Rijitlik: Metal bir körükte veya başka bir elastik elemanda birim yer değiştirme oluşturmak için gereken yüke elemanın rijitliği denir ve genellikle "K" ile gösterilir. Elemanın elastik özellikleri doğrusal değilse, sertlik artık sabit değildir ancak yükün artmasıyla birlikte değişir. Genel mühendislikte kullanılan körük-tipi elastik elemanlar için sertlik toleransı +/- 50% ile sınırlıdır. Körük sertliği, yükün ve yer değiştirmenin niteliğine göre eksenel sertlik, bükülme sertliği ve burulma sertliği olarak sınıflandırılır. Körük uygulamalarında yüklerin büyük çoğunluğu eksenel yüklerdir ve yer değiştirme doğrusaldır. Körüklerin eksenel sertliğini hesaplamak için kullanılan ana yöntemlerden bazıları şunlardır:
1. Körük sertliğinin hesaplanması için enerji yöntemi
2. Körük sertliğinin hesaplanması için ampirik formül
3. Körük sertliğinin hesaplanması için sayısal yöntem
4. EJMA standart sertlik hesaplama yöntemi
5. Japon TOYO sertlik hesaplama yöntemi
6. Amerikan KELLOGG (yeni yöntem) sertlik hesaplama yöntemi
Yukarıdaki altı sertlik hesaplama yönteminin yanı sıra, yurt dışında sertliği hesaplamak için burada tanıtılmayacak birçok başka yöntem vardır. Çinli mekanik araştırmacıları körükler üzerinde kapsamlı araştırmalar ve deneysel analizler yürüterek verimli sonuçlar elde ettiler. En önemli araştırma yöntemleri şunları içerir:
(1) Pertürbasyon yöntemi
(2) Sayısal entegrasyonun başlangıç parametre yöntemi
(3) İntegral denklem yöntemi
(4) Pertürbasyon sonlu elemanlar yöntemi. Bu yöntemlerin tümü körüklerin nispeten doğru hesaplamalarını sağlayabilir. Bununla birlikte, ileri teorik ve hesaplamalı matematiğin uygulanmasından dolayı, bunların mühendislik uygulamaları biraz zordur ve ustalaşmaları zordur, bu da daha fazla yaygınlaştırılmasını ve tanıtılmasını gerektirir.
Metal Körüklerin Helisel Yaylarla Birlikte Kullanılması Durumunda Rijitlik Hesabı
Kullanım sırasında yüksek sertlik gerektiğinde, ancak metal körüğün sertliği nispeten düşük olduğunda, körüğün içine veya dışına silindirik helisel bir yayın yerleştirilmesi düşünülebilir. Bu sadece tüm elastik sistemin sertliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda histerezisin neden olduğu hatayı da büyük ölçüde azaltır. Bu sistemin elastik performansı esas olarak yayın özelliklerine ve körüğün etkin alanının stabilitesine bağlıdır.
Körüklerin Eğilme Rijitliği
Körüklerin Stres Hesabı
Elastik bir sızdırmazlık bileşeni olarak metal körüğün öncelikle güç gereksinimini karşılaması gerekir; bu, maksimum geriliminin belirli koşullar altında izin verilen gerilimi aşmaması anlamına gelir. İzin verilen gerilim, nihai gerilimin bir güvenlik faktörüne bölünmesiyle elde edilebilir. Körüklerin çalışma koşullarına ve kullanım gereksinimlerine bağlı olarak nihai gerilim, akma mukavemeti, körüğün dengesiz hale geldiği kritik gerilim veya yorulma mukavemeti vb. olabilir. Bir körüğün maksimum çalışma geriliminin hesaplanması, körük duvarı içindeki gerilim dağılımının analiz edilmesini gerektirir.
