Dinamik Sistemlerde Sonlu Elemanlar Analizi (FEA):

Dinamik Sistemlerde Sonlu Elemanlar Analizi (FEA):


Zamana Bağlı Yükler Altında Güvenli ve Dayanıklı Tasarım

Modern mühendislik uygulamalarında sistemler artık yalnızca sabit yükler altında değil; titreşim, darbe, ivme, ani frenleme, döner kütle etkileri ve çevresel dinamik yükler altında çalışmaktadır. Bu nedenle günümüz tasarım süreçlerinde yalnızca statik analizler yeterli olmamakta; dinamik sistem davranışını gerçekçi şekilde modelleyen Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) vazgeçilmez hale gelmektedir.

FE-TECH İleri Mühendislik olarak; savunma sanayi, raylı sistemler, otomotiv, borulama ve ağır sanayi projelerinde, zamanla değişen yükler altındaki yapısal davranışı doğru tahmin etmek için ileri seviye dinamik analiz çözümleri sunuyoruz.

Dinamik Sistem Nedir?

Dinamik sistem, zamanla değişen kuvvetler, hızlar ve ivmeler altında davranış gösteren mekanik veya yapısal sistemleri ifade eder.

Gerçek hayattan örnekler:

Raylı sistem araç gövdeleri ve bogie yapıları

Otomotiv şasi ve süspansiyon sistemleri

Savunma sanayi platformları ve mühimmat taşıma ekipmanları

Boru hatları ve basınçlı kaplar (akış kaynaklı titreşimler)

Döner makineler, redüktörler ve taşıyıcı konstrüksiyonlar

Bu sistemlerde oluşan gerilmeler, yer değiştirmeler ve titreşim genlikleri yalnızca yük büyüklüğüne değil; yükün zamana bağlı değişimine de doğrudan bağlıdır.

Neden Dinamik Analiz Gerekir?

Statik analizler yalnızca sabit yükler altındaki davranışı gösterir. Ancak gerçek çalışma koşullarında:

Darbe yükleri

Rezonans etkileri

Sürekli periyodik kuvvetler

Ani hızlanma ve yavaşlama durumları

Yorulma hasarına yol açan gerilme döngüleri

gibi etkiler kritik rol oynar.

Bu tür durumlar yalnızca dinamik FEA ile doğru şekilde değerlendirilebilir.

Dinamik FEA Türleri

1) Modal Analiz

Amaç:
Bir yapının doğal frekanslarını ve titreşim mod şekillerini belirlemek.

Nerede kullanılır?

Raylı sistem gövdeleri

Makine şaseleri

Otomotiv gövde panelleri

Savunma sanayi platformları

Sağladığı çıktılar:

Doğal frekanslar (Hz)

Mod şekilleri (mode shapes)

Rezonans riski olan bölgeler

Modal analiz, tasarımın çalışma frekans aralıklarında rezonansa girip girmeyeceğini öngörmek açısından kritik öneme sahiptir.

2) Harmonik Analiz

Amaç:
Sürekli ve periyodik yükler altında titreşim genliğini ve gerilme büyümesini hesaplamak.

Nerede kullanılır?

Döner makineler

Fan, pompa ve motor muhafazaları

Raylı sistem bogie bileşenleri

Sağladığı çıktılar:

Frekans–genlik grafikleri

Kritik rezonans bölgeleri

Gerilme büyütme katsayıları

3) Transient Analiz

Amaç:
Zamanla değişen yükler altında sistemin gerçek davranışını incelemek.

Nerede kullanılır?

Ani fren ve ivmelenme senaryoları

Darbe ve çarpma etkileri

Deprem yükleri

Vinç yük alma–bırakma durumları

Sağladığı çıktılar:

Zaman–gerilme grafikleri

Yer değiştirme–zaman eğrileri

Hasarın başladığı kritik zaman aralıkları

4) Explicit Dynamics (LS-DYNA)

Amaç:
Çok hızlı olayları ve büyük deformasyon içeren senaryoları çözmek.

Nerede kullanılır?

Çarpışma ve düşme testleri

Patlama etkisi

Balistik senaryolar

Askerî platform dayanım analizleri

Bu tür analizlerde temas, plastik şekil değiştirme ve kırılma davranışı yüksek doğrulukla modellenir.

Dinamik Analizin Matematiksel Temeli

Dinamik sistemlerin hareket denklemi şu şekilde ifade edilir:

M · ü + C · u̇ + K · u = F(t)

Burada:

M → Kütle matrisi

C → Sönüm matrisi

K → Rijitlik matrisi

u → Yer değiştirme

→ Hız

ü → İvme

F(t) → Zamana bağlı dış kuvvet

Bu denklem, sistemin zamana bağlı davranışını belirleyen temel matematiksel altyapıyı oluşturur.

