معرفی نرم‌ افزار آباکوس Abaqus

دسته بندی :

تاریخ درج :

حجم فایل :

معرفی نرم‌ افزار آباکوس Abaqus

نرم‌ افزار آباکوس Abaqus چیست؟
آباکوس یک نرم افزار تحلیل، شبیه سازی و مدل سازی پیشرفته است که براساس علم اجزا محدود یا المان های محدود (FEM) شکل گرفته است. به زبان ساده تر توانایی آباکوس پیش بینی رفتار سیستم به وسیله معادلات دیفرانسیل است. این نرم افزار جزو دسته بندی نرم افزار های تحلیل CAE مهندسی به حساب می آید؛ یعنی برای حل مسائل مختلف در مورد هر قطعه صنعتی و شبیه سازی اتفاقات گوناگون استفاده می شود. رابط کاربری بسیار جذاب اما پیچیده ای دارد. برای یادگیری آن باید وقت زیادی را صرف کنید، اما این وقت گذاشتن برای یادگیری آباکوس، ارزشش را دارد.
از نرم‌افزار آباکوس می‌توان به عنوان یکی از محبوب‌ترین نرم‌افزارها در دنیای مهندسی نام برد. ریشه این محبوبیت در قدرت، دقت و سادگی کار با این نرم‌افزار است. نرم‌افزار آباکوس (ABAQUS) مشهور به مجموعه‌ای قدرتمند برای مدل‌سازی، تحلیل و شبیه‌سازی است. اما یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این نرم‌افزار، قدرت آن در روش اجزا محدود (FEM) می‌باشد. روش FEM یا (Finite Element Method) یک روش عددی برای حل مسائل بزرگ، با تقسیم آن به بخش‌های کوچک‌تر و ساده‌تر در دنیای مهندسی و ریاضی فیزیک است. از ساده‌ترین مسائل با تحلیل‌های خطی تا پیچیده‌ترین تحلیل‌ها و مدل‌سازی‌های غیرخطی با نرم‌افزار آباکوس (ABAQUS) قابل حل هستند. درحال حاضر به‌روزترین نسخه آباکوس در خدمات محاسبات سنگین ابر فردوسی موجود است. شما می‌توانید به صورت آنلاین پروژه‌های خود را بر روی آن اجرا کنید.

تاریخچه آباکوس ABAQUS
ایده این نرم افزار توسط دکتر دیوید هبیت و برای تز دکترایش ارائه شد. هبیت با دیدن استقبال اساتید به فکر تاسیس شرکت و عملی کردن ایده افتاد. در نهایت در سال 1978 میلادی و به کمک دو دوست خود یعنی کارلسون و سورنسون توانست شرکت خود (HKS) را در جهت عملی کردن ایده اش تاسیس کند. HKS در همان سال، حلگری (Solver) با ویژگی های FEM را به بازار عرضه کرد و در نهایت در سال 1991 اولین نسخه گرافیکی ABAQUS/CAE را وارد بازار کردند.

ویژگی‌های نرم‌ افزار آباکوس چیست؟
نرم‌افزار آباکوس به گونه‌ای طراحی شده است که می‌تواند هر نوع هندسه‌ای را مدل‌سازی کند. علی‌رغم محیط غنی و قابلیت‌های گسترده‌ای که در این نرم‌افزار تعبیه شده اند، کار با آن نسبتا ساده می‌باشد. به‌طوری‌که این نرم‌افزار، قادر به مدل‌سازی پیچیده‌‌ترین مسائل، به ساده‌ترین شکل ممکن است. در تحلیل‌های پیچیده و غیرخطی، کافی‌ست محقق اطلاعاتی نظیر هندسه مسئله، رفتار ماده، شرایط مرزی و… را در اختیار نرم‌افزار آباکوس قرار دهد تا به پاسخ دل‌خواهش دست یابد. در این نوع از تحلیل، آباکوس به‌طور اتوماتیک میزان نمو بار و رواداری‌های همگرایی را انتخاب می‌کند و در طول تحلیل مقادیر آن‌ها را برای دستیابی به یک جواب صحیح مناسب نگه می‌دارد. همه‌ی این ویژگی‌ها در کنار محیط جذاب و کاربرپسند و کتابخانه قوی آباکوس که قابلیت پیش‌بینی رفتار مواد مختلف مهندسی را دارد، دلایل محبوبیت آن در میان محققین می‌باشند.

