نرم افزار آباکوس چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

نرم افزار اباکوس با قابليت منحصر بفردش توانست به عنوان يک نرم‌افزار بسيار دقيق تحقيقاتی و كاربردی در صنعت شناخته شود.

این نرم‌افزار از جمله نرم‌افزارهای مربوط به تحلیل المان محدود می‌باشد و رقیب اصلی نرم‌افزارهای ANSYS و NASTRAN می‌باشد.

قابلیت‌های نرم افزار اباکوس داشتن رویه‌های حل explicit و implicit، دارا بودن مدل‌های رفتاری پیشرفته و متنوع برای مواد مختلف، امکان ایجاد سریع مدل و … می‌باشد.

همچنین قابلیت گسترده این بسته نرم‌افزاری در مدلسازی مواد گوناگون و توانایی سفارشی کردن آن به وسیله‌ی برنامه‌نویسی، کارایی و مقبولیت این نرم‌افزار را افزایش داه است.

در ابتدا نرم افزار اباکوس به منظور بررسی ر‌فتارهای فیزیکی غیرخطی طراحی شده، در نتیجه این بسته‌ی نرم‌افزاری در بر گیرنده بازه‌ی وسیعی از مدل‌های مواد می‌باشد.

از دیگر ویژگی‌های این بسته نرم‌افزاری می‌توان به منحصر به فردی در زمینه فناوری، کیفیت و قابلیت اطمینان، اشاره کرد.

از کاربردهای نرم افزار اباکوس می‌توان به طور کلی به انجام پروژه نرم‌افزاری، مدلسازی و تحلیل ارتعاشات، مدلسازی و تحلیل تیرهای بتنی، آنالیز و پوش اور سازه، مدلسازی و تحلیل قاب‌های خمشی، تحلیل سازه‌های بتنی و فولادی، تحلیل دینامیکی سازه‌ها و قطعات و… نام برد.

دقت فراوان نرم افزار اباکوس در حل عددی موجب شده از این نرم‌افزار بطور گسترده‌ای در صنعت خودروسازی، هوافضا و صنایع ساخت کالاهای صنعتی استفاده شود.

در سال ۱۹۷۲ شخصی به نام David Hibitt، رساله‌ی دکترای خود را تحت عنوان مکانیک محاسباتی بر پایه‌ی روش اجزای محدود در دانشگاه Brown ارائه کرد.

در سال ۱۹۷۷ دکتر Hibitt پس از آن که مدت‌ها در شرکت تحلیل و پژوهش MARK مشغول بکار بود، این شرکت را ترک و نرم افزار Abaqus را پایه‌گذاری کرد.

در سال ۱۹۷۸، Hibitt به همراه دو شریک خود Karlsson و Sorensen شرکتی را به نام HKS تأسیس کردند که اولین ویرایش اباکوس را منتشر کرد.

هدف اولیه‌ی HKS، تولید یک نرم افزار قوی با اهداف عمومی بود که بسیاری از زمینه‌های مهندسی نیازهای مشتریان را برآورده می‌ساخت.

HKS همواره در راستای افزودن قابلیت‌های Abaqus به دنبال آن بود تا مهندسان را قادر سازد مسائل مهم را برای شرکت خود با اطمینان کامل حل کنند.

پس از طی سال‌ها، شرکت HKS، نرم‌افزار اصلی اجزای محدود خود را تحت عنوان Abaqus/Standard تکمیل کرد.

در سال ۱۹۹۱،Abaqus/Explicit بر مبنای روش حل دینامیکی Explicit منتشر شد.

در سال ۱۹۹۹، Abaqus/CAE برای انجام عملیات پیش‌پردازش و پس‌پردازش تکمیل‌شده و به بازار عرضه شد.

• Abaqus/Standard

محصول اصلی شرکت Abaqus است که با استفاده از آن می‌توان گستره وسیعی از مسائل خطی و غیرخطی شامل مسائل استاتیکی، انتقال حرارت و الکترونیک را تحلیل کرد.

در صورتی که با روش حل اجزای محدود آشنا هستید، خوب است بدانید که این محصول دستگاه معادلات حاکم را در هر نمو به صورت ضمنی تحلیل می‌کند.

در این روش، کاربر می‌تواند میزان نمو در هر شاخص را تعیین کند یا از روش نیوتن – رافسون اصلاح شده استفاده نماید.

• Abaqus/Explicit

محصولی با اهداف ویژه است که برای مدلسازی مسائل دینامیکی گذرا مانند ضربه‌ی انفجار، آزمایش ضربه و مچالگی همچنین مسائل شبه استاتیکی یا مسائل غیرخطی که در آن شرایط تماس تغییر می‌کند (مانند شکل‌دهی) مناسب است.

