Stress - Strain (Gerilme - Gerinim) Eğrisi, bir malzemenin mekanik davranışını karakterize eden temel grafiksel araçlardan biridir. Bu eğri, uygulanan dış kuvvet (gerilme) ile bu kuvvet sonucu oluşan şekil değişikliği (gerinim) arasındaki ilişkiyi tanımlar. Malzeme bilimi ve mühendisliğinde, özellikle elastik, plastik ve kırılma davranışlarının değerlendirilmesinde merkezi bir öneme sahiptir.

^{Gerilme- Gerinim Grafiği Temsili Gösterimleri (Muzaffer Yalçın)}

Kullanım Amacı

Gerilme-gerinim eğrileri; elastik sınır, akma noktası, kopma gerinimi, süneklik, tokluk ve sertlik gibi parametrelerin belirlenmesini sağlar. Bu sayede mühendislik tasarımı, malzeme seçimi, üretim süreci optimizasyonu ve hasar analizi gibi birçok teknik alanda kullanılır. Ayrıca, dijital görüntü korelasyonu (DIC) ve sayısal modelleme gibi yöntemlerle zenginleştirilmiş analizlerde de temel referans verisidir.

Kullanıldığı Sektörler

Gerilme-gerinim eğrisi, savunma, otomotiv, havacılık, yapı, enerji, biyomalzeme, gıda mühendisliği ve malzeme karakterizasyonu gibi geniş bir sektör yelpazesinde kullanılmaktadır. Örneğin; ısıl işlem görmüş metalik alaşımların performans testlerinde, polimer ve biyojel karakterizasyonlarında ya da yapay zekâ destekli yapısal sağlık izleme sistemlerinde sıkça başvurulur.

Eğrinin Elde Edilmesi ve Yorumlanması

Gerilme-gerinim eğrisi, genellikle çekme testi aracılığıyla elde edilir. Bu testte numune üzerine artan miktarda yük uygulanırken, numunenin uzama miktarı kaydedilir. Gerilme (σ), uygulanan yükün numunenin başlangıç kesit alanına bölünmesiyle; gerinim (ε) ise uzama miktarının başlangıç uzunluğuna oranlanmasıyla hesaplanır.

Eğri başlangıçta lineer olup, bu doğrusal bölgede Hooke Yasası geçerlidir:

σ = E.ε

Burada E, malzemenin elastik modülüdür. Elastik bölgenin ötesinde malzeme plastik deformasyona uğrar ve gerilme-gerinim eğrisi doğrusal olmayan bir davranış sergiler. Bu noktadan itibaren meydana gelen deformasyon kalıcıdır. Akma dayanımı (yield strength), malzemenin plastik akıya uğradığı minimum gerilme değeridir. Nihai dayanım noktası (UTS - Ultimate Tensile Strength), malzemenin taşıyabileceği maksimum gerilmeyi gösterir. Kopma noktası ise malzemenin nihai olarak kırıldığı gerinim seviyesidir.

Eğride gözlemlenen maksimum gerilmeden sonra görülen düşüş, çoğu zaman boyun verme (necking) fenomenine bağlıdır ve gerçek kesit alanındaki daralmayla ilişkilidir. Gerçek gerilme (true stress) ve mühendislik gerilmesi (engineering stress) arasında bu noktada önemli farklar oluşur. Gerçek gerilme, değişen kesit alanı dikkate alınarak hesaplanır.

^{Gerçek ve Mühendislik Gerilme- Gerinim Grafikleri Temsili Gösterimi (Muzaffer Yalçın)}

Yeni nesil uygulamalarda dijital görüntü korelasyonu (DIC) yöntemi ile deformasyon alanları izlenebilmekte ve yerel gerinim dağılımları görüntü verisiyle elde edilebilmektedir. DIC, özellikle gıda jelleri gibi konvansiyonel test yöntemlerinin sınırlı kaldığı yumuşak malzemelerde deformasyon analizi için kullanılmaktadır.

Bununla birlikte, yapay zekâ ve çoklu sensör görüntü füzyonu temelli modeller, karmaşık stres-gerinim davranışlarını tahmin etmekte kullanılmaktadır. Derin öğrenme mimarileri ile geliştirilen hibrit yaklaşımlar, fizik-tabanlı modellerin veriye dayalı yaklaşımlarla birleştirilmesini sağlayarak yüksek doğrulukla tahminleme imkânı sunmaktadır.

Ayrıca gerilme-gerinim verileri; Johnson-Cook (JC) modeli gibi deneysel verilere dayalı akma ve hasar modellerinin parametrelerinin belirlenmesinde kullanılır. Özellikle sünek metallerde (örneğin 316L ve AISI 4340) plastik deformasyon davranışı JC modeli ile başarılı şekilde modellenebilir.