Köpük Malzemelerde “Negative Volume” Hatalı Elemanların Önlenmesi

1- “Negative Volume Element” Hatası

Yüksek yüklere ve büyük miktarda sıkıştırmaya maruz kalan bir köpük malzeme modellenirken oluşabilecek tipik bir hata, “Negative Volume Element” hatasıdır.
“Negatif Volume Element” hatası, katı bir elemanın bir yüzünün diğer yüzünün içinden geçmesidir.
“Log” dosyasının içerisinde bahsi geçen hata aşağıdaki gibi sergilenmektedir.

*Şekil 1 – “Log” Dosyası – “Negative Volume Element” Hatası*

*Şekil 2 – “Negative Volume Element” Hatasının Şematik Gösterimi*

2- Çözüm Yöntemleri

Çözüm 1 – Köpük Sertliğinin Değiştirilmesi

Bu sorunu çözmenin bir yöntemi, köpük malzemenin, yaklaşık %80-90 ezilmede (gerinim = 0,8-0,9), kilitlenmeye başladığında sertliğini artırmaktır.
Bu, köpük malzeme için kullanılan gerilme-gerinim eğrisi düzenlenerek yapılır.

*Şekil 3 – Köpük Malzemesinin Gerinim-Gerilim Eğrisinin Değişimi*

Çözüm 2 – Boş Kabuk Elemanlar

Diğer bir yöntem de köpüğün üst ve alt (ön/arka) yüzlerine birer sıra boş kabuk katmanı yerleştirmektir. Bu boş kabuk katmanları arasındaki temas daha sonra katı elemanların çok fazla sıkışmasını önlemek için kullanılır.
İki plaka arasındaki temas kalınlığı köpük bloğun kalınlığının yaklaşık %10’u olarak ayarlanır, böylece temas, köpük bloğunu %90 ezilmede kilitleyecek şekilde hareket eder

*Şekil 4 – Köpük Yapısı Etrafına Boş Kabuk Eleman Örümü’ nün Şematik Gösterimi*

Boş Kabuk Elemanlar: Boş kabuk elemanlar “*Mat_Null” kullanan kabuk elemanlarıdır. Katı elemanların boş
kabuk elamanlar ile kaplanması, katı elemanlar ile aynı “node” noktalarını paylaşan bir kabuk eleman katmanı
oluşturulmasıdır.

Tipik Boş Kabuk Eleman Özellikleri	Tipik Boş Kabuk Eleman Özellikleri
Yoğunluk	0.1 * (köpük yoğunluğu)
Elastik Modül	1 GPa
Kalınlık	1 mm

Tablo 1: Örülen Kabuk Elamanlar İçin Kullanılması Önerilen Özellikler

Çözüm 3 – “Tetrahedron” Elemanları

Köpük “tetrahedron” (tet) elemanlarıyla ağ haline getirilmişse, oluşturulan “tet” elemanlarının makul ölçüde düzenli olduğundan ve eğik olmadığından emin olunarak stabilite iyileştirilebilir.

*Şekil 5: Farklı “Tetrahedron” Eleman Formları*

3- Örnek Çalışma

Ana Model

Bu örnekte bir köpük bloğu, 3 m/s hızla çarpan 20 kg’lık bir plaka tarafından ezilmektedir. 38,6 msn’de katı elemanlardaki “negative volume” hatası nedeniyle model çalışmamaktadır.