Mesh ve Zaman Adımı: Kritik Başarı Faktörleri

Dinamik analizlerde doğruluk, yalnızca kullanılan yazılıma değil; modelleme kalitesine de doğrudan bağlıdır.

Sık Yapılan Hatalar

Çok kaba mesh kullanımı

Düzensiz eleman oranları

Hatalı zaman adımı (time step) seçimi

Doğru Yaklaşım

En küçük eleman boyutuna göre kritik zaman adımı belirlenmeli

Explicit analizlerde Courant kriteri uygulanmalı

Kritik bölgelerde mesh yoğunluğu artırılmalı

Sonuçlar mesh bağımsızlık çalışmalarıyla doğrulanmalı

Sönümleme (Damping) Modelleri

Gerçek sistemlerde titreşimler her zaman sönümlenir. Bu etkiyi doğru yansıtmak için uygun sönümleme modelleri kullanılmalıdır.

Yaygın kullanılan modeller:

Rayleigh Damping → Yapısal titreşim analizleri

Modal Damping → Raylı sistem ve otomotiv uygulamaları

Viscoelastic Damping → Kauçuk ve elastomer parçalar

Structural Damping → Metal konstrüksiyonlar

Yanlış seçilmiş bir damping modeli, rezonans genliklerini ciddi şekilde hatalı gösterebilir.

Dinamik FEA + Yorulma Analizi (nCode Entegrasyonu)

Dinamik analizlerin en kritik çıktılarından biri, gerilme zaman geçmişi verileridir. Bu veriler doğrudan yorulma analizlerinde kullanılarak gerçek ömür tahmini yapılabilir.

FE-TECH yaklaşımı:

Dinamik analiz ile gerilme zaman geçmişi elde edilir

Bu veri nCode yazılımına aktarılır

Parçanın gerçek çalışma ömrü hesaplanır

Kritik hasar bölgeleri belirlenir

Tasarım revizyonu önerilir

Bu yöntem özellikle:

Raylı sistem süspansiyonları

Boru hatları

Savunma sanayi platformları

Otomotiv bağlantı elemanları

için yüksek güvenilirlik sağlar.

Gerçek Hayat Uygulaması:  Mühimmat Taşıma Arabası

FE-TECH İleri Mühendislik tarafından gerçekleştirilen bir örnek projede, MK45 MOD2 mühimmat taşıma arabasının dinamik davranışı detaylı olarak analiz edilmiştir.

Uygulanan adımlar:

3D CAD model oluşturma

Malzeme ve temas tanımları

Modal analiz ile rezonans kontrolü

Transient analiz ile ani yük senaryosu

Yorulma analizi ile uzun ömür tahmini

Elde edilen çıktılar:

Maksimum gerilme bölgeleri

Kritik titreşim frekansları

Güvenlik katsayıları

Tasarım iyileştirme önerileri

Bu sayede ürün, askeri standartlara uygun şekilde optimize edilmiştir.

Kullanılan Yazılımlar

FE-TECH İleri Mühendislik bünyesinde dinamik analiz projelerinde kullanılan başlıca yazılımlar:

ANSYS Mechanical → Modal, Harmonik, Transient

ANSYS LS-DYNA → Explicit Dynamics

RecurDyn → Çok cisimli dinamik

nCode → Yorulma analizleri

Endurica DT/EIE → Kauçuk ve elastomer analizleri

SDC Verifier → Kaynak dayanımı

CivilFEM → Altyapı dinamiği

Bu entegre yapı sayesinde hem yapı hem de hareket dinamiği aynı proje içinde değerlendirilir.

Sonuç: Neden Dinamik FEA Şart?

Dinamik sistemlerde yalnızca statik güvenlik yeterli değildir. Rezonans, yorulma, darbe ve zamanla değişen yük etkileri doğru şekilde hesaba katılmadığında, ürün ömrü ciddi şekilde kısalabilir ve beklenmeyen hasarlar oluşabilir.

Dinamik FEA sayesinde:

Ürün güvenliği artırılır

Tasarım revizyonları erkenden yapılır

Fiziksel test maliyetleri düşürülür

Sertifikasyon süreçleri hızlanır

Gerçek çalışma ömrü tahmin edilir

FE-TECH İleri Mühendislik ile Projenizi Güvence Altına Alın

Zamana bağlı yükler altında çalışan sistemleriniz için ileri seviye dinamik analiz çözümleri sunuyoruz.

Modal, harmonik ve transient analiz

Çarpışma ve darbe simülasyonları

Yorulma ömrü hesapları (nCode)

Raylı sistem, savunma sanayi ve ağır sanayi projelerine özel çözümler

Projenize özel teknik değerlendirme almak için bizimle iletişime geçin.
👉 Teklif Al