Implicit ve Explicit Analizler Nelerdir?

Implicit ve Explicit 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.

Doğrusal olmayan (nonlineer) ve statik olmayan (dinamik) tüm analizler için artan yüke (yer değiştirme adımları olarak da bilinir) ihtiyaç duyulmaktadır. Daha basit bir terminolojiyle bu, bir matematik problemini çözmek için fizik/zaman ilişkisini parçalamamız zaman adımlarına ihtiyaç duyduğumuz anlamına gelir. Bunu yapmak için iki grup oluşturmaktayız: zamana bağlı veya zamandan bağımsız problemler. Bu sorunları çözmek için genellikle ‘implict’ ve/veya ‘explicit’ yöntemleri kullanırız.

Hızlanmanın etkileri belirgin olduğunda (ivmelenme etkisinin yüksek olduğu) ve ihmal edilemediğinde durumlarda ‘zamana bağlı’ analizler gerçekleştirmemiz gerekir. Örneğin, bir düşme testinde en yüksek kuvvet, nesne yavaşlayarak durma noktasına geldiği ilk birkaç milisaniye içinde meydana gelir. Bu durumda böyle bir yavaşlamanın etkisi hesaba katılmalıdır.

Bunun aksine, yükler bir yapıya veya yüzeye yavaşça uygulandığında (örneğin yük taşıyan platformun üzerine yükleme yapılması) yükleme ‘yarı statik’ veya ‘zamandan bağımsız’ olarak değerlendirilebilir. Bunun nedeni, yükleme süresinin, anlık hızlanma etkilerinin göz ardı edilebilecek kadar yavaş olmasıdır.

Implicit ve Explicit Arasındaki Fark?

Implicit ve Explicit analizleri zaman artışı yaklaşımında ayrışmaktadır. Implicit analizde her bir zaman adımının yakınsaması gerekmektedir, ancak bunun avantajı oldukça uzun zaman aralıkları (time step) ayarlayabilmemizdir. Aksine, Explicit analiz her zaman aralığında yakınsaması gerekmez, ancak çözümün doğruluğu için zaman artışlarının çok küçük olması gerekir. Çünkü Explicit analizlerde incelediğimiz analizler anlık etkilerin ve değişimlerin önemli olduğu analizlerdir.

Tüm bu analiz çözümlemeleri matematiksel kısmi diferansiyel denklemlerle ifade edilir. Bu matris denklemleri doğrusal veya doğrusal olmayan olabilir. Bu durumu da aslına modelimizdeki yüklemeye bağlı oluşan gerilmelerin büyüklüğüne göre değerlendirilir. Malzeme yükleme ile akma gerilimin altında gerilmede kalıyorsa elastik değişmeden yani deformasyonda doğrusallıktan bahsedebiliriz. Yükleme durumu ile artık malzememizde akmanın üzerinde gerilmeler oluşuyorsa yani plastik şekil değişimi olup kalıcı deformasyonlar meydana geliyorsa artık doğrusal olmayan yaklaşımları kullanmamız gerekmektedir. Çoğu yapısal problemde, doğrusal olmayan denklemler üç kategoride ele alınır:

• Malzeme Nonlinearity: Deformasyonların ve gerilmelerin malzeme kaynaklı büyük olduğu analizler. (Örneğin; polimer malzemeler)
• Geometrik Nonlinearity: Gerilmelerin düşük ama yer değiştirmelerin (deformasyonların) geometri kaynaklı büyük olduğu tasarımlar. (Örneğin; cidar kalınlığının ince olduğu tasarımlar)
• Sınır Şartları Kaynaklı Nonlinearity: Analizde tanımlanan sınır şartlarının doğrusal olmamasından kaynaklı.

Implict ve Explicit çözümleme yaklaşımlarını inceledikten sonra hangi durumlarda hangi yaklaşımın kullanılacağını tartışmamız gerekmektedir.

Implict Metot; sınır koşulları yapıyı yavaşça etkilediğinde ve gerinim hızlarının etkileri minimum olduğu analizlerde kullanılabilir. Statik analizler bu kavrama uygun olduğundan dolayı genellikle implict çözücüler kullanılmaktadır. Analizler koşulsuz olarak kararlıdır. Her bir zaman artışında yakınsama sağlanıp sağlanmadığı kontrol edilmektedir. Bundan dolayı da yüksek zaman artışları kullanılabilmektedir. Ama statik analiz noktasında bile nonlineerlik fazla ise zaman adımlarında yakınsamanın sağlanması zor olabilir.

Özetleyecek olursak implicit metot sınır koşullarının (dış yüklemelerin) sistemimiz üzerindeki etkilerinin yavaş gerçekleştiği, zaman adımlarıyla büyük değişimlerim olmadığı durumlarda kullanılabilir.

Explicit Metot; Explicit analizler Implict analizler farklı olarak koşullu kararlıdır. Analiz sonucunun yakınsayıp yakınsamadığı ile ilgilenilmez, her zaman artışında yakınsama kontrolünde bulunmaz. Çözücü, global dengeyi doğrulamak yerine, dengenin bizim tanımladığımız sınır şartları ile birlite var olduğunu varsayar. Her bir artış çok hızlı hesaplanır fakat zaman adımı çok küçük olduğu için çok fazla zaman adımı gerekebilir. Explicit analizler genellikle çok hızlı gerçekleşen, bir önceki andan şuan ki ana değişimin ani gerçekleştiği ve nonlinearliğin yüksek olduğu durumlarda kullanılır. Sıklıkla çarpışan 2 cismin (araba kazaları gibi), düşme testlerinde ve patlama analizlerinde kullanılır.

Özetleyecek olursak analizlerimizde Implicit ve Explicit seçimini yaparken dikkat etmemiz gereken en önemli husus sorunun fiziğini gözden kaçırmamaktır. Implicit ve Explicit sonlu elemanlar yöntemli analizlerde simülasyon sırasında gözlemlenen fiziği doğrudan etkiler ve dolayısıyla çözüm sürecinin doğruluğunu belirler.

Daha detaylı bilgi için bizimle iletişime geçebilirsiniz.