امروزه با توسعه روز افزون قابلیت های نرم افزار های محاسبات مهندسی، این نرم افزار ها تقریبا در تمامی کمپانی ها و شرکت هایی که محصولات صنعتی تولید می نمایند، چه پیش از ساخت محصول و چه در فرآیند توسعه آن، به منظور شبیه سازی عملکرد محصول مورد استفاده قرار می گیرند. این شبیه سازی ها در واحد هایی به نام محاسبات مهندسی و یا مهندسی به کمک کامپیوتر (Computer Aided Engineering یا به اختصار CAE) انجام می شود. شبیه سازی محصول با کاهش تعداد آزمایشات و تست هایی که بر روی نمونه ها انجام می شود، سبب کاهش هزینه تولید و توسعه محصول نهایی می شود. تقریبا تمامی دستگاه ها، ادوات، ماشین ها و وسایل اطراف ما دارای برهم کنش های مکانیکی با محیط اطراف خود و حتی بین اجزای درونی خودشان هستند. شبیه سازی پدیده ها و برهم کنش های مکانیکی نظیر انتقال حرارت و چگونگی توزیع دما، میزان تحمل در برابر بار های ضربه ای، سایش، خستگی و پاسخ سازه به تحریک های متناوب که در این محصولات روی می دهد، سبب پیش بینی عملکرد آنها در شرایط مختلف می شود. دراین خصوص شرکت Simulia نرم افزاری با نام Abaqus FEA را ارایه می دهد که می تواند در محیط های صنعتی و آکادمیک، افرادی را که می خواهند به کمک تکنیک المان محدود پدیده های متنوع مکانیکی را شبیه سازی کنند، یاری نماید. نرم افزار Abaqus FEA (که در گذشته ABAQUS نام داشت)، یک نرم افزار تجاری برای تحلیل المان محدود و مهندسی به کمک کامپیوتر (Computer Aeided Engineering) است که در ابتدا در سال ۱۹۷۸ به منظور حل یک مساله المان محدود، به زبان فورترن در ۱۵۰۰۰ خط نوشته شد. در سال ۲۰۰۵ آباکوس توسط شرکت Dassault Systemes خریداری گردید و نشان SIMULIA با هدف دارا بودن تمام نرم افزار ها و محصولات شبیه سازی این شرکت مانند آباکوس و کتیا (CATIA) تاسیس شد. اسم و لگوی نرم افزار اباکوس بر اساس چرتکه (abacus) است که در گذشته برای محاسبه مورد استفاده قرار می گرفته است.
نرم افزار آباکوس (ABAQUS) مجموعه ای بسیار توانمند از برنامه های مدل سازی، تحلیل و شبیه سازی است. بر پایه روش اجزاء محدود (FEM) شکل گرفته است. همچنین توانایی حل طیف گسترده ای از مسائل علمی و صنعتی شامل مسائل ساده و دارای تحلیل خطی تا مباحث پیچیده مدل سازی غیرخطی را دارا میباشد. محیط کاربرپسند و جذاب در کنار کتابخانه قوی پیش بینی رفتار مواد مهندسی (از قبیل فلزات، لاستیک ها، مواد پلیمری، کامپوزیت ها، مصالح عمرانی مثل بتن های تقویت شده، فوم های فنری، سنگ و خاک) از آباکوس نرم افزاری کارآمد و مورد توجه محققین ساخته است. آباکوس در مهندسی پزشکی، مهندسی مکانیک، برق، عمران، هوافضا و… کاربرد دارد. اولین نسخه از نرم افزار در سال 1978 میلادی توسط شرکت HKS بصورت رسمی به بازار عرضه شد. هر سال با بهبودهای فراوان و دقت نظر کارشناسان مورد بازبینی قرار گرفته و ارائه نسخه های متعدد آن به شکل منظم با استقبال محققین و صنعتگران روبرو شد. در اواخر سال ۲۰۰۲ اسم شرکت از HKS به ABAQUS تغییر یافت و در نهایت در اکتبر ۲۰۰۵ شرکت ABAQUS با ۵۲۵ نفر کارمند توسط شرکت فرانسوی داسو سیستم به قیمت ۴۱۳ میلیون دلار خریداری شد. از آن پس این نرم افزار با اضافه شدن یکسری ابزار دیگر با نام تجاری سیمولیا شناخته می شود. امروزه آباکوس توسط شرکت فرانسوی داسو سیستم (Dassault Systèmes) تولید و عرضه می شود. نام و لوگوی نرم افزار آباکوس از کلمه “چرتکه (Abacus)” الهام گرفته شده که خود یادآور انجام محاسبات ریاضی است.
