- Çalışma Saatleri : 08:30 - 18:00
Explicit ve Implicit Dinamik Analizler
Explicit ve Implicit analizler, yapısal mühendislikte kullanılan iki farklı sayısal analiz yaklaşımını ifade eder. Explicit analiz, hızlı dinamik olaylara, çarpışmalara veya patlamalara hızlı yanıt verme yeteneği ile bilinirken, doğrusal olmayan davranışları modeller. Implicit analiz ise daha genel yapısal analizlerde kullanılır ve doğrusal davranışları temsil eder. İki yöntem, belirli uygulama alanları için özelleşmiştir ve seçimleri analiz edilen yapıya, yüklemelere ve hedef sonuçlara bağlıdır. Bu analiz yöntemleri, mühendislerin farklı senaryolarda karmaşık yapıları değerlendirmelerine yardımcı olur ve tasarım süreçlerini optimize eder.
Explicit ve Implicit Analizi Arasındaki Farklar Nelerdir?
Implicit ve Explicit analizleri zaman artışı yaklaşımında ayrışır. Implicit analizde her bir zaman artışının yakınsaması gerekir, ancak oldukça uzun zaman aralıkları (time step) ayarlayabilirsiniz. Aksine, Explicit analiz her zaman aralığında yakınsamsı gerekmez, ancak çözümün doğruluğu için zaman artışlarının çok küçük olması gerekir.
Implicit transient analizin zaman arakığı sınırı yoktur. Implicit zaman adımları genellikle explicit zaman adımlarından daha büyüktür.
Explicit Dinamik Analizleri
Yüksek enerjili dinamik olaylara örnek olarak otomobil kazaları, elektronik düşme testleri, türbin kanatlarına kuş çarpmaları, yapılara darbe veya patlama yükü uygulaması vb. verilebilir. Açık dinamik simülasyon, genellikle dinamik olaylardan kaynaklanan potansiyel hasarı tahmin etmek için kullanılır. Örneğin, bir dizüstü bilgisayarın 1 metre yükseklikten düşürüldüğünde çatlayıp çatlamayacağını veya saniyede 170 metre hızla hareket eden bir metal parçasının koruyucu gözlüklere zarar verip vermeyeceğini tahmin etmek için kullanılabilir.
Hangi Durumlarda Explicit Analiz Kullanılır?
Gerinim oranı, saniyede 10^-3 veya daha fazlasına eşit olduğunda explicit yöntem kullanılmalıdır. Bu olaylar otomotiv kazaları, balistik patlama, düşme gibi bazı örneklerle gösterilebilir. Bu gibi durumlarda gerilme ile gerilimin değişiminin yanı sıra, gerinim hızı da dikkate alınmalıdır.
Kontrol edilecek veya yinelenecek yakınsama kriteri yoktur. Çözücü doğrudan yerel sonlu eleman değişkenlerinin hesaplanmasına odaklanır.
Çözücü, verilen artış için tüm yerel sonlu eleman değişkenlerini hesaplar ve bir sonrakine geçer.
Avantaj: Her zaman artışı son derece hızlı hesaplanır.
Dezavantaj: Zaman adımı çok çok küçük olması gerekir. Aksi takdirde bu dengeyi sürdürmek imkansızdır.
Implicit Dinamik Analizleri
Implicit metot hem statik hem de dinamik çözümlerin çözümü için uygundur. Implicit solver kullanıldığında her bir zaman adımındaki global dengeyi yakalayıp yakalamadığı kontrol edilir. Analiz koşulsuz olarak kararlıdır. Her bir zaman artışında yakınsama sağlanıp sağlanmadığı kontrol edilir. Yakınsama her bir zaman adımında sağlandığı için büyük zaman adımlarında hesaplama gerçekleştirilebilir. Eğer modelde nonlineerlik fazla ise yakınsamanın sağlanması çok zor olabilir. Implicit metot genellikle sınır koşullarının yapı üzerindeki etkilerinin yavaş gerçekleştiği analizlerde kullanılır.
Hangi Durumlarda Implicit Kullanılır?
Implicit yöntemi, sınır koşulları yapıyı yavaşça etkilediğinde ve gerinim hızlarının etkileri minimum olduğunda kullanılmalıdır.
Gerinimin bir fonksiyonu olarak gerilim artışı oluşturulduğunda, geometri implicit yöntem kullanılarak analiz edilebilir.
