نرم افزار آباکوس ۲۰۲۱

نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱

نرم افزار آباکوس ۲۰۲۱ – Abaqus 2021 : نرم افزار آباکوس، محصول شرکت فرانسوی داسو سیستم، یکی از قدرتمندترین نرم افزارها در زمینه تحلیل المان محدود و مهندسی به کمک کامپیوتر یا CAE می‌باشد. این نرم افزار قدرتمند را می‌توان برای مدلسازی، تحلیل و حل طیف وسیعی از مسائل، از ساده‌ترین مسائل خطی گرفته تا پیچیده ترین مسائل غیر خطی به کار گرفت. 

نرم افزار آباکوس، شامل پنج محصول عمده زیر می‌باشد:

۱.    Abaqus/Standard
۲.    Abaqus/Explicit
۳.    Abaqus/CAE
۴.    Abaqus/CFD
۵.    Abaqus/Multiphysics

کاربرد هر یک از این محصولات، از قرار زیر می‌باشد:

• Abaqus/Standard به منظور تحلیل طیف گسترده‌ای از مسائل خطی و غیر خطی، به کار گرفته می‌شود، که از آن جمله می‌توان به مسائل استاتیکی، همچنین مسائل مربوط به انتقال حرارت و الکترونیک اشاره کرد، Abaqus/Standard در حل دستگاههای معادلات دیفرانسیل، از روش Implicit یا ضمنی استفاده می‌کند.
• کاربرد Abaqus/Explicit در آنالیز مسائل غیر خطی، شامل مسائل تماس با شرایط متغیر و بارگذاری گذرا می‌باشد. Abaqus/Explici از روشهای Explicit یا صریح در حل دستگاههای معادلات دیفرانسیل استفاده می‌کند.
• Abaqus/CAE در واقع رابط کاربری گرافیکی نرم افزار آباکوس است.
• Abaqus/CFD حلگرب است قدرتمند، جهت تحلیل دینامیک سیالات، با قابلیت انجام تحلیلهای پیشرفته دینامیک سیالات محاسباتی.
• Abaqus/Electromagnetic نیز یک حلگر قوی، جهت آنالیز مسائل الکترومغناطیس است.

شرکت داسو سیستم اکنون جدیدترین نسخه از این نرم افزار قدرتمند را تحت عنوان Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ به بازار عرضه کرده است. این ویرایش از نرم افزار آباکوس، دارای ویژگیها و قابلیتهای جدید متعددی می‌باشد که قدرت دو چندانی به آن بخشیده است. در ادامه به ذکر برخی از مهمترین ویژگیهای افزوده به این نرم افزار می‌پردازیم:

ویژگی توزیع جدید در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱

این ویژگی، برای تخصیص لایه‌های منحصر به فرد با ضخامت و جهت متریال مختلف، در مواد ناهمسانگرد، در نظر گرفته شده است. اکنون در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ کاربر با استفاده از این ویژگی می‌تواند، ضخامت متفاوتی از لایه‌های جداگانه (المان‌های پوسته conventional  یا عناصر جامد) را در یک طرح ترکیبی و از طریق ویژگی توزیع، اختصاص دهد. تاکنون ضخامتهای مختلف، فقط برای کل ضخامت طرح پشتیبانی می‌شد. اکنون انتظار می‌رود این پیشرفت، باعث تسریع عملکرد ویرایشگر composite layup editor، به ویژه برای ترکیبهایی متشکل از تعداد زیادی از لایه‌ها شود. جزئیات این ویژگی جدید اضافه شده به نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ در شکل زیر آورده شده است. چنانچه در این شکل می‌بینید، این ویژگی، گزینه‌ای را برای تغییر ضخامت لایه‌های جداگانه نشان می‌دهد. در این شکل، می‌توانید این گزینه را برای ویژگی افزوده نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ مشاهده کنید. در سمت راست این شکل، جرئیاتی از فایل ورودی آباکوس نشان داده شده است.