کاربردهای آباکوس
    مدل سازی برای انواع مختلف المان ها
    حل سوال های غیر خطی و خطی
    دارا بودن ابزار مدل سازی سه بعدی با رابط گرافیکی عامه پسند
    قابلیت پشتیبانی از برنامه نویسی پایتون برای برنامه نویسی داخل آباکوس
    امکان اسکریپت نویسی
    دارای کتابخانه های اولیه و قابلیت تغییر کتابخانه ها و اضافه کردن کتابخانه ها به عنوان ورودی

مزایای نرم افزار آباکوس چیست؟
یکی از مهم‌ترین مزیت‌های نرم افزار آباکوس (Abaqus) قابلیت برقراری ارتباط آن با برخی از نرم‌افزارهای دیگر است. به عنوان مثال برای نمونه‌هایی با هندسه‌های پیچیده، می‌توان برخی از مدل‌سازی‌ها را با نرم‌افزار CAD انجام داد و سپس به‌منظور FEM به آباکوس فرستاد. همچنین آباکوس قابلیت برقراری ارتباط با نرم‌افزارهای مهمی از قبیل کتیا (CATIA) و سالیدورکس (SOLIDWORKS) را نیز دارد. بسته Abaqus for CATIA قابلیت های پردازش و پس پردازش را با نرم‌افزار محبوب CATIA به ارمغان آورده است. از دیگر مزایای نرم افزار آباکوس، قابلیت ایجاد GUI و زبان متن باز پایتون (Python) برای برنامه‌نویسی هستند. محیط کاربری جذاب، محیط مدل‌سازی دوبعدی و سه‌بعدی پیشرفته، امکان کاربری زیربرنامه‌های زبان فرترن (FORTRAN) نیز از دیگر مزیت‌های آن هستند. و در نهایت لازم به ذکر است که نسخه‌های جدید این نرم‌افزار همه ساله به‌طور منظم در دسترس کاربران قرار می‌گیرد.

تعریف ماژول های مختلف استفاده شده در آباکوس
آباکوس برای مراحلی که در عنوان بالا به توضیح آنها پرداختیم، ماژول های خاصی را تعریف کرده است. به صورت خلاصه می‌خواهیم به بیان ماژول های مختلف نرم افزار آباکوس بپردازیم.
ماژول پارت PART :
با کمک این ماژول می توانید مدل هندسی مورد نظر خود را رسم کنید. برای فراخوانی مدل های رسم شده در کتیا و سالیدورکز نیز باید از این ماژول استفاده کنید.
ماژول خواص ماده PROPERTY :
با کمک این ماژول می توانید خواص مکانیکی، حرارتی، مغناطیسی را به نرم افزار بشناسانید. در کل شناساندن ویژگی های یک ماده به این ماژول تعلق دارد. می توان به تعریف مقاطع دلخواه اجزا صنعتی و تعریف انواع مدل شکنندگی جسم پرداخت.
ماژول مونتاز ASSEMBLY :
از اسمش می شود کاربردش را نیز بیان کرد. برای اجزای صنعتی که شامل چند قطعه هستند استفاده می شود و وظیفه اسمبل ( ترکیب کردن ) قطعات را به عهده دارد.
ماژول حل کننده STEP :
روش های مختلف حل مسئله در این ماژول موجود است. وظیفه شما تعیین روش حلی است که به کمک آن به جواب قاطع تری دست پیدا خواهید کرد.
ماژول INTERACTION :
این ماژول در برخی مسائل کاربرد ندارد و به راحتی از این مرحله می توان گذشت، اما برای مسائلی که در سازه ترک وجود داشته باشد یا مسائل مربوط به انتقال حرارت یا مسائل دارای برخورد و تماس حتما باید از این ماژول استفاده کرد. در حالت عادی روی گزینه GENERAL قرار می گیرد.
ماژول بارگذاری LOAD :
این ماژول در مسائل حتما باید استفاده شود و نقاطی که به آنها فشار وارده و نیرو وجود دارد باید به صورت دقیق در این قسمت جایگذاری شود. کوچکترین اشتباه در این قسمت، پاسخی دورتر از حد انتظار به شما خواهد داد.
ماژول مش MESH :
این ماژول مدل ما را به قسمت های کوچکتر برای حل مسئله به روش FEM تبدیل می کند. به دو حالت می توانید از این ماژول استفاده کنید :
    مش خودکار که نرم افزار به صورت کاملا خودکار مدل شما را مش زنی می کند. این روش برای حل مسائل پیشنهاد نمی شود.
    مش دستی که باید به وسیله افرادی که در این نرم افزار حرفه ای هستند انجام شود. هرچقدر مش ها بیشتر باشد، نتیجه به واقعیت نزدیک تر است.
ماژول بهینه سازی OPTIMIZATION :
آخرین ماژول کاربردی برای تعریف مدل به نرم افزار هست. همان که از اسمش پیداست وظیفه بهینه سازی فیزیکی مدل را بر عهده دارد.

