Mühendislik tasarımlarında en temel hedeflerden biri, yapıların güvenliğini garanti altına almak ve olası arızaların önüne geçmektir. Malzemeler yalnızca elastik bölgede değil, aynı zamanda plastik deformasyon, yorulma, sünme ve ani kırılma gibi süreçlerde de hasar görebilir. Bu nedenle, bir bileşenin yalnızca gerilme–şekil değiştirme davranışını bilmek yeterli değildir; aynı zamanda hasar ve kopma kriterlerini de doğru şekilde modellemek gerekir.
ANSYS Workbench, bu amaçla çeşitli hasar modelleri sunar. Elastik–plastik deformasyon sonrası kopma (failure)noktalarını belirlemek için farklı teorik kriterler kullanılabilir: Maksimum Gerilme, Maksimum Şekil Değiştirme, Von Mises, Tresca, Mohr-Coulomb, Drucker–Prager, Hashin, Tsai–Wu gibi modeller, malzemeye ve yükleme tipine bağlı olarak seçilir.
Bu yazıda, hasar ve kopma kriterlerinin teorik temelleri, ANSYS’te uygulanış biçimleri, farklı malzeme türlerine uygun yaklaşımlar, endüstrideki kullanım senaryoları, sık yapılan hatalar ve doğrulama yöntemleri ayrıntılı biçimde ele alınacaktır.
1) Hasar Kriterleri Neden Gerekli?
Bir mühendislik tasarımında, yalnızca elastik davranışa bakarak güvenlik tahmini yapmak yanıltıcıdır. Çünkü:
-
Çelik gibi sünek malzemeler akma sonrası plastik deformasyon gösterir.
-
Dökme demir gibi gevrek malzemeler düşük deformasyonda kırılabilir.
-
Kompozitler farklı yönlerde farklı mukavemetler sergiler.
Hasar kriterleri sayesinde:
-
Malzemenin hangi yük altında hasar göreceği öngörülür.
-
Güvenlik katsayıları gerçekçi belirlenir.
-
İnsan hayatını tehdit eden riskler en aza indirilir.
2) Temel Hasar Kriterleri
ANSYS’te en sık kullanılan hasar kriterleri:
-
Maksimum Gerilme Teorisi (Rankine): Malzeme, maksimum normal gerilme sınırını aşarsa hasar kabul edilir.
-
Maksimum Şekil Değiştirme Teorisi: Malzeme, maksimum şekil değiştirme sınırını aşarsa hasar oluşur.
-
Von Mises (Distorsiyon Enerjisi): Sünek metaller için en güvenilir kriterlerden biridir. Plastisite eşiğini doğru tahmin eder.
-
Tresca (Maksimum Kayma Gerilmesi): Özellikle kayma yükleri baskınsa tercih edilir.
-
Mohr-Coulomb: Kaya, beton gibi gevrek malzemeler için uygundur.
-
Drucker–Prager: Gevrek ve sürtünmeli zeminlerde kullanılan geliştirilmiş modeldir.
3) Kompozit Malzemeler İçin Hasar Kriterleri
Kompozitler anizotropik oldukları için özel kriterlere ihtiyaç duyar:
-
Hashin Kriteri: Fiber kırılması ve matris çatlamasını ayrı ayrı değerlendirir.
-
Tsai–Wu Kriteri: Çok eksenli yüklemelerde yaygın olarak kullanılır.
-
Puck Kriteri: Kompozitlerin kesme hasarını doğru tahmin eder.
Örnek: Uçak gövdesinde kullanılan karbon fiber panellerde Hashin kriteri ile fiber kopması doğru şekilde modellenebilir.
4) ANSYS’te Hasar ve Kopma Analizi
-
Engineering Data’da uygun malzeme modeli seçilir.
-
Malzeme parametreleri (akma gerilmesi, kırılma dayanımı, kompozit mukavemet değerleri) girilir.
-
Failure Criteria seçeneği açılır (örneğin Von Mises, Tsai–Wu).
-
Analiz sonrası failure index değerleri incelenir.
-
Failure index > 1 olduğunda malzeme hasar görmüş kabul edilir.
