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 kompozitler, hem elastik hem de viskoz özellikleri bir arada taşır. Bu tür malzemeler viskoelastik olarak tanımlanır.
Viskoelastik malzemelerin en önemli özelliği, zaman bağımlı davranış sergilemeleridir. Yani aynı yük uygulansa bile, malzemenin deformasyonu zamanla değişir. Örneğin, bir kauçuk bant aniden çekildiğinde sert davranır ama uzun süre gerildiğinde daha fazla uzar; ya da bir yapıştırıcı sabit yük altında “sürünme” (creep) gösterir.
ANSYS Workbench, bu tür karmaşık davranışları modellemek için gelişmiş viskoelastik malzeme tanımlama araçlarısunar. Bu araçlar sayesinde hem lineer hem de nonlineer viskoelastik davranışlar zamana bağlı analizlerle simüle edilebilir.
Bu yazıda, viskoelastik malzeme davranışının teorik temelleri, matematiksel modeller, ANSYS’te uygulanış adımları, parametrelerin elde edilmesi, uygulama örnekleri, endüstriyel kullanım senaryoları, sık yapılan hatalar ve doğrulama stratejileri ayrıntılı ve kapsamlı biçimde ele alınacaktır.
1) Viskoelastisite Nedir?
Viskoelastisite, elastik yay ve viskoz sönümleyici bileşenlerinin birleşimi ile açıklanır.
-
Elastik kısım: Malzeme yük kaldırıldığında eski haline döner (yay davranışı).
-
Viskoz kısım: Malzeme yük altında zamanla şekil değiştirir (sönümleyici davranış).
-
Sonuç: Hem anlık deformasyon hem de zamanla artan deformasyon görülür.
Matematiksel olarak, bu davranış genellikle Maxwell, Kelvin–Voigt ve Standart Lineer Katı (SLS) modelleri ile temsil edilir.
2) Viskoelastik Davranış Türleri
-
Gerilme Gevşemesi (Stress Relaxation): Sabit deformasyonda gerilme zamanla azalır.
-
Sürünme (Creep): Sabit gerilmede deformasyon zamanla artar.
-
Histerezis: Yükleme–boşaltma döngüsünde enerji kaybı olur.
-
Frekans Bağımlılığı: Malzemenin rijitliği uygulanan yükün frekansına bağlıdır.
Örnek: Asfalt kaplamalarda sürünme davranışı, sıcak havalarda yol deformasyonlarına yol açar.
3) ANSYS’te Viskoelastik Malzeme Modelleri
ANSYS, iki tür viskoelastik model sunar:
-
Lineer Viskoelastisite: Küçük deformasyonlarda kullanılır.
-
Prony Series ile zaman bağımlı modüller tanımlanır.
-
Gerilme gevşemesi ve sürünme davranışı doğru şekilde temsil edilir.
-
-
Nonlineer Viskoelastisite: Büyük deformasyonlarda ve karmaşık polimerlerde kullanılır.
-
Hyperelastic + viskoz bileşenler birlikte tanımlanır.
-
Kauçuk ve biyolojik dokular için uygundur.
-
4) Prony Serisi ve Parametreleri
Lineer viskoelastisite için kullanılan Prony serisi, elastik modülün zamanla nasıl azaldığını matematiksel olarak tanımlar:
E(t) = E∞ + Σ Ei·exp(-t/τi)
-
E∞ → uzun dönem elastik modül.
-
Ei → kısa dönem modülleri.
-
τi → gevşeme süreleri.
Bu parametreler deneysel verilerden elde edilerek ANSYS’e girilir.
5) Deneysel Veriler ve Testler
Viskoelastik parametrelerin belirlenmesi için tipik testler:
-
Gerilme Gevşemesi Testi: Sabit deformasyonda gerilme ölçülür.
-
Sürünme Testi: Sabit gerilmede deformasyon ölçülür.
