Mühendislik yapılarında kullanılan pek çok bileşen, özellikle otomotiv, havacılık ve beyaz eşya endüstrisinde ince sac parçalar şeklindedir. Sac parçalar; gövde panelleri, şasi elemanları, uçak gövdeleri, yakıt tankları, elektronik kutular ve boru hatları gibi çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu parçaların et kalınlığı genellikle uzunluk ve genişliğe göre çok küçüktür.
Eğer bu parçalar 3D katı (solid) olarak modellenirse:
-
Mesh aşırı yoğun olur,
-
Çözüm süresi uzar,
-
Bilgisayar kaynakları yetersiz kalabilir.
İşte bu durumda devreye giren yöntem mid-surface tekniğidir. Mid-surface, ince sac parçaların ortalama yüzeyinin alınarak 2D shell elemanlarla modellenmesi esasına dayanır. Bu yöntemle modelin çözüm süresi büyük ölçüde kısalırken, doğruluk korunur.
Bu yazıda, mid-surface tekniğinin mantığını, ANSYS Workbench ortamında uygulanışını, avantajlarını, uygulama örneklerini, endüstrideki kullanım senaryolarını, sık yapılan hataları ve doğrulama stratejilerini uzun ve detaylı şekilde inceleyeceğiz.
1) Mid-Surface Tekniği Nedir?
Mid-surface, ince sac parçaların et kalınlığı boyunca ortalama yüzeyinin alınarak 2D shell elemanlarla temsil edilmesidir.
-
Et kalınlığı → Shell Thickness parametresi ile girilir.
-
Model 2D elemanlardan oluşur ancak 3D davranışı temsil eder.
Örnek: 2 mm kalınlığındaki bir otomotiv kapı paneli, mid-surface ile tek bir yüzey olarak modellenir.
2) Neden Mid-Surface Kullanılır?
-
Karmaşık sac geometrilerinde çözüm süresini kısaltır.
-
Mesh eleman sayısını %70–90 azaltır.
-
Doğru rijitlik ve gerilme dağılımı sağlar.
-
Büyük montajlarda analiz yapılabilir hale gelir.
3) ANSYS Workbench’te Mid-Surface Oluşturma
-
SpaceClaim:
-
Mid-Surface aracı ile otomatik olarak sac ortası çıkarılır.
-
Sac kalınlığı ölçülür ve shell elemanlara atanır.
-
-
Mechanical:
-
Shell section tanımı yapılır.
-
Mid-surface geometrisine thickness değeri girilir.
-
4) Mesh Stratejisi
-
Katı model → milyonlarca eleman.
-
Mid-surface → binlerce shell eleman.
-
Shell mesh, sac parçaların davranışını etkin şekilde yansıtır.
Örnek: 1 m² büyüklüğünde, 1 mm kalınlığında bir panel:
-
Solid mesh: 1.200.000 eleman.
-
Mid-surface mesh: 20.000 eleman.
→ Çözüm süresi %95 kısaldı.
5) Mid-Surface ile Gerilme ve Deplasman Hesabı
-
Gerilmeler: Sac kalınlığı boyunca hesaplanır.
-
Deplasmanlar: Shell elemanlar merkezde tanımlanır.
-
Kalınlık etkisi: Bending + membrane gerilmesi ile yansıtılır.
6) Kaynaklı ve Civatalı Bağlantılarda Mid-Surface
-
Kaynak bölgeleri mid-surface üzerinde line contact ile modellenebilir.
-
Civata delikleri yüzeyde nokta veya line contact olarak tanımlanır.
-
Gerekirse lokal solid alt modelleme yapılabilir.
7) Örnek Uygulama: Otomotiv Kapı Paneli
-
CAD modeli solid olarak aktarıldı.
-
Mid-surface çıkarıldı, thickness 1.2 mm girildi.
-
Solid model → 2 milyon eleman.
-
Mid-surface model → 40.000 eleman.
-
Sonuç: Aynı deplasman değerleri, %98 daha kısa çözüm süresi.
8) Örnek Uygulama: Uçak Gövdesi Parçası
-
Gövde paneli 3 mm kalınlıkta alüminyum.
-
Mid-surface tekniğiyle modellenip kabuk elemanlar kullanıldı.
-
Sonuç: Solid modele göre %90 daha kısa çözüm süresi.
9) Termal Analizlerde Mid-Surface
-
Sac parçaların ısı iletimi shell elemanlarla modellenebilir.
-
Kalınlık boyunca ısı akışı dikkate alınır.
-
Elektronik kutuların termal analizinde yaygın kullanılır.
10) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Gövde panelleri, şasi elemanları.
-
Havacılık: Gövde panelleri, kanat kaplamaları.
-
Beyaz eşya: Çamaşır makinesi gövdesi, buzdolabı panelleri.
-
İnşaat: Çelik levha bağlantıları.
-
Enerji: Türbin kaplama sacları.
11) Mid-Surface Tekniğinin Avantajları
-
Daha hızlı analiz.
-
Daha düşük bellek ihtiyacı.
-
Karmaşık montajlarda uygulanabilirlik.
-
Doğru rijitlik ve global davranış.
12) Sık Yapılan Hatalar
-
Kalın parçaları mid-surface ile modellemek (yanlış sonuç).
-
Thickness değerini yanlış girmek.
-
Kaynak ve civata bağlantılarını modellemeyi ihmal etmek.
-
Delik kenarlarını yanlış sadeleştirmek.
13) Doğrulama Stratejileri
-
Mid-surface modeli ile solid model sonuçları karşılaştırılmalı.
-
Deplasman, doğal frekans ve global gerilme dağılımı kontrol edilmeli.
-
Deneysel verilerle korelasyon sağlanmalı.
Sonuç
Mid-surface tekniği, özellikle ince sac parçaların analizinde vazgeçilmez bir yöntemdir. ANSYS SpaceClaim ve Mechanical ortamında kolayca uygulanabilir. Bu teknik sayesinde:
-
Analiz süresi kısalır,
-
Mesh eleman sayısı azalır,
-
Global davranış doğru şekilde yakalanır.
Yanlış uygulandığında ise kalın parçaların yanlış modellenmesi ve sonuçların güvenilirliğinin kaybolması mümkündür. Sonuç olarak, mid-surface tekniği, sac parça analizlerinin en verimli yöntemlerinden 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.