Körük üzerindeki gerilim, sistemdeki basınç ve körüğün deformasyonu nedeniyle oluşur. Basınç, körük üzerinde çevresel gerilim oluştururken, dalganın yan duvarlarında, çukurlarında ve tepelerinde radyal membran ve bükülme gerilimleri oluşur. Bükülmeye karşı koyamayan ince kabuklara bazen membran denir ve bükülmenin ihmal edilmesiyle hesaplanan gerilime membran gerilimi denir. Körük deforme olduğunda radyal membran gerilimi ve bükülme gerilimi oluşur. Körükler çalışırken bazıları iç basınca, bazıları ise dış basınca maruz kalır. Örneğin, körüklü genleşme bağlantıları ve metal hortumlar çoğunlukla iç basıncı taşırken, valf gövdesi contaları için kullanılan körükler genellikle dış basıncı taşır. Bu analiz temel olarak körüğün iç basınç altındaki stresine odaklanmaktadır. Körüklerin dış basınca dayanma yeteneği genellikle iç basınca dayanma yeteneğinden daha yüksektir. Körüklerin yaygın olarak uygulanmasıyla birlikte, körük geriliminin kapsamlı analizi, araştırması ve deneysel doğrulaması gerçekleştirilmiş ve bunun sonucunda mühendislik tasarımına yönelik birçok hesaplama formülü, programı ve şeması ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, bazı yöntemlerin karmaşık çizelgeleri veya programları nedeniyle kullanılması elverişsizken, diğerleri aşırı derecede basitleştirilmiş veya idealize edilmiş varsayımlar yaparak güvenli ve güvenilir kullanımı garanti etmeyi zorlaştırır. Birçok yöntem mühendislik topluluğu tarafından kabul edilmemiştir. Bu nedenle, yalnızca birkaç yöntem pratik gereksinimleri gerçekten karşılar. Yaygın olarak kullanılan iki yöntem şunlardır:
Körük Stresinin Hesaplanması için Sayısal Yöntem
Bu yöntem, tüm körüklerin aynı koşullar altında olduğunu varsayar ve hesaplama sırasında körüğün yalnızca tek bir yarım-dalgasını inceler. Bu nedenle, uç körüğün sınır koşulları orta körüğünkinden farklı olmasına rağmen, uç körükler çalışmada dikkate alınmamıştır. Sayısal yöntem E'ye dayanmaktadır... Çözüm, değişen duvar kalınlığına sahip ince-duvarlı bir dönme kabuğunun eksenel olarak simetrik deformasyonu için Lesner tarafından önerilen doğrusal olmayan denklemlerden türetilmiştir. E. Lesner denklemlerinin türetilmesinde, ince-kabuk teorisinin genel varsayımları uygulanır; bunlar arasında şunlar yer alır: kalınlığın, kabuğun eğriliğinin ana yarıçapına kıyasla çok küçük olduğu varsayımı; ve malzeme homojenliği ve izotropi varsayımları. Bu varsayımlar aynı zamanda hesaplamalarda bazı hatalara da neden olur. Bunun nedeni, körüğün üretimi sırasında kütüğün haddelenmesi, çekilmesi ve daha sonra oluklu plastikle şekillendirilmesinin, malzemenin mekanik özelliklerinde anizotropiye ve düzensizliğe neden olmasıdır.
Amerikan EJMA'nın Stres Hesaplama Yöntemi
Körüklerin Etki Alanı Hesabı
Etkin alan körüğün temel performans parametrelerinden biridir. Körüklerin basıncı konsantre kuvvete dönüştürme yeteneğini karakterize eder. Basıncı konsantre kuvvet çıkışına dönüştürmek için körüğün kullanıldığı uygulamalarda etkin alan çok önemli bir parametredir.
Körükler kuvvet-dengeli aletlerde kullanıldığında, etkili alanının stabilitesi aletin doğruluğunu doğrudan etkiler. Dolayısıyla bu tür uygulamalarda sadece makul bir etkili alan gerekli değildir, aynı zamanda çalışma koşullarından bağımsız olarak etkili alanın çalışma sırasında da değişmeden kalması gerekir.
1. Konsept ve Etki Alanındaki Değişiklikler
Etkin alan, üzerine uygulanan basıncın eşit eksenel kuvvet oluşturacağı eşdeğer alandır. Genel olarak bir körüğün etkili alanı iç basıncın artmasıyla azalır, dış basıncın artmasıyla da artar.
2. Körüklerin Etkin Hacimsel Alanı
Bir körüğün dış kuvvet veya basınç farkı altındaki hacim değişiminin, etkin uzunluktaki buna karşılık gelen değişime oranı, etkin hacimsel alan olarak adlandırılır.
3. Körük Etki Alanının Hesaplanması
Bir körüğün etkin alanına ilişkin gereksinimler ve hesaplama yöntemleri, kullanım amacına bağlıdır. Körük elastik bir conta olarak veya boru hattının termal dengelemesi için kullanılıyorsa, etkin alan yalnızca körüğün oluşturulması sırasındaki eksenel kuvvetin ve sistemdeki itme kuvvetinin hesaplanmasında önemlidir. Bir körüğün hesaplanan ve ölçülen etkili alanı arasında sıklıkla bir fark vardır. Genellikle etkili alanın belirli bir formül kullanılarak hesaplanması yeterlidir.
Körükler kuvvet dengeleme cihazlarında ve basıncın kuvvete dönüştürülmesini gerektiren uygulamalarda kullanıldığında, bireysel ölçümler gerektiren etkin alanlarının doğru bir şekilde belirlenmesi gerekir.
