Linear ve Nonlinear Yaylar

Yayların Karakteristik Davranışları Nelerdir?

Yaylar; mühendislik malzeme özellikleri ve geometrik şekillerinden dolayı bir kuvvetin etkisinde elastik şekil değiştirerek potansiyel enerji biriktirebilen, etki eden kuvvetin etkisi kalktığı zaman kısmen veya tamamen eski şeklini alabilen elastik makine elemanlarıdır. Depolamış oldukları enerji yay tipine göre yük boşalması durumunda sürtünme oranına göre geri verirler.

Mekanik bileşenler, mekanik enerjiyi depolamak ve serbest bırakmak için yayları kullanmaktadır. Aynı zamanda yapısal bileşenlerin davranışları yaylara benzetilmektedir. Bu nedenle malzeme mekaniği, yapı dinamiği ve yapısal analiz çalışmalarında ‘yaylar’ görürüz. Bu yayların çoğu ‘Linear (Doğrusal) Yaylar’ olarak modellenmektedir. Fakat yaylar genel olarak iki kategoriye ayrılabilir: Linear Yaylar, Nonlinear Yaylar (Sert/Artan ve Yumuşak/Azalan yaylar).

Doğrusal Yaylar

Kuvvet ve yer değiştirme davranışı arasındaki doğrusal ilişkiyi tanımlayan Hooke Kanunu (F=K.u) ile karakterize edilirler. Doğrusal yaylar, hareketleri boyunca sabit sertliğini korumaktadır. Sonuç olarak, kuvvet-yer değiştirme eğrileri, sıkıştırma veya uzatma sırasında, boyutu ne olursa olsun, dinlenme konumlarının ötesinde doğrusal kalmaktadır. Belirli bir yer değiştirmeyi üretmek için gereken kuvvet, yayın yer değiştirmesine bakılmaksızın sabit kalmaktadır.

Doğrusal Olmayan Yaylar

Hooke Yasasına uymamaktadırlar. Bunun yerine, hareket aralıkları boyunca değişen derecelerde sertlik sergilemektedirler. Bu yaylara sert ve yumuşak yaylar da denir. Sıkıştırıldığında veya gerildiğinde sertlikleri yavaş yavaş değişmektedir.

Sert Yaylar

Bunlar en yaygın türdür ve kuvvet altında artan bir yaylanma oranı sergilerler. Tasarımları veya şekilleri nedeniyle yük arttıkça sertleşirler; bu durum birçok uygulamada faydalıdır. Çünkü sıkıştırma sırasında daha iyi kullanım ve stabilite sağlar.

Yumuşak Yaylar

Bu tür yaylar ise kuvvet altında sıkıştırıldıklarında az şekil değiştirmekte ve yumuşamaktadırlar.

Nonlinear Yaylar için kuvvet yer değiştirme grafikleri belirli bir yer değiştirmeye kadar linear olarak çözümlenebilmektedirler. Fakat Mühendislik problemlerinin çoğu matematiksel olarak çözümleme kolaylığı ve doğru sonuç vermesi sebebi ile linear yaylar seçilmektedir. Bunlara örnek olarak olarak kütle yay damper sistemi verilebilir. Bu sistemdeki yayın davranışı ile sistemlerin mekanik titreşimleri, sistem genliği ve doğal frekansları bulunmaktadır. Açık kaynak ve ticari yapısal analiz uygulamalarında linear yay seçilmesinin nedeni budur.