نرم‌افزار آباکوس چیست

نرم‌افزار آباکوس یکی از محبوب‌ترین نرم افزارهای حوزه تحلیل مکانیک است که طرفدارن و علاقمندان به این حوزه در صنعت و دانشگاه از این نرم‌افزار کاربردی استفاده می‌کنند، در ابتدای این مقاله به جایگاه آباکوس در بین نرم افزارهای مهندسی مکانیک آشنا خواهیم شد.

جایگاه نرم‌افزار آباکوس

نرم افزارهای مهندسی مکانیک را می‌توان به سه حوزه طراحی و نقشه کشی، تحلیل و ساخت تقسیم نمود.

• طراحی و نقشه کشی CAD: نرم افزارهای سالیدورک، کتیا، اینوتنور، اتوکد و… در این حوزه می‌باشند.
• تحلیل CAE: نرم افزارهای آباکوس، انسیس، آدامز، متلب، فلوئنت و… نیز جزو این دسته از نرم افزارهای مهندسی مکانیک می‌باشند.
• ساخت: پاورمیل، مسترکم،  edgecam, surfcam و… نیز جزو این دسته‌ی نرم افزارها هستند.

در این مقاله قصد داریم با نرم‌افزار آباکوس آشنا شویم.

مقدمه ای بر اجزای محدود

هر چند این روش برای اولین بار جهت تحلیل تنش در سازه هواپیما به کار گرفته شد ولی کاربرد آن در بسیاری از مسائل مکانیک جامدات، مکانیک سیالات و علوم مختلف به سرعت رو به گسترش نهاد در زمینه مهندسی مکانیک نیز این روش تحلیل سازه‌های بسیار پیچیده و طرح بهینه آنها را به طور موثر و اقتصادی ممکن می‌سازد

این روش در

• حل معادلات دیفرانسیل جزئی روی دامنه های پیچیده مانند وسایل نقلیه و لوله‌های انتقال نفت بسیار مفید است
• هنگامی که دامنه متغیر است
• هنگامی که دقت بالا در همه جای دامنه الزامی نیست اگر نتایج همبستگی و یکنواختی کافی را ندارند بسیار مفید است

به عنوان مثال:  در شبیه سازی یک تصادف در قسمت جلوی خودرو نیازی به دقت بالای نتایج در عقب خودرو نیست

وظیفه المان محدود تقسیم  یک قطعه به چندین المان کوچکتر است که ویژگی های زیر را دارد:

نقاط اشتراک المانها گره ها هستند

• به مجموعه یک المان با گره هایش یک مش گفته می‌شود
• المان‌ها می‌توانند یک دو و یا سه بعدی باشند
• یک المان دو بعدی به شکل‌های مثلث مربع و یا شکل دلخواه دیگری است
• یک المان سه بعدی شکل‌های چهار وجهی هرم منشور و یا مکعب را دارد

پس از مشخص شدن مقادیر گرهی المان‌ها با توجه به ابعاد و مقادیر اولیه و خواص هندسی ماده تعریف شده سایر کمیت‌های مدل مثل کرنش تنش نیرو ها و لنگر ها قابل محاسبه است.

مهم ترین نرم افزارهای اجزا محدود می‌توان به آباکوس، انسیس، نسترن، کامسول، مکسول، پلکسیس و دایانا اشاره کرد.

اساس کار نرم‌افزار آباکوس چیست؟

هر مسئله مهندسی مکانیک شامل انتقال حرارت، دینامیک، شکل دهی ، ارتعاشات و.. شامل معادلات دیفرانسیل می‌باشد اساس کار نرم‌افزار آباکوس پیش بینی رفتار سیستم بوسیله معادلات دیفرانسیل و رسیدن به جواب مسئله از طریق معادلات دیفرانسیل حاکم است.