Hassasiyet: Bir metal körüğün ve diğer elastik elemanların birim yük altında yer değiştirmesine elemanın hassasiyeti denir. Sertlik ve hassasiyet, körüklerin ve diğer elastik elemanların ana işlevsel parametreleridir ancak aynı performans özelliğini ifade etmenin iki farklı yoludur. Farklı durumlar için, analiz kolaylığı açısından her iki parametre de kullanılabilir.
Etki Alanı: Basınç-kuvvet veya kuvvet-basınç dönüşümünü gerçekleştiren elastik elemanlar için bir diğer önemli işlevsel gösterge etkili alandır. Etkin alan, elastik elemanın birim basınç altında yer değiştirmesi sıfır olduğunda dönüştürebileceği konsantre kuvvetin büyüklüğünü ifade eder.
Hizmet Ömrü: Elastik elemanlar iki durumda çalışır: birincisi belirli yük ve yer değiştirme koşulları altında çalışır, statik çalışma adı verilen, sabit veya minimum düzeyde değişen yük ve yer değiştirmeyi korur; diğeri ise yükün ve yer değiştirmenin sürekli ve döngüsel olarak değiştiği ve elemanın döngüsel çalışma durumunda olduğu durumdur. Farklı çalışma durumları nedeniyle elemanın hasar veya arıza modları da farklılık gösterir. Alet elastikliğine duyarlı elemanlar, elastik aralıkları dahilinde, esas olarak statik bir çalışma durumunda çalışırlar ve genellikle onbinlerce ila yüzbinlerce çevrime ulaşan çok uzun bir hizmet ömrüne sahiptirler. Mühendislikte kullanılan körük-tipi bileşenler bazen elastik-plastik bir aralıkta veya alternatif gerilim altında, yalnızca birkaç yüz ila bin çevrimlik bir kullanım ömrüyle çalışır. Bileşenler döngüsel çalışmada kullanıldığında, döngü sayısı, zaman ve frekans da dahil olmak üzere izin verilen bir çalışma ömrü belirtilmelidir.
Elastik bir elemanın nominal ömrü, elemanın tasarımı sırasında belirlenen ve bu süre içerisinde elemanın yorulma, hasar veya arıza yaşamamasını gerektiren beklenen hizmet ömrüdür.
Sızdırmazlık Performansı: Sızdırmazlık performansı, bir elemanın belirli bir iç ve dış basınç farkı altında sızıntıyı önleme yeteneğini ifade eder. Körük-tipi bileşenler, iç boşlukları basınç altında gaz veya sıvı ortamla dolu olarak çalışır, bu nedenle sızdırmazlık performansı garanti edilmelidir. Sızdırmazlık performansı test yöntemleri arasında pnömatik sızdırmazlık testleri, sızıntı testleri, sıvı basınçlandırma testleri ve sabunlu su veya helyum kütle spektrometresi kullanılarak sızıntı tespiti yer alır.
Doğal Frekans: Endüstride kullanılan elastik elemanlar çoğunlukla belirli derecede titreşimin olduğu ortamlarda çalışır. Bazı bileşenler titreşim izolasyon parçaları olarak kullanılır ve kendileri de titreşim koşulları altındadır. Özel şartlarda kullanılan elastik elemanlarda rezonans ve hasar oluşmaması için elemanın doğal frekansının (özellikle temel frekansının) sistemdeki herhangi bir titreşim kaynağının frekansına yakın olmasının önlenmesi esastır. Körük bileşenleri çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Körüklerin rezonans yüzeylerine zarar gelmesini önlemek için, körüğün doğal frekansı sistemin titreşim frekansından düşük veya en az %50 daha yüksek olmalıdır.
Çalışma Sıcaklığı: Metal körük bileşenlerinin çalışma sıcaklığı aralığı geniştir ve genellikle elastik elemanın tasarımı ve imalatından önce belirtilir. Bazı özel- amaçlı körükler, sıvı oksijene (-196 derece) ve hatta sıvı nitrojen gibi daha düşük sıcaklıklara dayanabilen ve 25MPa'ya kadar basınç direncine sahip iç boşluklara sahiptir. Boru hattı sistem bağlantıları için kullanılan büyük körüklü genleşme derzleri (bazen nominal çapları 1 m'yi aşan), 4MPa basınç dayanımı, 400 derece sıcaklık dayanımı ve belirli bir derecede korozyon direnci gerektirir. Elastik elemanın sıcaklığa uyum yeteneği, kullanılan elastik malzemenin sıcaklık direncine bağlıdır. Bu nedenle, elastik elemanın çalışma sıcaklığı aralığına göre uygun sıcaklık performans parametrelerine sahip elastik bir malzemenin seçilmesi, kaliteli körük bileşenlerinin üretilmesi için esastır.