مراحل تحلیل مساله در نرم افزار آباکوس چیست؟
تمام نرم‌افزارهای اجزای محدود مشهور از سه بخش حیاتی تشکیل می‌شوند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم:
1. Pre-processing – modeling
پیش پردازش یا مدلسازی: وظیفه این بخش آماده‌سازی مدل مورد نظر برای تحلیل اجزای محدود است.
2. Processing – finite element analysis
پردازش یا تحلیل اجزای محدود: این بخش قلب نرم‌افزار است و مجموعه حل کننده‌های مورد نیاز در تحلیل اجزای محدود را گرد هم می‌آورد.
3. Post-processing
پس پردازش: وظیفه این بخش ارائه نتایج در قالب ابزارهای گرافیکی و نمودارها می‌باشد و خروجی مورد نیاز تحلیلگران را آماده می‌کند.

حلگر (Solver)های مختلف آباکوس
این نرم افزار شامل ۵ قسمت مختلف است که از هر کدام برای هدف خاصی استفاده می شود. در این قسمت به معرفی قسمت های مختلف آباکوس می پردازیم:
حلگر CAE
برای مدل سازی و اسمبلی (ASSEMBLY) قطعات مختلف استفاده می شود. بعد از این مرحله می توانید شکل را بر اساس المان محدود FEM تحلیل کنید. این قسمت به تنهایی شامل 3 بخش پیش پردازش، پردازش و اعلام نتیجه است. لازم به ذکر است که CAE آباکوس بیشترین استفاده را در بین سایر بخش ها دارد و درواقع آباکوس به دلیل داشتن این قسمت معروف و مشهور شده است.
حلگر استاندارد Standard
برای حل مسائل خطی و غیر خطی استاتیکی، شبه استاتکی، دینامیکی، تحلیل های مودال، انتقال حرارت و کمانش و پس کمانش از این حلگر استفاده می شود. روشی که این حلگر استفاده می کند، روش سنتی انتگرال گیری غیر صریح است.
حلگر Explicit
برای حل مسائلی با درجه غیر خطی بالا و با استفاده از روش انتگرال گیری صریح کاربرد دارد. فرق این حلگر با حلگر استاندارد در این است که مسائل پیچیده تر غیرخطی که حلگر استاندارد قابل به محاسبه آنها نیست، توسط حلگر Explicit به سادگی آب خوردن حل می شود. می توانیم به شبیه سازی های شوک، برخورد و ماشین کاری در این زمینه اشاره کنیم که به وسیله حلگر Explicit انجام شد.
حلگر CDF
حلگر محاسباتی دینامیک سیالات است. مراحل حل مسئله توسط این حلگر بسیار شباهت به حلگر CAE دارد یعنی شامل مراحل پیش پردازش، پردازش و نمایش نتیجه است. منتهی این حلگر مسائل پیچیده کوپل سازه و سیالی را که حلگر CAE قادر به محاسبه آنها نیست، ممکن می سازد.
حلگر Electromagnetic
این حلگر مخصوص محاسبات پیچیده در زمینه الکترومغناطیس طراحی شده است. این حلگر کمترین استفاده را در بین بقیه حلگرها دارد اما قادر است کارهایی مثل محاسبه میدان مغناطیسی درون هسته هر سیم پیچی را به روش عددی انجاد دهد.