اضافه شدن گزینه Small sliding formulation به General contact در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱

این ویژگی از نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ به منظور تحلیل مسائل تماسی در حالت Standard، در نظر گرفته شده است. ماژول Interaction از جمله ماژولهای نرم افزار آباکوس است، که برای تعیین اجسامی که با هم در تماس هستند و یا اجسامی که ممکن است با یکدیگر تماس یا برخوردی پیدا کنند، به کار گرفته می‌شود. ماژول Interaction در آباکوس، از گزینه‌ای تحت عنوانGeneral Contact  استفاده می‌کند. General contact در واقع، حالتی از تماس بین اجسام را تعریف می‌کند. این گزینه در Abaqus/Standard فقط برای گام initial می‌تواند تعریف شود. اما درAbaqus/Explicit می‌توان آن را برای تمام گامها تعریف کرد. 

در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ اکنون گزینه small sliding formulation نیز به General Contact اضافه شده است. این نوع از فرمولاسیون، می‌تواند در مواقعی که الزامات سخت و جدی بین سطوحی که در تماس با هم هستند، وجود دارد، سرعت را در تحلیل مسائل تماسی بالا ببرد. 
small sliding به معنای لغزش کوچک سطوح که در آن کشیدن یک سطح در امتداد سطح دیگر نسبتاً کم خواهد بود. در حالی که finite sliding یا لغزش محدود، عمومی‌تر بوده، اجازه هر حرکت دلخواهی را به سطوح می‌دهد. 

جزئیات این ویژگی جدید را می‌توانید در شکل زیر مشاهده کنید:

گزینه All with self در این پنجره، مربوط به زمانهایی است که می‌خواهیم احتمال برخورد و تماس جسم با خود را نیز در نظر بگیریم. و گزینه Excluded Surface pairs در پنجره ماژول Interaction مختص مواقعی است که شما از عدم برخورد دو جسم اطمینان دارید و نیازی به اینکه تحلیل برخورد را برای این اجسام نیز داشته باشید، نمی‌بینید. پس با این گزینه، آنها را از آنالیز برخورد مستثنی می‌کنید.

شبیه سازی Trim Line برای شکل‌دهی به ورق فلز، در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱

اکنون به کمک این ویژگی، کاربر می‌تواند از یک تحلیل معکوس یک مرحله‌ای استفاده کند. این قابلیت جدید در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ امکان به دست آوردن شکل اولیه یک قطعه ورق فلز را، با  شروع از پیکربندی نهایی (تغییر شکل یافته) آن فراهم می‌کند. یک سطح مرجع نیز مورد نیاز است که تنظیمات اولیه (یعنی شکل اولیه قطعه) باید با آن مطابقت داشته باشد. این قابلیت برای برنامه‌های باز کردن فلنج (flange unfolding) مناسب است .این تحلیل معکوس یک مرحله‌ای، بر پیش بینی هندسه باز و همچنین اصلاح خطوط متمرکز است. به علاوه کاربر می‌تواند بدون شبیه‌سازی فرآیند ورق فلز، به نتایج کرنش stress/plastic (به منظور بارگذاری متناسب) برسد. این روش فقط برای عناصر پوسته پشتیبانی می‌شود و باید از طریق کلمات کلیدی تنظیم شود. (در CAE پشتیبانی نمی‌شود).

شبیه سازی مدل آسیب در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ توسط معیار جدید LaRC05

معیار شروع آسیب LaRC05، که برای تحلیل کامپوزیتهای ماتریس پلیمری استفاده می‌شود، محصول تلاشهای جامعه مهندسی، به عنوان بخشی از (WorldWide Failure Exercise (WWF-II می‌باشد. فلسفه این تلاشها این است که معیارهای شکست باید تا آنجا که ممکن است فیزیک را در سطح microscale در نظر بگیرند، در عین حال قادر به ارائه شاخصهای خرابی در سطح lamina/laminate  باشند. 
بنابراین، معیارLaRC05 ، وفاداری بالایی را برای ارزیابی خرابی کامپوزیتها و در حالی که عوامل را در مقیاسهای کوچکتر در نظر می‌گیرد، از خود بروز می‌دهد. این معیار مفید، پیش از این به عنوان یک user subroutine در دسترس کاربران Abaqus قرار داشت و از المانهای  Continuum Shellکه به قطعات Solid اختصاص دااده می‌شوند پشتیبانی می‌کرد. باقیمانده معیارهای خرابی لایه Abaqus ، چه آنهایی که فقط failure envelopeهای پس از پردازش بودند (یعنی معیارهای خرابی لایه اول) چه معیارهای مربوط به آسیبHashin، برای فرمولهای تنش صفحه (که با المانهای Continuum جامد استفاده نمی‌شود) پیاده سازی شده بودند.

