3DEXPERIENCE Structural Mechanics Engineer ve Malzeme Kalibrasyonu

Mühendislik analizlerinde en kritik aşamalardan biri doğru malzeme modellemesidir. Malzeme davranışını yanlış tahmin etmek, en sofistike simülasyonların bile güvenilirliğini sorgulanır hale getirebilir. İşte tam da bu noktada, 3DEXPERIENCE Structural Mechanics Engineer rolü içinde yer alan Material Calibration (Malzeme Kalibrasyonu) uygulaması devreye giriyor. Peki, bu uygulama nedir ve analiz mühendisine ne gibi avantajlar sağlar?

3DEXPERIENCE Structural Mechanics Engineer Nedir?

3DEXPERIENCE Structural Mechanics Engineer, Dassault Systèmes’in sunduğu gelişmiş bir yapısal analiz çözümüdür. Abaqus’un güçlü yeteneklerini 3DEXPERIENCE platformuna entegre ederek mühendislerin doğrusal ve doğrusal olmayan analizleri, dinamik çözümleri ve özel malzeme tanımlamalarını daha etkin bir şekilde yapmasını sağlar.

Özellikle Explicit analizler ve karmaşık malzeme modelleri gerektiren uygulamalar için güçlü bir araçtır.

Material Calibration (Malzeme Kalibrasyonu) Nedir?

Malzeme kalibrasyonu, fiziksel testlerden elde edilen verilerin, simülasyonlarda kullanılacak en uygun malzeme modeliyle eşleştirilmesini sağlayan bir süreçtir. Birçok mühendis için zaman alan ve hata payı yüksek olan bu süreç, Material Calibration uygulaması sayesinde oldukça pratik hale getirilmiştir.

Bu araç, laboratuvar testlerinden elde edilen gerilme-gerinim eğrileri gibi verileri kullanarak Johnson-Cook, Hyperelastic, Viscoelastic, Drucker-Prager gibi karmaşık malzeme modellerinin parametrelerini otomatik olarak belirleyebilir. Yani, fiziksel test verileri doğrudan yazılıma girildiğinde, sistem en uygun model parametrelerini iteratif bir süreçle optimize eder.

Analiz Mühendisine Sağladığı Avantajlar

1.Zamandan Tasarruf: Normalde haftalar sürebilecek malzeme modelleme sürecini dakikalar içinde tamamlamak mümkündür.

2.Hata Payını Azaltır: Manuel kalibrasyon süreçlerinde insan hatası riski yüksektir. Material Calibration, matematiksel optimizasyon yöntemleriyle en uygun malzeme parametrelerini seçerek daha güvenilir sonuçlar sunar.

3.Doğruluk ve Güvenilirlik: Gerçek test verileriyle uyumlu simülasyonlar elde etmek mümkün hale gelir.

4.Çoklu Malzeme Modeli Desteği: Metalden polimere, kompozit malzemelerden elastomerlere kadar geniş bir malzeme yelpazesini destekler.

Fiziksel Testlerle Entegrasyon: Test cihazlarından alınan ham veriler doğrudan sisteme girilebilir ve modelleme süreci hızlandırılabilir.

Fiziksel Testlerle Uyumluluk ve Güvenilirlik

Malzeme kalibrasyonu, doğrudan fiziksel testlerden elde edilen verileri kullanarak çalıştığı için, simülasyon sonuçlarının laboratuvar sonuçlarıyla örtüşmesini sağlar. Bu, prototip üretim aşamasında maliyetleri düşürür ve mühendislerin yalnızca doğru tasarımlar üzerinde ilerlemesine yardımcı olur.

Örneğin, HDPE gibi plastik malzemelerin darbe dayanımı veya kırılma davranışını modellemek için yapılacak bir düşme testi, Material Calibration ile doğrudan modellenebilir. Test verilerinin yüklenmesiyle birlikte, yazılım en uygun Johnson-Cook parametrelerini belirler ve analizlerde kullanılacak doğru malzeme modelini oluşturur.

VAKA ÇALIŞMASI

Aluminyum 6061 T6 için, Çekme Testi Sonuçları İle Malzeme Parametrelerini Bulma

Öncelikle standartlara uygun testlerden veya literatürden çekme testi verilerinin elde edilmesi gerekmektedir. Bu örnek çalışmamızda aşağıda görülen çekme testine ait stress – strain verilerini kullandık.

Yapacağımız ilk işlem test verilerini kalibrasyon uygulamasına girmek olmalıdır. Burada en büyük kolaylık, uygulamanın .csv, .xlsx , .txt gibi formatları doğrudan içeri aktarabilmesi olmaktadır.

Bu tür bir çalışma yaparken çok farklı malzeme çeşidi için çok farklı amaçlarla kullanılabilecek birçok matematiksel modellemesi olabileceğini unutmamak gerekir. Böylece hangi malzeme modeli ile kalibrasyon yapmanın daha doğru veya daha avantajlı olacağı önem arz edecektir. Örneğin aşağıda çeşitli malzeme türlerinin sahip oldukları çekme eğrisi karakteristikleri yer almaktadır.

İleride daha kapsamlı çalışmalarda genel bir malzeme ve parametre seçim rehberi yapabiliriz. Ancak bu çalışma kapsamında bizim çekme testi verilerimiz için elasto-plastic malzeme modeli seçimi yeterli olacaktır. Plastik deformasyon bölgesindeki davranışı yüksek hızlarda veya sıcaklıklarda, yüksek gerinim hızlarında, büyük deformasyonlarda ve benzeri zorlayıcı analiz koşullarında kullanmak için «Rate Dependent» seçimini yaptık ve Johnson Cook parametrelerini kalibre etmeye imkan sağladık. Bu modelleme az sayıda parametre ile büyük verimlilik sağlamaktadır.

Malzeme modelini belirlememizin ardından kalibrasyon analizini başlatmadan hemen önce başlangıç için katsayılar beliriyor. Optimizasyon analizinin sonucunda test eğrisine en yakın sonucu veren malzeme katsayıları ile kalibrasyon tamamlanıyor.

Böylece kullanıcı haftalar süren testler, kodlamalar, karmaşık hesaplamalar ve doğrulamalar ile uğraşmadan güvenebileceği malzeme parametreleri elde etmiş oluyor.

Bu işlemlerin ardından kullanıcı kolaylıkla kalibre edilmiş verilerle oluşturduğu malzemeyi tüm analiz türlerinde çağırabileceği dijital kütüphaneye kaydedebilmektedir.