek yapılar tamamen serbest titreşmez; her zaman sönüm vardır.
-
Malzeme sönümü (içsel).
-
Yapısal sönüm (bağlantılar).
-
Çevresel sönüm (hava direnci).
ANSYS’te bu etkiler modele dahil edilerek daha gerçekçi sonuçlar elde edilir.
11) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Şasi ve motor titreşimleri.
-
Havacılık: Kanat ve gövde rezonansı.
-
Enerji: Türbin kanatları, jeneratörler.
-
İnşaat: Köprüler, yüksek binalar.
-
Elektronik: PCB rezonansı.
12) Sık Yapılan Hatalar
-
Yalnızca ilk modları inceleyip daha yüksek frekansları ihmal etmek.
-
Sınır şartlarını hatalı tanımlamak.
-
Malzeme özelliklerini eksik girmek.
-
Mesh yoğunluğunu yetersiz seçmek.
13) Doğrulama Stratejileri
-
Modal test (ivmeölçer ve darbe çekici ile) yapılmalı.
-
Deneysel doğal frekanslar ile simülasyon kıyaslanmalı.
-
Sapma %5’in altında olmalıdır.
Sonuç
Modal analiz, mühendislik yapılarının doğal frekanslarını ve titreşim şekillerini belirlemenin en güvenilir yöntemidir. ANSYS Workbench, farklı modal analiz türleriyle bu hesaplamaları hızlı ve doğru şekilde yapmaya imkân tanır.
Doğru uygulandığında:
-
Rezonans riskleri erken aşamada belirlenir,
-
Tasarım değişiklikleri kolayca yapılır,
-
Ürün ömürleri güvenilir şekilde uzatılır.
Yanlış uygulandığında ise rezonans nedeniyle ciddi arızalar ve güvenlik riskleri ortaya çıkar. Sonuç olarak, modal analiz güvenli mühendislik tasarımının temel taşlarından 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.