اما نرم‌افزار آباکوس چگونه ای معادلات را حل می‌کند؟

با استفاده از روش حل عددی اجزاو محدود یا Finite Element که یافتن حل مسئله از طریق جایگزینی با یک مسئله ساده‌تر است به عبارتی تقسیم ناحیه حل به تعدادی محدود جزء کوچکتر یا به عبارت دیگر تبدیل کردن جسم به تعداد مشخصی المان (مش زدن)

مراحل حل در روش اجزاء محدود:

• ساده‌سازی مسئله
• گسسته سازی و تغییر به اجزای کوچکتر
• در نظر رگفتن شرایط مرزی و بارگذاری
• حل مسئله

نکته: در مدل المان محدود دیگر حجم‌ها، سطح‌ها و لبه‌ها هندسه را نمایندگی نمی‌کنند بلکه گره‌ها و المان‌ها هندسه را نمایندگی می‌کنند. ( حلگر المان محدود فقط گره و المان و هر چیزی که روی این دو تعریف بشود را می‌شناسد.)

حوزه کاربرد نرم‌افزار آباکوس

این قسمت قصد داریم شما را با چند قابلیت نرم‌افزار آباکوس آشنا کنیم

• حل مسائل خطی و غیرخطی
• مدل کردن انواع المان ها
• دارا بودن مدل های رفتاری بسیار زیاد
• ابزار مدل سازی عمومی و گسترده
• مدل سازی انواع مواد با خواص و رفتار های گوناگون
• پشتیبانی از برنامه نویسی منبع باز پایتون برای برنامه نویسی در داخل نرم‌افزار

• وجود امکان اسکریپت نویسی در داخل نرم‌افزار
• امکان تغییر و اضافه کردن به امکانات و کتابخانه های نرم‌افزار
• قابلیتی تحت عنوان سابروتین نویسی که ابزاری بسیار قدرتمند برای کاربران حرفه‌ای نرم‌افزار است

نرم‌افزار آباکوس حوزه‌های مختلف تحلیل را پوشش می‌دهد از مهمترین این حوزه‌ها در

• استاتیک و شبه استاتیک
• ارتعاشات
• شکل دهی فلزات
• انفجار و آکوستیک
• انتقال حرارت
• برخورد و ضربه
• تحلیل مکانیزم
• و…

روند حل مسئله در نرم‌افزار آباکوس

روند حل مسائل درنرم‌افزار آباکوس  را می‌توان به بخش تقسیم کرد.

• پیش پردازش: تفکیک مسئله به المان‌های محدود
• پردازش: حل مجموعه دیفرانسیل سیستم
• پس پردازش: استخراج خروجی‌های مورد نظر از تحلیل

حل مسئله در نرم‌افزار آباکوس با استفاده از این سه مرحله است، این سه مرحله در آباکوس با استفاده از ماژول‌هایی که در نرم‌افزار است انجام می‌شود.

ماژول چیست؟ محیط‌های مختلف برای هدف‌های مختلف است که روند حل مسئله را نشان می‌دهد. در آباکوس 11 ماژول وجود دارد که هرکدام وظیفه مشخص دارند.

پیش پردازش

در این مرحله بایستی مدل مسئله را ساخته و یک فایل ورودی برای نرم‌افزار ایجاد گردد.

پیش پردازش نرم‌افزار آباکوس شامل ماژول های زیر است:

ماژول پارت part: وظیفه آن ایجاد مدل هندسی از مسئله مورد نظر است

• ایجاد مدل دو و سه بعدی و تقارن محوری
• امکانات متنوع در برشکاری، سوراخکاری و گسترش هندسه
• ایجاد مجموعه نقاط، صفحات و دستگاه‌های مختصات دلخواه
• فراخوانی مدل از نرم افزارهای طراحی سه بعدی

ماژول ویژگی ماده property: وظیفه آن تعریف خواص مکانیک، سطح مقطع و… است

• تعریف خواص مکانیکی، حرارتی و مغناطیسی
• تعریف مقاطع دلخواه تیر و سازه‌های صنعتی
• تعریف انواع مدل سخت شوندگی و آسیب
• توانایی مدلسازی انواع کامپوزیت صنعتی
• مدلسازی انواع صفحات و میله‌های تقویتی

مازول مونتاژ Assembly: وظیفه این ماژول مونتاژ مختلف اجزا یک سازه است

• جایابی و مونتاژ اجزای مختلف یک سازه
• تکثیر یک یا مجموعه‌ای از قطعات در تعداد دلخواه
• استفاده از ابزارهای کپی، انتقال و دوران در مونتاژ قطعات

ماژول Step: وظیفه این ماژول حلگر مناسب با توجه به نوع مسئله است.

