İnce Cidarlı Yapılar - 2 "Load Path" nedir?

Eksenel Gerilme, St. Venant's Prensibi ve Yük Yolu (Load Path)

Bir önceki yazıda ince cidarlı kirişlerdeki muhtemel hasar durumlarını ele almıştık. Şimdi bu durumları tek tek incelemeye başlayalım. Bu yazıda ek olarak çok önemli gördüğüm 

Yük Yolu "Load Path" 

konusunun önemine dair birkaç izahat da bulacaksınız. Daha teferruatlı açıklamalar talep oluşması halinde yahut zaman içerisinde konu geldikçe yapılacaktır. 

Statik Mukavemet

Çekme (Tension) ve Basma (Compression):

Noktasal çekme/basma yüküne (P) maruz kalan ve kesit alanı A olan kirişlerdeki eksenel gerilme σ = P/A denklemi kullanılarak bulunabilir. 

Şekil-1'de görüldüğü gibi gerilme hesabının yapılacağı kesitin lokasyonu tekil yükün uygulama noktasından yeterince uzak olmalıdır ki yukarıdaki denklem geçerli olabilsin. Bu durum çoğu mühendis tarafından gözden kaçabilmekte ve yapılan sonlu eleman modellerinde yanlış yorumlamalara sebebiyet verebilmekte ve dolayısıyla yanlış tasarım kaçınılmaz bir hal almaktadır. O nedenle burada verilecek olan bilgiler gereksiz detaylar olarak görülmemelidir.

Burada esas soru şu olmalıdır: Şekil-1(b) ve Şekil-1(c)'de verilen kesitlerdeki gerilme dağılımı neden homojen değildir? Bunu izah etmek için elbette Yük Yolu yani "Load Path" dediğimiz kavramı iyice anlamamız gerekmektedir. Kısaca tanımlamak gerekirse yük yolları, bir kuvvetin uygulama noktasından reaksiyon noktasına akışını tanımlamak için kullanılır ve Şekil-1'deki yükleme durumu için yük yolları Şekil-2'deki gibi verilmiştir. 

Diğer bir tanım olarak; çoklu parçadan oluşan sistemlerde yükün, uygulandığı noktadan/parçadan itibaren sistemin diğer parçalarına dağılırken izlediği yol da denebilir ve sistemlerin tasarımı aşamasında en çok yoğunlaşılması ve dikkat edilmesi gereken konu budur. Son parağrafta buna dair birkaç cümle bulabilirsiniz. 

Burada şunu söylemek isterim ki yük yollarının sıklaştığı yerde gerilmeler artmakta, seyrekleştiği yerde ise gerilmeler azalmaktadır. Bu bilgiler ışığında soru tekrar düşünüldüğünde cevabın kendiliğinden ortaya çıkacağı aşikardır.

Daha karmaşık yükleme durumlarında yük yollarını kestirebilmek için elbette bolca zihin jimnastiği ve gerekirse elastisite teorisinden yardım alınabilir. Bu kadar teorik detay benim için fazla diyenler ise sonlu eleman metodu yardımıyla pratik birçok örnekle tecrübelerini ve elbette zihinlerini bu konuda eğitebilirler. 

Sonuç olarak denilebilir ki, herhangi bir sistemin tasarımı yapılırken bu ister uçak olsun ister uydu isterse de roket olsun temelde yük yollarının (load paths) kurgulanması meselesidir. O nedenle hayati öneme haizdir. Yük Yolları iyi planlanmadığı takdirde sistem gereksiz yere ağır ve dolayısıyla hantal sistemler olacaklardır. Bunun neticesinde tasarlanmış ve üretilmiş olan bu sistemler kısa ömürlü olacaktır ki bu durumda ne dünya ile yarışabilir bir ürüne ne de düşük maliyet/performans oranına haiz ürünlere sahip olabiliriz.