-
Dinamik Mekanik Analiz (DMA): Farklı frekanslarda modüller elde edilir.
Örnek: Kauçuk bir numunenin DMA testinde düşük frekansta daha düşük rijitlik, yüksek frekansta daha yüksek rijitlik gözlemlenir.
6) ANSYS Workbench’te Uygulama Adımları
-
Engineering Data kısmında Linear Elastic → Viscous Elasticity seçilir.
-
Prony parametreleri girilir.
-
Nonlinear analiz gerekiyorsa hyperelastic + viskoz parametreler tanımlanır.
-
Çözüm adımları zaman bağımlı yapılır.
7) Mesh ve Analiz Stratejileri
-
Viskoelastik analizler zaman bağımlı olduğu için çözüm süresi uzundur.
-
Kritik bölgelerde ince mesh kullanılmalı.
-
Time step seçimi dikkatli yapılmalı: çok büyük step → doğruluk kaybı; çok küçük step → çözüm süresi artışı.
8) Örnek Uygulama: Yapıştırıcı Bağlantı
-
Malzeme: Epoksi esaslı yapıştırıcı.
-
Test: Gerilme gevşemesi deneyi.
-
Parametreler: Prony serisi ile girildi.
-
Sonuç: Yapıştırıcı bağlantının ömrü doğru tahmin edildi.
9) Örnek Uygulama: Kauçuk Takoz
-
Malzeme: Doğal kauçuk.
-
Model: Nonlinear viskoelastisite.
-
Deneysel verilerden elde edilen parametreler girildi.
-
Simülasyon sonucu, titreşim sönümleme performansı deneyle %95 uyumlu çıktı.
10) Örnek Uygulama: Asfalt Kaplama
-
Malzeme: Bitümlü asfalt.
-
Model: Lineer viskoelastisite.
-
Sürünme davranışı analiz edildi.
-
Yol deformasyonları doğru şekilde tahmin edildi.
11) Endüstride Kullanım Senaryoları
-
Otomotiv: Süspansiyon burçları, titreşim takozları.
-
Havacılık: Sızdırmazlık elemanları, titreşim sönümleyiciler.
-
Enerji: Türbin contaları, kablo izolasyonları.
-
İnşaat: Asfalt yollar, köprü bağlantı elemanları.
-
Elektronik: Polimer esaslı titreşim izolatörleri.
12) Sık Yapılan Hatalar
-
Viskoelastik parametreleri deneysel veriler yerine tahminle belirlemek.
-
Yanlış model seçimi (örneğin büyük deformasyonlarda lineer viskoelastisite).
-
Zaman adımını çok büyük seçmek → hatalı sonuçlar.
-
Sıcaklık bağımlılığını dikkate almamak.
13) Doğrulama Stratejileri
-
Simülasyon sonuçları deneysel testlerle karşılaştırılmalı.
-
Gerilme gevşemesi eğrileri doğrulanmalı.
-
Sürünme eğrileri ölçülen değerlerle uyumlu olmalı.
-
Farklı frekansta yapılan DMA testleri ile sonuçlar kontrol edilmeli.
Sonuç
Viskoelastik malzeme davranışı, özellikle polimerler ve kauçuk esaslı malzemeler için gerçekçi mühendislik analizlerinde vazgeçilmezdir. ANSYS Workbench, hem lineer hem de nonlineer viskoelastik modelleri destekleyerek bu karmaşık davranışları simüle etme imkânı sağlar.
Doğru uygulandığında:
-
Malzeme ömrü güvenilir şekilde tahmin edilir,
-
Zaman bağımlı deformasyonlar doğru hesaplanır,
-
Deneysel verilerle yüksek uyum sağlanır.
Yanlış uygulamalarda ise analizler güvenilirliğini kaybeder, ürün ömrü yanlış hesaplanır. Sonuç olarak, viskoelastik modelleme, zaman bağımlı analizlerde mühendislerin en kritik araçlarından 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.
