Mühendislik sistemleri çalışma ömürleri boyunca farklı tiplerde dinamik yüklerle karşılaşır. Bu yüklerin bir kısmı rastgele titreşimler şeklinde iken, bazıları ise belirli bir frekansta veya frekans aralığında periyodik olarak tekrarlanır. Harmonik yükler olarak adlandırılan bu tip yüklemeler, özellikle motorlar, dişliler, pompalar, türbinler ve dönen makinelerden kaynaklanır.
Bir yapı harmonik yük altında çalıştığında, rezonans riski ortaya çıkar. Eğer dış kuvvetin frekansı yapının doğal frekansına denk gelirse, titreşim genliği hızla büyür ve bu da yorulma hasarına, gevşemelere, bağlantı kopmalarına veya gürültü artışına yol açabilir. Bu nedenle harmonik cevap analizi, mühendislik tasarımlarında mutlaka uygulanması gereken temel dinamik analiz yöntemlerinden biridir.
ANSYS Workbench, harmonik analiz için güçlü çözücüler sunar. Bu analiz, yapının belirli frekans aralıklarında deplasman, hız, ivme ve gerilme tepkilerini ortaya çıkarır. Böylece rezonans bölgeleri tespit edilerek tasarım değişiklikleri yapılabilir.
Bu yazıda, harmonik cevabın teorik temelleri, ANSYS’te harmonik analiz adımları, sönümleme etkileri, farklı çözüm yöntemleri, uygulama örnekleri, endüstriyel kullanım senaryoları, sık yapılan hatalar ve doğrulama yöntemleri detaylı ve uzun biçimde incelenecektir.
1) Harmonik Yüklerin Doğası
Harmonik yükler, zamanla sinüzoidal olarak değişen kuvvetlerdir:
F(t) = F₀ · sin(ωt)
-
F₀ → kuvvet genliği
-
ω → açısal frekans
Bu tip yükler, dönen makinalardan, motor titreşimlerinden, elektriksel salınımlardan ya da periyodik dalga etkilerinden kaynaklanır.
2) Rezonans ve Önemi
Eğer dış kuvvet frekansı (f) yapının doğal frekansı (fn) ile çakışırsa rezonans ortaya çıkar.
-
Titreşim genliği çok hızlı artar.
-
Sönüm yoksa teorik olarak sonsuz genlik mümkündür.
-
Gerçek sistemlerde sınırlı sönüm vardır, ancak genlik yine de çok tehlikeli seviyelere çıkar.
Örnek: Dönen bir türbinin kanadı, 60 Hz’de çalışan motor ile rezonansa girerse yorulma ömrü hızla azalır.
3) Sönüm (Damping) Etkisi
Gerçek sistemler her zaman bir miktar enerji kaybeder. Bu kayıp sönüm olarak tanımlanır.
-
Malzeme sönümü: Malzemenin içsel sürtünmesinden kaynaklanır.
-
Yapısal sönüm: Bağlantılar ve ek yerlerinden kaynaklanır.
-
Çevresel sönüm: Hava direnci, akışkan etkileri.
ANSYS’te sönümleme şu yöntemlerle tanımlanabilir:
-
Rayleigh damping (α–β katsayıları).
-
Modal damping (her moda farklı sönüm oranı).
-
Global damping (sabit değer).
4) ANSYS’te Harmonik Analiz Türleri
-
Full Method: Tüm serbestlik derecelerinde çözüm yapılır.
-
Reduced Method (Mode Superposition): Modal analizden elde edilen modlar üzerinden çözüm yapılır. Daha hızlıdır.
5) ANSYS Workbench’te Harmonik Analiz Adımları
-
Modal analiz yapılır (doğal frekanslar elde edilir).
-
Harmonik Response çözüm türü seçilir.
-
Yük tanımları girilir (kuvvet, basınç, ivme).
-
Frekans aralığı belirlenir.
-
Sönüm değerleri girilir.
-
Çözüm çalıştırılır, frekans cevabı elde edilir.
6) Mesh Stratejileri
-
Frekans aralığı ne kadar genişse, o kadar iyi mesh gerekir.
-
İnce bölgeler yüksek frekanslara duyarlıdır → yoğun mesh gerekli.
-
Büyük modellerde reduced method daha verimli olur.
7) Örnek Uygulama: Otomotiv Motor Bloğu
-
Yük: 50–500 Hz arası harmonik kuvvetler.
-
Sonuç: 180 Hz’de rezonans, genlik 5 mm.
-
Tasarım revizyonu ile rezonans frekansı 250 Hz’e çıkarıldı.
8) Örnek Uygulama: Türbin Kanadı
-
Yük: Aerodinamik kuvvetler (100–1000 Hz).
-
Sönüm: %2 modal damping.
-
Kritik rezonans: 480 Hz.
-
Çözüm: Malzeme rijitliği artırılarak frekans 600 Hz’e taşındı.
9) Örnek Uygulama: Elektronik PCB
-
Yük: 10–2000 Hz harmonik ivme.
-
İlk rezonans: 350 Hz.
-
Lehim noktalarında gerilme 150 MPa bulundu.
-
Tasarım: Kart kalınlığı artırılarak rezonans frekansı 420 Hz’e çıkarıldı.
10) Frekans Çözünürlüğü ve Step Sayısı
-
Daha küçük frekans step → daha hassas sonuç.
-
Daha büyük step → çözüm süresi kısa ama doğruluk azalır.
-
Kritik bölgelerde küçük step kullanmak şarttır.
11) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Motor–şasi titreşimleri, egzoz sistemleri.
-
Havacılık: Kanat ve gövde rezonansı.
-
Enerji: Türbin ve jeneratörler.
-
Elektronik: PCB rezonans ömrü.
-
Makine: Pompa, dişli ve şaft titreşimleri.
12) Sık Yapılan Hatalar
-
Sönüm etkisini ihmal etmek.
-
Yanlış frekans aralığı seçmek.
-
Yetersiz mesh kullanmak.
-
Yükleri gerçekçi tanımlamamak.
13) Doğrulama Stratejileri
-
Laboratuvar frekans testleri ile karşılaştırma yapılmalı.
-
İvmeölçer ile ölçülen rezonans frekansları simülasyonla kıyaslanmalı.
-
Sapma %5–10 aralığında olmalıdır.
Sonuç
Harmonik cevap analizi, mühendislik yapılarının belirli frekanslardaki titreşim tepkilerini incelemenin en güçlü yöntemlerinden biridir. ANSYS Workbench, rezonans risklerini belirlemek, sönüm etkilerini değerlendirmek ve tasarımları güvenli hale getirmek için kapsamlı araçlar sunar.
Doğru uygulandığında:
-
Rezonans bölgeleri erkenden tespit edilir,
-
Tasarımda küçük değişikliklerle ömür uzatılır,
-
Ürün güvenliği ve kullanıcı konforu artar.
Yanlış uygulandığında ise rezonans hasarları, yorulma ömrünün kısalması ve güvenlik problemleri kaçınılmaz hale gelir. Sonuç olarak, harmonik analiz, modern mühendislikte güvenli ve dayanıklı tasarımın vazgeçilmez bir bileşenidir.
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.