Modeldeki global denge (global equilibrium) zaman artışı her zaman sağlanır. Bu, her artışın yakınsaması gerektiği anlamına gelir.
Global denge yakınsandıktan sonra, çözücü her artış için tüm yerel sonlu eleman değişkenlerini (gerilmeler, gerinim, vb.) hesaplar.
Avantaj: Global denge her bir zaman artışında doğrulandığından, bu zaman artışları büyük olabilir.
Dezavantaj: Her zaman artışı yavaş hesaplanır ve global dengeye ulaşmak için yinelemelere ihtiyaç vardır.
Statik, Yarı-Statik ve Dinamik Problemler
Implicit veya Explicit çözücü kullanma arasındaki karar, problemin türüne göre belirlenir.
| Statik | Yarı-Statik | Düşük Hızda Dinamik | Yüksek Hızda Dinamik |
| V < 10 m/s | V > 10 m/s | ||
| Yük zamana bağlı değildir | Yük, zaman içinde nispeten sabittir | Yük zamanla değişir | Yük zamanla değişir |
| Atalet ekileri sıfırdır | Atalet etkileri göz ardı edilebilir | Atalet etkileri göz ardı edilemez | Atalet etkileri göz ardı edilemez |
| Uyarma frekansı =0 | Uyarma frekansı < minimum doğal frekansın 1/3’ü | Uyarma frekansı > minimum doğal frekansın 1/3’ü | Uyarma frekansı > minimum doğal frekansın 1/3’ü |
Statik, Yarı-Statik ve Dinamik Problemler
Implicit veya Explicit çözücü kullanma arasındaki karar, problemin türüne göre belirlenir.
| Statik | Yarı-Statik | Düşük Hızda Dinamik | Yüksek Hızda Dinamik |
| V < 10 m/s | V > 10 m/s | ||
| Yük zamana bağlı değildir | Yük, zaman içinde nispeten sabittir | Yük zamanla değişir | Yük zamanla değişir |
| Atalet ekileri sıfırdır | Atalet etkileri göz ardı edilebilir | Atalet etkileri göz ardı edilemez | Atalet etkileri göz ardı edilemez |
| Uyarma frekansı =0 | Uyarma frekansı < minimum doğal frekansın 1/3’ü | Uyarma frekansı > minimum doğal frekansın 1/3’ü | Uyarma frekansı > minimum doğal frekansın 1/3’ü |
Statik ve Yarı-Statik Problemler
Statik problemler için mantıksal ilk seçenek implicit yöntemdir. Doğrusal olmayan malzeme, doğrusal olmayan burkulma veya çözümü zor temaslar ile ilgili problemlerde explicit yöntem seçilmelidir.
Dinamik Problemler
Düşük hızlı dinamikler veya dönen montajlar için mantıksal ilk seçim implicit yöntemdir. Doğrudan (direct) dinamik çözüm ve modal dinamik çözümler mevcuttur. İlgili mod sayısı azsa, çözüm süresini doğrudan dinamikle karşılaştırıldığında azaltmak için modal dinamik kullanılabilir. Explicit, çarpışma, düşme, çarpma ve patlama gibi yüksek hızlı / kısa süreli dinamik problemler için mantıksal ilk tercihtir.
| Implicit | Explicit | |
| Çözüm zamanı | Serbestlik derecesine ( nDOFs)2 bağlıdır | Serbestlik derecesine ( nDOFs) bağlıdır |
| Eleman boyutu | Çözüm süresini doğrudan etkilemez | Küçük elemanlar zaman adımını azaltır ve çözüm süresini uzatır |
| Doğrusal Olmayan Çözüm Yöntemi | İterasyon | Basit |
| Yakınsama | Her zaman adımı için gereklidir | Gerekli değildir |
| Stabilite | Garantili | Zaman adımına dayalı koşullu |
| Doğrusal olmama (geometrik, malzeme veya temas) | İterasyon gerektirir | Basit |
| Atalet etkileri | Hayır | Evet. Yükleri daha uzun sürede artırarak en aza indirilebilir. |
| Eleman hatası (failure) | Hayır – elemanlar yüksek gerinimlerde deforme olur ve yakınsama sorunlarına yol açar | Evet – hatalı elemanlar silinirse eleman bozulması olmaz |
| Temas | İterasyon gerektirir | Daha kararlıdır |
| Doğrusal olmayan burkulma | Çözücü için sertlik değişiminde zordur | Zorluk bulunmamaktadır |
Sonuç inceleme | Daha zordur çünkü atalet etkilerini ortadan kaldırmak için zaman geçmişleri filtrelenmelidir | |
| Modal analiz | Basit | |
Harmonik analiz | Zor |
Yarı-Statik Problemleri Çözmek İçin Implicit ve Explicit Yöntemin Avantajları Nelerdir?
