Mühendislik yapıları yalnızca statik yükler ya da frekans alanında sabit genlikli titreşimlerle değil, çoğu zaman zamana bağlı değişken yüklerle karşı karşıya kalır. Bu yükler, farklı zaman aralıklarında farklı kuvvet, basınç,…
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…
Tıpta tanı süreçleri, doğru tedavinin belirlenmesi açısından hayati önem taşır. Geleneksel yöntemlerde tanı koyma süreci, hekimlerin klinik muayeneleri, laboratuvar testleri, görüntüleme yöntemleri ve klinik deneyimlerinin birleşimiyle gerçekleşir. Ancak günümüzde hastalıkların…
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…
Mühendislik yapıları yalnızca sabit yükler veya uzun süreli dinamik etkiler altında çalışmaz. Birçok durumda çok kısa sürede, çok yüksek genlikli yükler ile karşılaşırlar. Bu tür yüklemeler şok (shock) ve darbe…
Mühendislik yapılarında çoğu zaman yükler sabit ya da deterministik değildir. Özellikle havacılık, otomotiv, denizcilik, enerji ve elektronik sektörlerinde yapılar sürekli olarak değişken, rastgele ve çok frekanslı titreşimlere maruz kalır. Bu…
Mühendislik malzemelerinin büyük çoğunluğu, statik yükler altında değil, tekrarlanan yükleme–boşaltma döngüleri altında hasara uğrar. Bu hasar mekanizması, mühendislik literatüründe yorulma (fatigue) olarak adlandırılır. Yorulma, özellikle otomotiv, havacılık, enerji, inşaat ve…
Tıp bilimi, yalnızca organ ve dokuların yapısal incelenmesine değil, aynı zamanda biyolojik sıvıların (kan, lenf, beyin omurilik sıvısı, idrar, tükürük, safra vb.) dinamiklerinin anlaşılmasına da dayanır. Çünkü bu sıvılar, hem…
Mühendislik yapılarında en kritik güvenlik problemlerinden biri, çatlak oluşumu ve ilerlemesidir. Malzemeler mükemmel homojen yapılar değildir; üretim hataları, kaynak bölgelerindeki kusurlar, darbe etkileri veya yorulma yükleri sonucunda mikro çatlaklar oluşabilir.…
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…
Mühendislik malzemeleri, normal şartlarda elastik ve plastik davranışlar sergilerken, yüksek sıcaklıklar altında uzun süreli yüklemelerde farklı bir davranış mekanizması devreye girer: sünme (creep). Sünme, sabit bir yük altında malzemenin zamanla…
Mühendislik uygulamalarında kullanılan malzemeler çoğunlukla saf elastik (örneğin çelik) veya tamamen viskoz(örneğin sıvılar) davranış göstermez. Pek çok malzeme, özellikle polimerler, kauçuk bazlı bileşikler, biyolojik dokular, asfalt, yapıştırıcılar ve polimer matrisli…
Kauçuk ve kauçuk benzeri malzemeler, modern mühendisliğin hemen her alanında kritik bir rol oynamaktadır. Otomotiv sektöründe lastikler, motor bağlantı takozları ve süspansiyon burçları; havacılıkta contalar ve amortisör parçaları; tıpta implantlar ve esnek cihazlar; elektroniğin ise titreşim sönümleyicileri bu gruba örnek gösterilebilir.
Bu malzemelerin en önemli özelliği, lineer elastik modellerle açıklanamayan, büyük deformasyonlarda dahi yük taşıyabilen ve enerji sönümleyebilen özel bir mekanik davranış sergilemeleridir. İşte bu nedenle, kauçuk malzemelerin modellenmesinde hyperelastic teoriler kullanılır.
ANSYS Workbench, hyperelastic malzemeler için Mooney-Rivlin, Neo-Hookean, Ogden, Yeoh, Arruda-Boyce gibi çeşitli matematiksel modelleri bünyesinde barındırır. Bu modeller, çekme, basma ve kayma testlerinden elde edilen deneysel verilerle kalibre edilerek güvenilir analizler yapılmasına olanak tanır.
Bu yazıda, hyperelastic malzemelerin teorik temelleri, ANSYS’te modelleme yöntemleri, parametre tanımları, uygulama örnekleri, endüstriyel senaryolar, sık yapılan hatalar ve doğrulama stratejileri uzun ve detaylı bir şekilde incelenecektir.
Kauçuk benzeri malzemeler, klasik Hooke yasası ile tarif edilemez.
Büyük deformasyonlara dayanabilirler (%200–500 uzama).
Lineer olmayan bir gerilme–şekil değiştirme ilişkisi vardır.
Enerji, strain energy density function (gerinim enerji yoğunluğu fonksiyonu) ile tanımlanır.