این محصول، دستگاه معادلات حاکم را بر پایه‌ی قانون انتگرال‌گیری صریح به همراه استفاده از ماتریس جرم قطری المان تحلیل می‌کند.

در این روش تعیین اندازه‌ی نمو در مسائل غیرخطی توسط کاربر ممکن نبوده و نرم‌افزار بر اساس شرایط پایداری، میزان نمو در هر مرحله را به‌صورت اتوماتیک محاسبه می‌کند.

• Abaqus/CAE

به‌عنوان رابط گرافیکی کاربر در بسته‌ی نرم افزار اباکوس گنجانده شده است.

این محصول به کاربر این امکان را می‌دهد که یک مدل هندسی را سریعاً و به سادگی ایجاد کند یا از یک نرم‌افزار مدلسازی دیگر فراخوانی کند.

با استفاده از این نرم افزار می‌توان مدل هندسی قطعه را گسسته‌سازی و خواص مواد آن را تعیین و شرایط مرزی و بار اعمالی را مشخص کرد.

• Abaqus/CFD

Abaqus/CFD محصولی برای تحلیل دینامیکی سیالات می‌باشد و می‌تواند طیف وسیعی از مسائل سیالات تراکم‌ناپذیر شامل جریانات لایه‌ای و آشفته، جریانات همرفتی حرارتی و تغییر فرم مش‌بندی را انجام دهد.

• سازه‌های دریایی و مهندسی

روش المان محدود به عنوان یک ابزار محاسباتی به صورت گسترده در صنعت دریایی استفاده می‌شود.

انفجار، آتش سوزی زلزله و حوادث طبیعی و غیرطبیعی دیگر خطرات عمده‌ای در صنعت دریایی به شمار می‌روند.

بارهای شدید ناشی از این حوادث مهندسان را بر آن داشته است که در طراحی سازه‌ها به ایمنی و وزن آنها توجه خاصی شود.

به طور معمول در انتخاب اصول طراحی روش‌های طراحی شده برای ایجاد سازه‌های دریایی مقاوم در برابر آتش‌سوزی، انفجار و زلزله به صورت طراحی قطعی، احتمالی و مبتنی بر خطر است.

روش مورد استفاده در طراحی سازه‌های مقاوم استفاده از روش‌های ساده و غیرخطی تحلیل و مدل‌سازی المان محدود است.

مدل المان محدود شامل شرح درستی از تکنیک‌های مدل‌سازی از جمله مدل‌سازی سازه‌ها، مصالح و بارهای انفجار، آتش‌سوزی و زلزله است.

به منظور دستیابی به طراحی بهینه سازه‌ها و دیوارهای مقاوم در برابر آتش‌سوزی، انفجار و زلزله موارد زیر مورد مطالعه قرار می‌گیرد:

1. تشریح و مطالعه طراحی سازه‌ها در برابر آتش‌سوزی، انفجار، زلزله و بارگذاری‌ها
2. بررسی رفتار مصالح برای طراحی برای بارهای با نرخ بارگذاری بالا
3. تعیین رفتار دینامیکی دیوارها با استفاده از روش اجزا محدود غیرخطی

• نفت و گاز

برای به دست آوردن بهره‌وری بیشتر و بهره‌وری در صنعتی که در آن رقابت حرف اول را می‌زند، شرکت‌های نفت و گاز به دنبال راه‌هایی برای بهبود و بهینه کردن طرح‌ها و پروژه‌ها می‌باشند که از استخراج تا پردازش و تحویل هیدروکربن‌ها را در بر می‌گیرد، لذا بهبود طراحی پلتفرم‌های دریایی جهت افزایش مقاومت سازه‌ها در برابر شرایط سخت محیط زیست و پرداختن به چالش‌های تولید در شرایط جغرافیایی مختلف امری ضروریست.

برای رسیدن به این هدف مهندسین با تکیه بر شبیه‌سازی شرایط و سازه‌های مختلف و بررسی شرایط اندرکنش‌های مختلف بر آنند تا تاثیر دینامیک سیالات و رفتار حرارتی مختلف را در پروسه اکتشاف، تولید و پردازش مورد ارزیابی قرار دهند.

• مهندسی دریا

با توجه به پیشرفت روز افزون ارتباطات لزوم استفاده از تکنولوژی‌های برتر در زمینه صنعت دریایی، مهندسی کشتی سازی، حمل و نقل و انتقال انرژی بسیار مهم می‌باشد.

استفاده از فناوری شبیه‌سازی در جهت بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های طراحی همچنان یکی از بهترین راه‌ها برای مقابله با چالش‌های آزمایش فیزیکی مهندسی در صنعت دریایی می‌باشد.