ویژگی ها و کاربرد نرم افزار آباکوس
- محیط کاربری بسیار زیبا و کاربرپسند
- محیط مدل سازی دوبعدی و سه بعدی بسیار پیشرفته و در عین حال قابل درک
- ارتباط جامع با نرم افزارهای طراحی تراز اول دنیا مثل کتیا (CATiA) و سالیدورکس (SOLIDWORKS)
- کدهای حلگر قدرتمند و دقیق غیرخطی
- قابلیت توسعه به کمک اسکریپت های پایتون (Python)، فایل متنی ورودی (.inp)
- قابلیت ایجاد GUI
- امکان کاربری زیربرنامه های زبان فرترن (FORTRAN)
- قابلیت تحلیل به روش پردازش موازی
- مقبولیت بسیار بالا در جوامع دانشگاهی
۵ هسته نرم افزار آباکوس
نرم افزار آباکوس به شکل گسترده در صنایع اتومبیل سازی، هوافضا و ساخت تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. این محصول، با سایر نرم افزارهای علمی و طراحی سازگار بوده و از زبان متن باز پایتون (Python) برای برنامه نویسی بهره می برد. به همین دلیل توانایی گسترده ای در ایجاد تغییرات در مدل ماده و بارگذاری دلخواه را به کاربر می دهد. همچنین این نرم افزار مجموعه بسیار مناسبی از قابلیت های فیزیکی در دنیای واقعی نظیر پیزوالکتریک، محیط های آکوستیک، محیط های متخلخل را فراهم آورده است. جالب است بدانید که نرم افزار ABAQUS در ابتدا با هدف بررسی رفتار فیزیکی غیرخطی مواد ارائه گردید و نتیجه آن قابلیت بالای نرم افزار کنونی در تحلیل بازه گسترده از مواد با رفتار غیرخطی (مانند الاستومرها یا شبه لاستیک ها) است. آباکوس دارای ۵ هسته نرم افزاری اصلی است که در ادامه به طور مختصر توضیح داده شده اند.
Abaqus/CAE
یا همان Complete Abaqus Enviroment (که برخی اشتباها آن را Computer Aided Engineering تصور می کنند) که از آن برای مدل سازی اجزای مکانیکی و مجموعه های مونتاژی (assembly) و نشان دادن نتایج تحلیل المان محدود استفاده می شود. این نرم افزار از ۱۱ ماژول (module) مختلف تشکیل شده است که در هر یک بخشی از فرآیند شبیه سازی انجام می شود. این ماژول ها همانند یک سری محیط های به هم پیوسته هستند که می توان به راحتی از یکی به دیگری رفت. در حقیقت با داشتن این ماژول ها در کنار هم، abaqus/CAE دارای ظرفیت پیش پردازش، پس پردازش و مشاهده فرایند حلی که توسط حلگر انجام می شود، می باشد هر چند که بخشی از مرحله اول که مربوط به ایجاد هندسه در نرم افزار است، می تواند توسط نرم افزار های CAD متداول نیز انجام شود. در این صورت می بایست در ابتدا مدل CAD با پسوند مناسب save شده، سپس به داخل محیط CAE در ماژول part درون ریزی شود. در کنار این محصول، Abaqus/Standard، Abaqus/Explicit، Abaqus/CFD و Abaqus/Electromagnetic به منظور انجام مرحله پردازش یا حل المان محدود توسعه داده شده اند.
Abaqus/Standard
یکی از حلگر های چند منظوره آباکوس است که از روش های سنتی انتگرال گیری غیر صریح به منظور حل مسایلی نظیر مسایل استاتیکی، شبه استاتیکی، کمانش و پس کمانش، تحلیل های مودال (mode based analysis)، انتقال حرارت و مسایل دینامیکی استفاده می کند. این حلگر قابلیت انجام هر دو نوع تحلیل های خطی و غیرخطی را دارد.