• انتخاب نوع حلگر فراخور مسئله هدف
• انجام تنظیمات مربوط به زمان و پروسه حل
• تعیین پارامترهای خروجی و کیفیت ثبت نتایج

ماژول Interaction: تعریف خاص برخورد چند نقطه ای و اتصال دهنده

• کاربرد در مسائل تماسی برخورد انتقال حرارت
• امکاناتی برای تعریف خاص برخورد و تماس
• قابلیت تعریف انواع اتصال دهنده
• قابلیت مدلسازی و در نظر گرفتن ترک در سازه

ماژول بارگذاری Load: وظیفه این ماژول تعریف شرایط اولیه بارگذاری حاکم بر مسئله و شرایط مرزی است

• اعمال بارهای مکانیکی و حرارتی و مغناطیسی
• تعریف شرایط اولیه و حاکم بر مسئله
• اعمال میدان های تعریف شده
• مدلسازی بارگذاری ترکیبی و پیچیده

ماژول مش Mesh: وظیفه این موجود شبکه بندی مسئله و تقسیم به اجزای محدود است

• تقسیم سازه به اجزا محدود
• قابلیت تعریف انواع مکانیزم های مش زنی
• توانایی ایجاد مش در سایزهای متنوع روی یک جسم
• تعیین خانواده المان با توجه به نوع مسئله

ماژول بهینه‌سازی Optimization: وظیفه این ماژول بهینه‌سازی فیزیکی است

• قابلیت تعریف تابع هدف منفرد یا چندگانه
• توانایی اعمال قیود گوناگون روی مسئله
• توانایی بهینه‌سازی هندسی و توپولوژی

پردازش

مرحله پردازش معمولاً به صورت یک پروسه در پس زمینه اجرا می شود. این مرحله نرم‌افزار مسئله را در یک مدل تعریف و حل می‌کند و خروجی‌های تحلیل در فایل‌های باینری ذخیره می‌شوند، این تحلیل بین چند ثانیه تا چند روز ممکن است طول بکشد که این مطلب به پیچیدگی مسئله و قدرت کامپیوتری که تحلیل را انجام می‌دهند بستگی دارد.

در این مرحله حل معادلات صورت می‌گیرد و کاربر دخالتی در این مرحله ندارد.

ماژول Job: هدف این ماژول حل مسئله است

• آخرین گام در حل مسئله به کمک آباکوس
• توانایی تنظیم میزان حافظه و پردازنده درگیر در حل
• امکان موازی سازی چند پردازنده و افزایش سرعت حل
• تعیین دقت در حل مسئله

پس پردازش

مرحله پس پردازش ارزیابی نتایج بعد از مرحله پردازش را انجام میدهد

ماژول Visualization: هدف این ماژول مشاهده نتایج استخراج خروجی های مورد انتظار از حل است

• مشاهده و بصری نتایج حاصل از تحلیل در قالب کنتور یا نمودار
• امکان ذخیره و استخراج داده جهت استفاده در سایر نرم افزارها

مزیت های استفاده از نرم‌افزار آباکوس

• در تحلیل های معمولی که سایر نرم افزارها نیز قادر به انجام آنها هستند دارای قابلیت های بیشتری است.
• المان های موجود در آباکوس بسیار متنوع‌تر، دقیق‌تر و تخصصی‌تر از سایر نرم افزارهای مشابه است.
• نرم‌افزار قادر به تحلیل سازه‌های پوسته‌ای، کم ضخامت و ضخیم با دقت بسیار بالا است.
• امکان ساخت چندین قطعه و کنار هم قرار دادن این قطعات و قابلیت اصطلاح مدل در مراحل مختلف مدل سازی
• راهنمایی کاربر برای رفع عیب نرم‌افزار با دادن پیغام خطا
• در نظر گرفتن قابلیت تماس بین قطعات در نرم‌افزار
• تحلیل مسائل دینامیکی به کمک روشexplicit که استفاده از آن بسیار پیچیده است
• استفاده از روش‌های زمان‌بندی تغییر برای رفع مشکل در تحلیل‌های پیچیده
• امکان استفاده از کد نویسی در نرم‌افزار
• وجود ماژول‌های خاص
• برای مدل‌های پیچیده مش مناسب ایجاد می‌کند.