Mühendislik tasarımlarında güvenlik ve dayanıklılık, yalnızca statik dayanım hesapları ile garanti altına alınamaz. Çünkü çoğu mühendislik yapısı — uçak kanatları, otomotiv şasileri, boru hatları, köprüler, dişliler veya kaynaklı konstrüksiyonlar — tekrarlayan yükler altında çalışır. İşte tam da bu noktada yorulma analizi (fatigue analysis) devreye girer.
Fetech İleri Mühendislik olarak, Ansys yazılımları ile sunduğumuz gelişmiş yorulma analiz çözümleri sayesinde, ürünlerin ömrünü doğru tahmin etmek, prototip test maliyetlerini azaltmak ve güvenilirliği artırmak mümkün hale gelmektedir.
Yorulma, malzemelerin tekrarlayan gerilme veya gerinim döngüleri altında zamanla hasar görmesi ve çatlak oluşumuna bağlı olarak kırılması sürecidir. Tek seferlik bir yüklemede güvenli olan bir tasarım, milyonlarca yükleme döngüsü sonrasında başarısızlığa uğrayabilir.
Yorulma hasarı genellikle üç aşamada gerçekleşir:
Çatlak başlangıcı: Yüzey kusurları, kaynak bölgeleri veya keskin köşe/notch gibi stres yığılmalarında başlar.
Çatlak ilerlemesi: Her yük çevriminde çatlak büyür, artık kesit küçülür.
Son kırılma: Malzemenin kalan kesiti yükü taşıyamaz ve ani kırılma gerçekleşir.
Yorulma analizinde üç ana yöntem vardır. Kullanılacak yöntem, malzeme davranışına ve yükleme tipine göre seçilmelidir.
Yüksek çevrimli yorulma (HCF) için uygundur.
Tamamen elastik davranış varsayılır.
Deneysel olarak elde edilen Wöhler eğrileri kullanılır.
Ortalama gerilmenin etkisi Goodman, Gerber, Walker gibi modellerle hesaba katılır.
Düşük çevrimli yorulma (LCF) için uygundur.
Plastikleşmenin önemli olduğu durumlarda tercih edilir.
Manson–Coffin–Basquin ve Ramberg–Osgood ilişkileri kullanılır.
Elastik-plastik davranışı hesaba katmak için Neuber veya Glinka yöntemleri uygulanır.
Mevcut çatlak veya kusurun ilerlemesi hesaplanır.
Paris–Erdogan denklemi: da/dN = C·(ΔK)^m
Daha gelişmiş NASGRO modeli, çatlak kapanması ve ΔK_th eşik değerlerini de içerir.
Havacılık ve savunma sektöründe kritik parçalarda yaygın olarak kullanılır.
Doğru yük tanımlaması, yorulma ömrü tahmininde en kritik adımdır.
Zaman Alanı Analizi:
Gerilme/gerinim zaman serileri kaydedilir.
Rainflow algoritması ile çevrimlere ayrılır.
Hasar birikimi için Miner kuralı kullanılır.
Frekans Alanı (PSD) Analizi:
Rastgele titreşim yükleri (otomotiv, raylı sistem, havacılık) için tercih edilir.
Spektral momentlerden ömür tahmini yapılır.
Dirlik metodu, en yaygın kullanılan yöntemdir.
Yorulma analizinde doğru malzeme verisi olmazsa olmazdır.
S-N eğrileri: Çeşitli gerilme oranları (R değerleri) için deneysel olarak elde edilir.
ε-N parametreleri: K′, n′, σ′f, ε′f, b ve c katsayıları.
Ortalama gerilme düzeltmeleri:
Goodman (doğrusal yaklaşım)
Gerber (parabolik yaklaşım)
Morrow & Smith-Watson-Topper (SWT) (düşük çevrim için daha uygun)
ASTM E606 / ISO 12106 → Düşük çevrim yorulma testleri
ASTM E1049 → Rainflow çevrim sayımı
ISO 12111 / ASTM E2368 → Termo-mekanik yorulma
EN 1993-1-9 (Eurocode 3) ve IIW → Kaynaklı birleşimlerde yorulma sınıfları
Kaynaklı yapılarda yorulma davranışı, geometrik süreksizlikler ve kaynak dikişleri nedeniyle farklı değerlendirilir.
Nominal gerilme yöntemi
Hot-spot gerilmesi yöntemi (kaynak kenarındaki noktalardan ekstrapolasyon)
Yapısal gerilme yöntemi
Kaynaklı birleşimlerde ömür tahmini, IIW kılavuzları ve Eurocode 3 standartlarına göre yapılır.
Gerçek yapılar çoğu zaman tek eksenli yüklenmez. Burada kritik düzlem kriterleri devreye girer:
Findley: Kayma gerilmesi + düzleme dik normal gerilme etkisi
SWT (Smith-Watson-Topper): σ_max·ε_a parametresi
Brown-Miller / Fatemi-Socie: Kayma tabanlı düşük çevrim yorulma için güçlü kriterler
Dang Van: Tane ölçeğinde analiz; yüksek çevrim yorulma için uygundur.
Ansys Mechanical Fatigue Tool ve Ansys nCode DesignLife, yorulma analizinde geniş kapsamlı çözümler sunar.
S-N ve ε-N analizi
Ortalama gerilme düzeltmeleri
Zaman ve PSD tabanlı yüklemeler
Kritik düzlem yaklaşımı
Geniş malzeme veri tabanı
Kaynaklı birleşimler için IIW ve Eurocode uyumlu hesaplamalar
Çok eksenli yorulma kriterleri
Çatlak büyümesi ve kalan ömür hesapları
Test verileriyle kalibrasyon imkânı
Yalnızca maksimum hücre gerilmesini kullanmak
Uygun olmayan mean-stress düzeltmesi seçmek
Plastiklik etkilerini dikkate almadan elastik sonuçlarla hesap yapmak
Kaynaklı yapılarda hot-spot yerine lokal notch gerilmesi üzerinden değerlendirme yapmak
Yüzey kalitesi, sıcaklık ve korozyon etkilerini ihmal etmek
Yorulma analizi, yalnızca hesaplama değil; güvenilirlik, emniyet ve maliyet açısından kritik bir mühendislik adımıdır.
Fetech İleri Mühendislik olarak sunduğumuz Ansys tabanlı çözümler ile:
Tek eksenli ve çok eksenli yorulma hesaplarını,
Zaman alanı ve PSD tabanlı titreşim yorulmalarını,
Kaynaklı birleşimlerde IIW ve Eurocode uyumlu ömür tahminlerini,
Çatlak büyümesi ve kalan ömür hesaplarını
standartlara uygun, güvenilir ve hızlı bir şekilde gerçekleştirmenizi sağlıyoruz.