Artun'un Karalama Defteri

Daha çok havacılık, uzay ve denizcilik sektörlerinde yaygın olarak kullanılan bir yöntem olan İstatiksel Enerji Analizi (Statistical Energy Analysis – SEA); gelişen teknoloji, regülasyonlar ve konfor ihtiyacı karşısında son 10-15 yıldır otomotiv sektöründe de kullanılmaktadır. Bu yöntemle, ben ve şirketim 2013’te başladığımız ve benim yürüttüğüm TÜBİTAK destekli bir projeyle tanıştık. Bu projenin çıktısını Euronoise’15’te de yayınlama şansına eriştik [1]. Okuduğunuz bu yazı, şirket içi bilgi kütüphanesi için yazdığım bir prosedürün başında yer alan açıklama bölümüdür. Konu hakkında Türkçe kaynak olması açısından, gizlilik içermeyen ve İngilizce’sini bir sürü kaynakta bulabileceğiniz bilgileri özet halinde paylaşıyorum.

Sanal analiz metotlarından en yaygın kullanılanı Sonlu Elemanlar Analizidir (Finite Element Analysis – FEA). Fakat FEA, modal tabanlı analizlerde çözücü yapısı gereği –ortalama eleman boyutuna bağlı olarak- yaklaşık 400 Hz’den sonra güvenilir sonuçlar verememektedir. Ayrıca FEA, modal tabanlı analizleri lineer çözdüğünden akustik paket malzemeleri için önemli olan nonlineer malzeme değerleri girilememektedir.

Bu yüzden dünyada 400 Hz üstü için yapılacak sanal analizlerde FEA harici sanal metotlar kullanılmaktadır. Bu metotlar arasında da en yaygın kullanılanı İstatiksel Enerji Analizidir (Statistical Energy Analysis – SEA). SEA, lineer enerji denklemlerini kullanarak bir sanal modelde ses iletim hesaplarını yapmaktadır.

Bir aracın SEA modeli

FEA’daki elemanın karşılığı SEA’da altsistemdir (subsystem). Altsistem, FEA’daki gibi düğüm noktalarının (node) birleştirilmesiyle oluşturulur. Lakin FEA’nın tam tersine, SEA’da bir altsistem ne kadar büyükse analiz için o kadar iyidir. Analiz çözümünde enerji denklemleri kullanıldığından bir altsistem ne kadar enerji sahibiyse o kadar doğru/güvenilir sonuç vermektedir. Altsistem büyük olursa da taşıdığı enerji miktarı artacaktır. Bu yüzden elemanın kendi mod sayısının (modal yoğunluk) olabildiğince yüksek olması arzulanır. Lakin farklı sebeplerden dolayı her zaman bu büyüklük sağlanamaz. SEA’nın orta ve yüksek frekans bantlarında daha etkili olmasının sebebi de budur. Altsistemlerin modal yoğunluğu daha yüksek frekans bantlarında daha fazla olduğundan sonuçlar da daha güvenilir çıkmaktadır.

Bu sebeplerle SEA, 300-400 Hz altında çözüm üretse de pek gerçekçi değildir. SEA’nın esas etkin olduğu aralık, 1000-10000 Hz’dir. 300-1000 Hz aralığında ise gerçekçi sonuçlar elde etmek için dünyada hibrit metotlar (SEA-FE, SEA-BEM gibi) kullanılmaktadır. Otomotiv projeleri için orta frekans bantlarında (300-1000 Hz) da SEA yeterli güvenilirlikte sonuçlar vermektedir.

İki SEA kavitesi (saydam olanlar) ve onları çevreleyen yapısal altsistemler

SEA’nin üzerinde durulması gereken başka bir özelliği, sistemler arası ses iletimi üzerinden çözüm yaptığından havanın geometrik gerçekliğinin, yapısal parçaların (aracın) geometrisinden daha öncelikli olmasıdır. Modelleme metodolojisi de bunun üzerine kurulmalıdır. Yapısal parçalarda –altsistemleri olabildiğince büyük tutmak da gerekliliğinden- detaylar en aza indirilmeye çalışılır. Öncelik, havaya ses geçişini etkileyen malzeme farklılıkları ve havanın modal durumunu etkileyecek geometrik farklılıklardadır. Diğer detaylar önemsizdir, sonuçları neredeyse hiç etkilemez.

Bir aracın yan yana FEA ve SEA modelleri

Yukarıda değinildiği gibi, malzeme SEA için çok önemlidir. Çünkü malzemenin ses yutum/geçirme katsayısı iki altsistem arası sesin iletiminde doğrudan etkilidir. Bu yüzden araçta kullanılan tüm malzemelerin, bilhassa akustik izolasyona yönelik olan trim malzemelerin özelliklerinin doğru olarak programa girilmesi önem arz etmektedir. Keza fitil gibi parçaların iletim kaybı (transmission loss) değerleri, kesişim yerlerindeki sızıntı alanları (leakage) da modele tanımlanmalıdır. Zaten SEA, otomotiv projelerinde genelde akustik malzemelerin alan, özellik ve kalınlık seçimleri için yapılmaktadır.

Bir SEA yazılımı olan ve benim de SEA analizi için kullandığım VA One’da ara yüz

Son olarak SEA’nın adında geçen istatistik kısmına vurgu yapılmalıdır. SEA, belli bir hata payıyla çözümleme yapan istatiksel bir metottur. Literatürde ±3 dB hata payı olabileceği belirtilmektedir ve 3 dB akustik ölçümler için kayda değer bir niceliktir.

[1] A. Botke, E. Erensoy and C. Sevginer, Modeling and Validation Processes of an Electric Vehicle with Statistical Energy Analysis, Euronoise 2015, pp. 1417-1422, Maastricht, Netherlands, 2015.

Not: Fotoğrafların hepsi jeneriktir ve çalıştığım projelerle ilgisi yoktur.

Diğer sanal analiz ve NVH yazılarım:

Sonlu Elemanlar Analizi Nedir?

Sonlu Elemanlar Analizi Nedir? – Teori

NVH Nedir?

NVH Analizleri Nelerdir?