ساخت مدل المان محدود از کشتی‌ها و سازه‌های دریایی از چالش‌های بسیار مهم مهندسین دریایی امروز است.

استفاده از مصالح کمتر و بهینه کردن فرآیند تولید نظیر جوشکاری و … می‌تواند تا حدود بسیاری از هزینه‌های تولید بکاهد.

1. طراحی مخازن و سازه‌های دریایی مختلف با بهینه‌سازی ابعاد و مصالح و طراحی با در نظر گرفتن دو فاکتور توزیع تنش مناسب در سازه و طول عمر خستگی
2. بهینه‌سازی ضخامت و اندازه ورق‌های فولادی مورد استفاده به عنوان سخت کننده‌ها در تمام کشتی
3. کاهش طول جوش و هزینه ساخت از طریق بهینه‌سازی بدنه سازه
4. بهبود عملکرد سیستم با بهینه‌سازی پارامترها استاتیکی و هیدرودینامیکی
5. بهینه‌سازی لایه‌های کامپوزیتی و جهت کاربرد آنها در صنایع کشتی‌سازی و زیردریایی

• مهندسی عمران

ارائه طرحی دقیق و مهندسی جهت استفاده از بهترین طرح و بهینه‌ترین مصالح و نیز مدلسازی بارگذاری مختلف و مقاوم‌سازی سازه‌ها جهت افزایش ایمنی و طول عمر سازه و اندرکنش موجود در سازه مواردیست که با استفاده از نرم افزار اباکوس المان محدود می‌توان بدان دست یافت. 

1. تجزیه و تحلیل ساختار دال بتنی، قاب‌های ساختمانی، خرپاهای ساختمان، دکل، برج‌ها و سوله و همچنین سازه‌های خاص با پوسته نازک و سازه‌های متشکل از سطوح هندسی مختلف
2. تجزیه و تحلیل سازه‌های بتنی و فولادی و بنایی مسلح و غیرمسلح
3. طراحی و تجزیه و تحلیل تنش در سازه‌ها، آتریوم و نورگیرهای شیشه‌ای و سقف‌های کامپوزیت و سایه بان‌ها
4. تجزیه و تحلیل برای پیش‌بینی کمانش موضعی، ارزیابی خستگی و عیوب جوش
5. بارگذاری‌های مختلف مانند زمین لرزه، ضربه، باد، برف، یخ، بار حرارتی و انفجار
6. تجزیه و تحلیل تنش در اعضا کششی مانند کابل‌ها و میلگردهای تسلیح
7. تجزیه و تحلیل لرزه‌ای با استفاده از روش‌های CQC ،NRL ،SRSS و ABS
8. تجزیه و تحلیل خطی و غیرخطی گذرا، فرکانس، پاسخ تصادفی با تحریک پایه
9. برنامه‌های کاربردی از جمله سازه‌های موجود در فرودگاه‌ها، پارک‌ها، ساختمان‌های عمومی و تجاری، رصدخانه‌ها و پارکینگ‌ها و …

• مهندسی انفجار و کاهش خطر انفجار

یکی از لازمه‌های طراحی امروزی سازه‌ها حفاظت از جان و مال انسان‌ها در مقابله با خطرات ناشی از انفجار تصادفی یا عمدی می‌باشد.

جهت تحلیل مسئله انفجار آگاهی در مورد نحوه پاسخ غیرخطی سازه در بارگذاری دینامیکی در بازه بسیار کوتاه حائز اهمیت است.

طراحی و اعتبار سازه در برابر بارهای انفجار برای جوامع امروزی به منظور حفاظت و ایمنی شهروندان آن مهم هستند.

از آنجا که مدلسازی و بهینه‌سازی سازه‌ها در برابر بارهای انفجاری با استفاده از تست کامل در مقیاس آزمایشگاهی امری ناممکن می‌باشد، لذا در حال حاضر استفاده از ابزارهای پیشرفته عددی مانند روش اجزاء محدود می‌تواند به خوبی جوابگوی مسائل باشد.

چندین روش گوناگون المان محدود را می‌توان برای توصیف پاسخ سازه‌ها به بار انفجار مورد مطالعه قرار داد که برخی از آنها عبارتند از:

1. استفاده از فرمول‌های لاگرانژین
2. شبیه‌سازی اولیه به روش اویلرین (برای تعیین بار) و در پی آن شبیه‌سازی لاگرانژی (برای پاسخ سازه)
3. روش تلفیقی که ترکیبی از مزایای استفاده از اویلرین و روش لاگرانژی جهت برقراری ارتباط کامل بین امواج انفجار و تغییر شکل سازه

در حالت کلی، همه شبیه‌سازی انفجار باید به طور کامل همراه با استفاده از روش اویلرین – لاگرانژی باشد.