Abaqus/Explicit
از دیگر حلگر های چند منظوره اباکوس با هدفی خاص است که از روش های انتگرال گیری صریح برای حل مسایل با درجه غیر خطی بالا که می توانند در خود دارای اندرکنش های تماسی پیچیده و بارهای گذرا باشند، استفاده می کند. در این خصوص می توان به شبیه سازی تست شوک، تصادف و فرآیند های ساخت مثل ماشین کاری، برخی از مسایل کوپل سازه و سیال نظیر sloshing اشاره نمود. انتخاب حلگر مناسب میان Abaqus/Standard و Abaqus/Explicit نیازمند آگاهی از روش حل مساله در این دو حلگر است. استفاده از انتگرال گیری صریح در تحلیل المان محدود، این حلگر را قادر می سازد تا بتواند مسایل شبه استاتیکی که به دلایلی مثل پیچیده بودن اندرکنش های تماسی، Abaqus/Standard را از حل آنها عاجز می سازد، با دقت قابل قبولی حل نماید. همچنین این حلگر می تواند مسایل شامل آسیب مانند مساله برخورد گلوله به زره را به راحتی حل کند.
Abaqus/CFD
یک حلگر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که قابلیت انجام تحلیل های دینامیک سیالات محاسباتی پیشرفته را فراهم می کند. این نرم افزار به منظور انجام عملیات پیش و پس پردازش، از قابلیت های محیط CAE بهره می برد. با اضافه شدن این حلگر به مجموعه حلگر ها، اباکوس قادر است مسایل پیچیده کوپل سازه و سیالی (FSI) را تحلیل نماید. در اینگونه مسایل استفاده از تکنیک المان محدود برای حل میدان سیال دارای دقت کافی نبوده و استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی اجتناب ناپذیر است.
Abaqus/Electromagnetic
یک حلگر الکترومغناطیس محاسباتی است که می تواند مسایل پیشرفته الکترومغناطیس محاسباتی را حل نماید. از این جمله می توان به محاسبه عددی میدان مغناطیسی در هسته سیم پیچ ها اشاره نمود.
رویه کلی حل در ABAQUS (ماژول های آباکوس)
آباکوس به عنوان یکی از پیشگامان تراز اول دنیای شبیه سازی و تحلیل عددی، هر سه مرحله پیش پردازش، تحلیل و پس پردازش (مشاهده نتایج) را در یک محیط گرافیکی قرار داده است. نرم افزار Abaqus قادر است تا با در اختیار داشتن ماژول های مختلف، مجموعه وظایف سه گانه فوق را در بالاترین سطح انجام دهد. کاربران بایستی 10 گام را تا مشاهده نتایج حل در ABAQUS طی کنند.
- Sketch — ایجاد ترسیم هندسه دوبعدی
- Part — ایجاد مدل هندسی سه بعدی با استفاده از ترسیمه مرحله قبل
- Property — اختصاص خواص ماده و سطح مقطع در
- Assembly — مونتاژ مدل
- Step — تنظیمات رویه آنالیز و تعیین پارامترهای خروجی
- Interaction — تعریف تماس بین قطعات (در صورت وجود)
- Load — اعمال بار و شرایط مرزی به قطعات
- Mesh — مش بندی
- Job — ایجاد یک دستور حل مسئله و ارسال آن برای تحلیل
- Visualization — مشاهده نتایج آنالیز
جمع بندی
همان طور که در بالا عنوان شد، نرم افزار اباکوس مجموعه ای یکپارچه از چند حلگر المان محدود است که با استفاده از آن می توان مسایل متداول و مسایل پیچیده مهندسی که کاربرد صنعتی و تحقیقاتی دارند را حل نمود. در صنعت خودروسازی، گروه های مهندسی می توانند تمام بار های وارد بر اتومبیل، ارتعاشات دینامیکی، سیستم های چند جزیی (multibody systems)، برخورد و تصادف، مسایل استاتیکی غیر خطی، مسایل ترمو مکانیکی (بررسی اثرات تغییرات دما بر رفتار سازه) و مسایل کوپل آکوستیک و سازه را با استفاده از یک مدل اولیه مشترک و حلگر های یکپارچه سازی شده تحلیل نمایند. Dassault Systemes همچنین محصول دیگری به نام Abaqus for CATIA را توسعه داده است که به منظور افزودن مراحل پردازش و پس پردازش پیشرفته به CATIA می باشد.
آموزش ترسیم پرسپکتیو ایزومتریک در اتوکد