5) Güvenlik Katsayısı (Factor of Safety)
Hasar kriterleriyle birlikte güvenlik katsayısı hesaplanır.
-
FOS = (Malzeme dayanımı) / (Maksimum gerilme).
-
FOS > 1.5 genellikle güvenli kabul edilir.
-
Kritik uygulamalarda (uçak, nükleer, tıbbi cihazlar) FOS ≥ 2–3 seçilir.
ANSYS Workbench, güvenlik katsayısını otomatik olarak hesaplayabilir.
6) Örnek Uygulama: Çelik Kiriş
-
Malzeme: S235 yapısal çelik.
-
Kriter: Von Mises.
-
Yük altında maksimum gerilme: 210 MPa.
-
Akma gerilmesi: 235 MPa.
-
Güvenlik katsayısı: 1.12 (sınırda).
Sonuç: Tasarım revize edilmeli.
7) Örnek Uygulama: Betonarme Kolon
-
Malzeme: Beton (Mohr-Coulomb kriteri).
-
Maksimum basınç dayanımı: 30 MPa.
-
Yük altında gerilme: 25 MPa.
-
Güvenlik katsayısı: 1.2.
Sonuç: Kritik bölgelerde donatı artırılmalı.
8) Örnek Uygulama: Karbon Fiber Kompozit Plaka
-
Malzeme: CFRP.
-
Kriter: Tsai–Wu.
-
Failure index = 0.85 (güvenli).
-
Yeni yükleme senaryosu: Failure index = 1.15 (hasar başladı).
Sonuç: Fiber yönlendirmesi değiştirilerek tasarım optimize edilmeli.
9) Termal Yükler Altında Hasar
Sıcaklık etkisi, malzemenin mukavemetini düşürür.
-
Çelik 20 °C’de 235 MPa iken, 500 °C’de 120 MPa olabilir.
-
ANSYS’te sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri girilmelidir.
Örnek: Buhar kazanında sıcaklık arttıkça failure index hızla yükselir.
10) Yorulma (Fatigue) Hasarı
Sabit yükler yerine tekrarlanan yükler altında malzeme zamanla yorulur.
-
S–N eğrileri ile yorulma ömrü hesaplanır.
-
ANSYS’te “Fatigue Tool” kullanılarak hasar tahmini yapılabilir.
-
Failure index, döngü sayısına göre belirlenir.
11) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Şasi, süspansiyon, motor parçaları.
-
Havacılık: Kanat, gövde, iniş takımları.
-
Enerji: Türbin kanatları, basınçlı kaplar.
-
İnşaat: Köprüler, yüksek binalar.
-
Elektronik: İnce film kaplamalar, PCB bağlantıları.
12) Sık Yapılan Hatalar
-
Yanlış kriter seçimi (örneğin kompozitte Von Mises kullanmak).
-
Malzeme parametrelerini eksik girmek.
-
Sıcaklık ve yorulma etkilerini dikkate almamak.
-
Güvenlik katsayısını yalnızca statik yükle hesaplamak.
13) Doğrulama Stratejileri
-
Hasar tahminleri deneysel testlerle (çekme, basma, yorulma testleri) kıyaslanmalı.
-
Farklı kriterlerle (Von Mises, Tresca) sonuçlar karşılaştırılmalı.
-
Kompozitler için fiber yönelim testleri yapılmalı.
Sonuç
Hasar ve kopma kriterleri, mühendislik tasarımlarında güvenlik odaklı yaklaşımın temelidir. ANSYS Workbench, farklı malzeme türlerine uygun kriterleri ve güvenlik katsayısı hesaplamalarını sağlayarak tasarımcıların güvenilir sonuçlara ulaşmasına imkân tanır.
Doğru uygulandığında:
-
İnsan hayatını tehdit eden riskler minimize edilir,
-
Ürün ömürleri güvenilir şekilde tahmin edilir,
-
Tasarımlar uluslararası standartlara uygun hale gelir.
Yanlış uygulandığında ise güvenlik katsayıları yanıltıcı olur ve beklenmedik arızalar ortaya çıkar. Sonuç olarak, hasar ve kopma kriterlerinin doğru seçimi, güvenilir mühendislik tasarımının olmazsa olmazıdır.
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.