Implicit analiz avantajları
- Minimum eleman boyutu, çözüm süresini doğrudan etkilemez. Explicit analizde, küçük bir eleman daha küçük bir zaman adımına ve daha uzun bir çözüm süresine neden olur.
- Yakınsamayı engelleyen veya sık zaman / yük adımının azaltılmasını gerektiren doğrusal olmayan durumların yokluğunda çözüm genellikle daha hızlıdır.
- Çözümün kararlılığı garantilidir. Explicit analizde stabilite koşulludur.
- İterasyon (Yineleme) gereklidir, ancak zaman adımları nispeten büyük olabilir.
- Çözümde atalet etkileri yoktur
- Eleman hatası (failure) simüle edilemez. Büyük bozulmalar yakınsama sorunlarına neden olabilir
- Analiz sonuçlarının işlenmesi basittir. Explicit analizde, dinamik etkileri ortadan kaldırmak için zaman geçmişleri filtrelenmelidir
Explicit analiz avantajları
- Genel sertlik matrisinin oluşturulması gerekmez. (Implicit çözüm süresi (N DOF’lar)2‘ye ve bir [N X N] genel sertlik matrisinin çoklu tersine bağlıdır.)
- Yakınsama gerekli değildir. Doğrusal olmayan sorunlar kolaylıkla çözülür.
- Yakınsama gereksizdir. Implicit analizde, her adım için yakınsama gereklidir.
- İterasyon gereksizdir, ancak zaman adımları nispeten küçüktür.
- Stabil zaman adımını artırmak için kütle ölçeklendirme kullanılabilir, ancak atalet etkileri artacaktır.
- Bir analiz sırasında elemanlar silinerek eleman hatası simüle edilebilir. Eleman boyutunu azaltabileceği, zaman adımını azaltabileceği ve çözüm süresini artırabileceği durumlarda eleman distorsiyonu önlenir.
Vaka Süresi
Genel olarak, vakanın süresi darbe gibi 0.1 saniyeden az ise, explicit bir analiz yapılmalıdır. Daha uzun süreye sahip vakalar genellikle implicit bir analiz kullanılarak gerçekleştirilir.
Bununla birlikte, bazen çözümü etkileyen atalet olmadan daha uzun bir vaka daha kısa sürede simüle edilebilir. Ataletin etkileri, küçük kalması gereken bir kinetik enerjinin zaman geçmişi ile izlenebilir.
Örneğin, bir plastik şişenin üstten yüklenme testinde, yük birkaç saniye boyunca uygulanır. Test sırasında, şişenin işlevsiz kalmasından önce yerel burkulma meydana gelebilir. Implicit bir analiz tipik olarak ilk yerel burkulmada yakınsamaz ve sonuç elde edilemez. Öte yandan, yük 0,1 saniyede uygulanırsa, explicit bir çözücü yerel burkulma ve burkulma sonrası davranışı kolayca tahmin edecektir. Atalet kuvvetleri ihmal edilebilir düzeydedir.
Bir modelde üç ana doğrusal olmama durumu şunlardır ;
– Plastiklik gibi doğrusal olmayan malzeme özellikleri
– Burkulma veya büyük yer değiştirmeler / gerilmeler gibi geometrik doğrusal olmama
– Temas gibi sınır koşulları
Implicit analizler, doğrusal olmayan durumları çözmek için iteratif (yinelemeli) teknikleri kullanır. Belirli sayıda denemede denge sağlanamazsa, zaman / yükleme adımı genellikle azaltılır ve süreç devam eder.
Sorun yüksek doğrusal olmama durumu içeriyorsa son derece doğrusal değilse, çözülebilir veya yakınsamada başarısız olabilir. Bazı durumlarda yakınsamaya yardımcı olabilecek sayısal teknikler vardır, ancak explicit bir çözümü denemek daha kolay olabilir. Implicit bir çözümde hata ayıklamak çok zaman alıcı ve sinir bozucu olabilir.
Explicit analizler, doğrusal olmayan durumların üstesinden kolaylıkla gelebilir.