اما بایستی توجه داشت که تغییر معادلات تحلیل از حالت لاگرانژی خالص به شبیه‌سازی اویلرین – لاگرانژی زمان محاسباتی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

• دینامیک سیالات محاسباتی

بارهای انفجار و مسائل مربوط به تحلیل آن در سازه‌های مختلف را می‌توان با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و نرم افزار اباکوس المان محدود تشریح کرد.

جهت شبیه‌سازی انتشار امواج انفجار در یک محیط، برای شبیه‌سازی فشارهای ناشی از انفجار بر ساختمان‌های با شکل‌های غیر معمول، برای شبیه‌سازی نشت از طریق دهانه به ساختمان‌ها، برای شبیه‌سازی انفجار داخلی و برای شبیه‌سازی در نزدیکی میدان اثر انفجار هر کجا که لازم باشد، می‌توان CFD و FEM به عنوان یک جایگزین برای روش‌های معمول مورد استفاده قرار گیرد.

باید درک شود که نتایج CFD حساس به تکنیک‌های مدلسازی و نرم‌افزار استفاده می‌شود.

برنامه‌های CFD می‌تواند درست اولین رویکرد اصول که شامل مدلسازی آشوب و احتراق مفصل یا رویکرد نیمه تجربی که در آن ساده‌سازی‌های از منبع انفجار هستند، ساخته شده بر اساس داده‌ها از آزمون و راهنمایی، برای ساده‌سازی و سرعت تجزیه و تحلیل را استخدام کنند.

مدل Phenomological گاهی اوقات استفاده می‌شود به ساده تجزیه و تحلیل با استفاده از مدل عددی پدیده انفجار انتخاب شده را به تصرف خود ویژگی‌های مهم از انتشار انفجار همانند بسیاری از شبیه‌سازی، بیشتر از جزئیات مدل، بیشتر دقت بالقوه منجر شود.

• خودرو

مزایا این گونه تحلیل‌ها عبارتند از:

1. نوآوری بیشتر
2. بهبود کیفیت
3. اتوماسیون فرایند
4. چرخه‌های تولید کوتاه‌تر
5. طراحی برای دوام بیشتر
6. کاهش پیش نمونه‌های فیزیکی ساخته شده

• هوافضا

استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی CFD و المان محدود FEM در صنایع هوافضا به صورت وسیعی گسترش یافته است.

به عنوان یک جایگزین مناسب برای آزمایش‌های تونل باد می‌باشد، CFD به عنوان یک ابزار قدرتمند و خلاق برای طراحی کارآمد مهندسی شناخته شده است.

در گذشته، مهندسان ماه‌ها وقت صرف ساخت مش برای شبیه‌سازی کامل هواپیما می‌شد اما با توجه به پیشرفت روز افزون تکنولوژی و بحث‌های رقابتی، هم اکنون با توجه به نرم افزار اباکوس المان محدود و دینامیک سیالات محاسباتی کل شبیه‌سازی را فقط در چند روز می‌توان انجام داد، به منظور دستیابی به این چالش، شرکت‌های هوا و فضا به طور فزاینده‌ای به استفاده از FEM و CFD روی آورده‌اند.

• حل مسائل استاتیکی و دینامیکی
• مدل کردن تغییر شکل‌های بزرگ در حالت‌های دو بعدی و سه بعدی
• دارای مجموعه کاملی از المان‌های پیوسته، المان Plate ،Shell ،Beam و …
• امکان مدل کردن تماس یا برخورد
• کتابخانه پیشرفته مواد شامل جامدهای الاستیک پلاستیک، فوم بتن، خاک، مواد پیزو الکتریک و…
• بهبود کیفیت مش‌بندی و استحکام سطح
• رابط کاربری پیشرفته برای کنترل درجه‌بندی مش محلی و چگالی
• حاوی مجموعه ابزارهای ویرایش هندسی است که برای ایجاد لایه میانی قطعات نازک و محکم جهت کارآمدتر کردن شبیه‌سازی‌ها
• ایجاد ویژگی‌های هندسی پیچیده و ساخت موتورهایی با چند شاخه اگزوز، یا فریم‌های پنجره در سازه‌های هوا فضا
• آنالیز غیرخطی و تخمین میزان تخریب اجزا یک سازه
• بهینه‌سازی طراحی با در نظر گرفتن تحلیل کمانش تحت فشار
• آنالیز توزیع ترک در پنل‌های بدنه هواپیما
• تحلیل پرچ‌ها
• شبیه‌سازی سیستم غلتک تولید مقاطع فولادی و آهنی

کاری از گروه آموزشی استوارسازان