محصولات نرم افزار آباکوس چیست؟
نرم افزارهایی که در درون آباکوس به‌کار رفته‌اند عبارتند از:
Abaqus/Standard:
در این جا کاربر قادر خواهد بود تا طیف وسیعی از مسائل خطی و غیرخطی از جمله مسائل استاتیکی، انتقال حرارت و الکترونیک را تحلیل کند.
Abaqus/Explicit:
کاربر به امکانات بی‌نظیری برای تحلیل مسائل غیرخطی با شرایط متغیر تماس دست پیدا میکند. در این نرم افزار می‌توان مسائل شکل‌دهی، مدل‌سازی و تحلیل مسائل دینامیکی گذرا همچون ضربه، انفجار، برخورد و موارد شبه‌استاتیک را پاسخ داد.
Abaqus/CAE or “Complete Abaqus Environment“:
رابط کاربری گرافیکی می‌باشد که در مجموعه نرم‌افزاری آباکوس گردآوری شده است. محیط کاربری جذاب و کاربرپسند کاربر را قادر میسازد تا به ‌راحتی و با صرف کمترین زمان، مدل هندسی مناسبی از مسئله خود ایجاد کند.
Abaqus/CFD (Computational Fluid Dynamics) :
این بخش امکانات محاسباتی قدرتمند و بی‌نظیری در حوزه ‌هایی مانند پیش پردازش و پس‌پردازش اجزای محدود در حوزه مکانیک سیالات در اختیار کاربر قرار می‌دهد.
Abaqus/Multiphysics:
کاربر در این بخش می‌تواند مسائلی در حوزه پیزو الکتریک، الکتریک، حرارتی، آکوستیک را تحلیل و شبیه‌سازی کند.

تفاوت آباکوس با نرم افزارهای رقیب خود انسیس Ansys و فلوئنت Fluent (آباکوس یا انسیس یا فلوئنت)
البته که برای عملی سازی هر سه نرم افزار، فعالیت های زیادی صورت گرفته و هرسال شاهد پیشرفت هر سه آنها در نسخه های جدیدی که ارائه می کنند هستیم، اما در برخی مسائل، هریک از نرم افزار های گفته شده قدرت بیشتری برای حل مسئله را دارد همین امر باعث ایجاد تفاوت بین این 3 نرم افزار قدرتمند دنیای CAE می شود. البته لازم به ذکر است که انسیس و آباکوس برای حل مسائل مختلف از روش المان محدود FEM استفاده می کنند و در همین ابتدا نیز باید به این نکته اشاره کرد که رابط کاربری آباکوس نسبت به هر دو نرم افزار دیگر برتری چشمگیری دارد. در این قسمت از مقاله می خواهیم قدرتمندی هر یک را در حوزه های مختلف بررسی کنیم تا در زمانی که به دنبال سفارش یا انجام پروژه آباکوس یا نرم افزارهای مشابه بودید، بتوانید بهترین انتخاب را کنید.
مدلسازی : قبل از تحلیل باید قطعه مورد نظر مدلسازی شود. البته پیشنهاد ما برای این مرحله استفاده از کتیا و سالیدورکز است که میتوانید قطعه مدل شده را از آنها خروجی بگیرید و وارد نرم افزار های تحلیلی کنید، اما اگر اصرار دارید که حتما از نرم افزارهای تحلیلی برای مدلسازی اولیه هم استفاده کنید، پیشنهاد ما آباکوس است، زیرا امکانات بیشتری برای مدلسازی در اختیار شما قرار می دهد.
حوزه سیالات : در این حوزه فلوئنت بدون رقیب پادشاهی می کند و انسیس و آباکوس به گرد پای فلوئنت هم نمی رسند. اگر مسئله ای حوزه سیالات دارید بدون لحظه ای تردید از فلوئنت برای حل آن استفاده نمایید.
مکانیک شکست : آباکوس جواب های دقیق تری ارائه می دهد.
تحلیل ترک به روش XFEM: آباکوس قدرتمند تر است.
مدلسازی مواد هوشمند : انسیس برتری دارد، زیرا در آباکوس نیاز به کدنویسی پیشرفته دارد، ولی در انسیس امکاناتی برای تحلیل این حوزه وجود دارد.
مسائل استاتیکی، شبه استاتیکی و دینامیکی: انسیس پادشاه است، زیرا شباهت بیشتری بین جواب های آزمایشگاهی و جواب های انسیس وجود دارد.
تحلیل های غیر خطی: آباکوس جواب های دقیق تری به شما می دهد.
مسائل مکانیک ضربه ای : با وجود افزونه کمکی LS-Dyna در انسیس، دیگر نمی توان در حل این جور مسائل آباکوس را برتر دانست