SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) metodu nedir ?

 

   SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) metodu, sonlu elemanlar analizinde kullanılan diskritizasyon metodlarından (Lagrange metodu, Euler metodu, ALE metodu, CEL metodu, DEM metodu, EFG metodu vb.) birisidir.

    SPH metodu, 1977 yılında astrofizik problemleri çözmek için geliştirilmiş, daha sonra 1994 yılında katı ve akışkanlar mekaniğinde kullanılmak üzere uyarlanmıştır.

Simulating a planetary collision using a new method called smoothed-particle hydrodynamics (SPH).

    SPH metodu, grid-based (Lagrangain, Eulerian gibi) değil meshless bir metotdur. Yani ortada düğüm noktalarıyla birbirine bağlanmış elemanlar yoktur. Model elemanlara değil de partiküllere bölünür. Bu partikülleri, birbirine bağlı olmayan ama bir arada olup modeli temsil eden node bulutu olarak düşünebiliriz. 

*SPH metodu, bir meshsiz Lagrange metodudur.

    SPH metodu; modelin fiziksel davranışını, partüküllerin konumuyla orantılı olarak değişen bir ağırlık fonksiyonu (Kernel fonksiyonu) kullanarak interpole eder. Her bir partikülün fiziksel özellikleri (yoğunluk, basınç, hız vb.), her zaman adımında güncellenmekte ve bu fiziksel özelliklerinin zamana göre değişimi de anlık olarak takip edilebilmektedir.

 SPH metodunda, ortada eleman olmadğı için yüksek deformasyon altında çarpılma durumu da söz konusu olmaz. Zaten SPH metodunu çekici kılan da budur. Bundan dolayı SPH metodu akışkanları temsil etmek için oldukça fazla kullanılır. Bunun yanında yüksek deformasyonun görüldüğü ;

•     Metal şekillendirme, talaş kaldırma analizlerinde
•     Çarpışma analizlerinde
•     Patlama analizlerinde
•     Çalkalanma analizlerinde
•         FSI (sıvı-katı etkileşimi) analizlerde kullanılır.

    CEL metodu ve SPH metodu çoğu senaryo için aynı işi görebilir ama CEL metodunu Malzeme/Boşluk oranı düşük durumlarda kullanmak aşırı çözüm sürelerine sebebiyet verebilir. Bu durumlarda SPH metodunun kullanılması önerilir.

    SPH metodunun bir diğer avantajı ise çözüm süresini oldukça kısaltmasıdır. Aynı model için CEL ve ALE metodları daha ince mesh yapısına ihtiyaç duyduğu için analiz süresi uzarken, böyle bir derdi olmayan SPH, çoğu zaman CEL ve ALE metodlarına göre daha kısa sürede aynı problemi çözer. 

        SPH metodunun dezavatajları ise;

• CEL ve ALE metodlarına göre doğruluğu daha azdır. 

• Tensile instability (partiküllere ayrılmış modelin gerilme altında partiküllerinin kırık benzeri davranış göstermesi ve olmaması gereken şekilde boşluk içermesidir)

    

Aşağıdaki linkte SPH metodunu daha iyi anlayabileceğiniz güzel bir uygulama bulabilirsiniz.

https://www.khanacademy.org/computing/pixar/effects/particle/pi/smoothed-particle-hydrodynamics

*https://abaqus-docs.mit.edu/2017/English/SIMACAEANLRefMap/simaanl-c-sphanalysis.htm#:~:text=SPH%20tensile%20instability%20control,-The%20classical%20SPH&text=To%20relieve%20the%20SPH%20tensile,to%20mitigate%20the%20tensile%20instability.

*https://abaqus-docs.mit.edu/2017/English/SIMACAEANLRefMap/simaanl-c-sphconversion.htm

*http://www.acin.net/2015/06/13/sph-introduction-to-a-meshless-method/

*https://www.researchgate.net/publication/281109083_A_Comparison_Study_between_ALE_and_SPH_for_Yacht_Structure_Design_under_Slamming_Impact_Loads

*https://www.researchgate.net/publication/336027564_Duzenli_Dalgalar_Ureten_Bir_Sayisal_Dalga_Tankinin_SPH_Yontemi_ile_Modellenmesi

*Öğrendiklerimi unutmamak ve bildiğim kadarını paylaşmak adına bu bloğu oluşturdum, yanlışım varsa yorumlarda belirtirseniz sevinirim.

*BİLGİ PAYLAŞTIKÇA ÇOĞALIR.