Bu nedenle, hyperelastic modellerde temel amaç, malzemenin enerji fonksiyonunu tanımlayarak gerilme–şekil değiştirme ilişkisini elde etmektir.
ANSYS, çeşitli hyperelastic modelleri destekler:
Neo-Hookean: Basit, tek parametreli model. Küçük deformasyonlar için uygundur.
Mooney-Rivlin: 2–9 parametreli model. Orta büyüklükte deformasyonlarda yaygın.
Ogden: Karmaşık kauçuk davranışını en iyi yakalayan model. Büyük deformasyonlarda tercih edilir.
Yeoh: Basit ama güçlü bir model, geniş deformasyonlar için uygundur.
Arruda-Boyce: Polimer ağ teorisine dayalıdır, biyomedikal uygulamalarda sık kullanılır.
Hyperelastic modellemede doğru sonuçlar için deneysel testler şarttır:
Çekme testi: Malzemenin uzama davranışını gösterir.
Basma testi: Malzemenin sıkışma özelliklerini verir.
Kayma testi: Malzemenin kesme dayanımını tanımlar.
Bu testlerden elde edilen veriler ANSYS’e girilerek model parametreleri otomatik olarak fit edilir.
Engineering Data bölümünde “Hyperelastic” seçilir.
Malzeme modeli (Neo-Hookean, Mooney-Rivlin vb.) belirlenir.
Deneysel gerilme–şekil değiştirme verileri girilir.
Parametre fit işlemi yapılır.
Model analize hazır hale gelir.
Kauçuk parçalar genellikle büyük deformasyon görür → nonlinear geometry seçilmeli.
Hexa elemanlar tercih edilirse sonuç daha stabil olur.
İnce bölgelerde mesh yoğunluğu artırılmalı.
Malzeme: Doğal kauçuk (Mooney-Rivlin 5 parametreli model).
Deneysel veriler girildi.
Simülasyon sonucu: Titreşim genliği %95 doğrulukla deneysel verilerle uyuştu.
Malzeme: Sentetik kauçuk (Ogden modeli, 3 parametreli).
Lastik şişirme ve yol temas simülasyonu yapıldı.
Deneysel kuvvet–yer değiştirme eğrisi ile fark %2’nin altında.
Malzeme: Silikon elastomer.
Model: Yeoh.
Deney: Basma testi ile kalibrasyon.
Sonuç: Yer değiştirme–kuvvet eğrisi %3 doğrulukla tahmin edildi.
Kauçukların davranışı sıcaklıkla değişir.
Yüksek sıcaklık → yumuşama.
Düşük sıcaklık → sertleşme.
ANSYS’te sıcaklık bağımlı hyperelastic parametreler tanımlanabilir.
Otomotiv: Süspansiyon burçları, lastikler, motor takozları.
Havacılık: Amortisörler, contalar.
Enerji: Sızdırmazlık elemanları.
Tıp: Kalp kapakçıkları, silikon implantlar.
Elektronik: Titreşim izolatörleri.
Deneysel verileri kullanmadan model seçmek.
Yanlış model seçimi (örneğin büyük deformasyonlarda Neo-Hookean).
Mesh yoğunluğunu yetersiz seçmek.
Nonlinear geometry seçeneğini işaretlememek.
Simülasyon sonuçları mutlaka deneysel testlerle kıyaslanmalı.
Kuvvet–yer değiştirme eğrileri uyumlu olmalı.
Farklı yükleme türlerinde (çekme, basma, kayma) doğrulama yapılmalı.
Hyperelastic modeller, kauçuk ve kauçuk benzeri malzemelerin analizinde gerçekçi sonuçlar elde etmenin tek yoludur. ANSYS Workbench, farklı matematiksel modelleri ve deneysel veri fit fonksiyonlarını sunarak güvenilir simülasyonlar yapılmasına imkân tanır.
Doğru uygulandığında:
Lastik parçaların ömrü doğru tahmin edilir,
Enerji sönümleme özellikleri gerçekçi hesaplanır,
Deneysel sonuçlarla yüksek uyum sağlanır.
Yanlış uygulandığında ise malzeme davranışı hatalı modellenir ve tasarımlar güvenilmez hale gelir. Sonuç olarak, hyperelastic malzeme modellemesi, kauçuk bazlı mühendislik ürünlerinde başarının anahtarıdır.
Yapay zekâ (YZ), sağlık sektörünün dönüşümünde en güçlü itici güçlerden biri haline gelmiştir. Tanı süreçlerinden tedavi planlamasına, ilaç geliştirmeden hasta izlemine kadar pek çok alanda yapay zekâ destekli çözümler hızla…