Sonlu Elemanlar Yöntemi:What is FEA?

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda Sonlu Elemanlar Yöntemi Nedir, Kullanım Alanları ve Ne tür Analizler yapabileceğimiz hakkında bilgi sahibi olacağız.

İngilizce ’de Finite Element Analysis(FEA) demek olan Sonlu elemanlar yöntemi(SEA),günümüzde karmaşık mühendislik problemlerinin hassas olarak çözülmesinde etkin olarak kullanılan bir sayısal metottur. ilk defa 1956 yılında uçak gövdelerinin gerilme analizi için geliştirilmiş olan bu metodun, daha sonraki on yıl içerisinde uygulamalı bilimler ve mühendislik problemlerinin çözümünde de kullanılabileceği anlaşılmıştır. Bu yöntemle fiziksel bir sistem, matematiksel denklemlerle ifade edilir. Sonlu Elamanlar Yönteminin temel amacı Karmaşık olan mühendislik problemini basite indirgeyerek kesin sonuç yerine yaklaşık sonuç elde etmektedir. Amaç bu modelin çalışma şartları altınca davranışını incelemektedir. Sonuçlar, yani ürün tasarımında veya mevcudun iyileştirilmesi için kullanılmaktadır.

Sonlu Elemanlar Analizi Nasıl Çalışır?

Sonlu Elemanlar Analizinde ilk olarak analiz edilecek olan bileşenin sınır şartları tanımlanır. 2D ve 3D geometri modeli inşa edilir. Modelin malzeme özellikleri tayin edilir. SEA düğüm (noda) denilen noktaların oluşturduğu karmaşık bir sistemdir. Düğümlerin oluşturduğu ızgaraya benzeyen yapıya ağ (mesh) denir. Bu ağ, yapının belirli yükleme koşulları altında nasıl davranacağını belirleyen yapısal ve malzeme bilgiler ile programlanmıştır. Düğüm noktaları yapının çalışma koşulları altında ortaya çıkan gerilme seviyelerinin verir. Gerilme seviyesi ve bu seviyenin değişimimin yüksek olduğu bölgelerde düğüm yoğunluğu gerilme olmayan veya daha az olma bölgelere göre daha yoğundur. Modele istediğimiz yükleri vererek çalışma şartları altında davranışını inceleriz.

 Özetlersek;

• Fiziksel problem belirlenir.
• Matematiksel modeli çıkarılır.
• Modelin sınır şartlarının belirlenmesi
• Modeli çözümü

Sonlu Elemanlar Analizinin Uygulama Alanları?

Sonlu elemanlar metodu, yapısal mekanik problemlerinin yanı sıra, ısı iletimi, akışkanlar mekaniği, elektrik ve manyetik alanlar ile ilgili mühendislik problemlerinin çözümü için  kullanılmaktadır. Metodun bu kadar çok uygulama alanı bulmasının nedenlerinden birisi, değişik mühendislik problemlerinin arasındaki benzerliklerdir. Bu benzerlikler problemler için verilmiş olan diferansiyel denklemlerden de anlaşılabilir.

• Yapı analizi: Bir konsol, bir köprü, bir petrol platformu…
• Katı mekaniği: çatlak ve kırılma mekaniği problemleri , dişli gerilme analizi…
• Dinamik: titreşim, deprem, kurşun etkisi…
• Termal analiz: Roket çıkışlarında, içten yanmalı motorlarda, türbin kanatlarında; kanatçıklarda ve binalarda ısı akışı…
• Elektrik analizi: Piezo aktüatör, elektrik sinyali yayılması problemi …
• Biyomekanik: Kemiklerin gerilme analizi, Kalbin gerilme analizi, Başın analizi …