معیار جدید LaRC05 ساخته شده در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ یک معیار پیچیده شروع خرابی را، برای عناصر جامد سه بعدی، تنش صفحه، پوسته، پوسته جامد و المانهای غشایی در اختیار کاربر قرار می‌دهد. وقتی از LaRC05 با عناصر پیش فرض استفاده می‌شود، این امر، اولین معیار خرابی لایه را اعمال می‌کند (اما نمی‌تواند باfailure evolution یا سیر تکاملی خرابی ترکیب شود – مگر پس از پردازش). معیار LaRC05  برای عناصر غنی شده (XFEM) پشتیبانی می‌شود. در چنین حالتی، این معیار را می‌توان با سیر تکاملی خرابی ترکیب کرد. 
معیار شروع خرابی LaRC05 در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ تنها از طریق کلمات کلیدی پشتیبانی می‌شود:

XFEM بهبود یافته، در نرم افزار آباکوس 2021

اکنون در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ تلاش قابل توجهی برای بهبود در دقت و قدرتXFEM  صورت گرفته است. این بهبودها برای پیش بینی انتشار ترک در حالت دو بعدی و همچنین مدیریت رشد ناپایدار ترک ایجاد شده است.
در نرم افزارهای المان محدود، از جمله نرم افزار آباکوس ، چندین روش برای مدلسازی و تحلیل رشد ترک، وجود دارد که می‌توان آنها را در دو دسته کلاسیک و مدرن طبقه‌بندی کرد. از میان روشهایی که برای تحلیل رشد ترک در نرم‌افزار آباکوس وجود دارند، نظیر vcct،czm  وxfem ، روش XFEM از قابلیتهای بیشتر و کارآمدتری برخوردار است که آن را نسبت به سایر روشها منحصر به فرد ساخته است. XFEM که در دسته روشهای مدرن فرار دارد، جدیدیترین روش و در واقع یکی از برترین و قدرتمندترین تکنیکها برای تحلیل رشد و گسترش ترک می‌باشد. 

ما با به کارگیری این روش، نه تنها می‌توانیم آنالیز دقیقی روی نحوه گسترش ترک در حالت سه بعدی انجام دهیم، بلکه قادر هستیم از این هم فراتر رفته و تنظیمات مربوط به آنالیز ترک را به نحوی انجام دهیم، که مانع رشد ترک شده و ضرایب شدت تنش نیز محاسبه شوند. توجه داشته باشید که در صورت استفاده از این روش، شما بی‌نیاز از تعریف ترک اولیه و نیز مشخص کردن مسیر رشد ترک خواهید بود. در واقع جهت رشد ترک توسط خود نرم افزار آباکوس بیش‌بینی خواهد شد.

در نسخه‌های پیشین نرم افزار Abaqus، تنها یک ترک در یک محدوده غنی شده، مجاز بود. بنابراین، ترکهای اضافی، تا زمانی که تمام ترکهای موجود، از طریق مرزهای محدوده غنی شده گسترش بیابند، ایجاد نمی‌شدند یا اصطلاحا تشکیل هسته نمی‌دادند. و اگر قرار بود چندین ترک به طور متوالی ایجاد شوند، باید چندین ناحیه غنی شده تعریف می‌شد. این امر به صورت گرافیکی، در سمت چپ شکل زیر نشان داده شده است. یک چنین رفتاری از ترکها در نسخه‌های پیشین، زمان پیش پردازش را به طرز قابل توجهی می‌داد، به ویژه در مواردی که، احتمال ایجاد ترکهای متعدد در لایه‌های مختلف وجود داشت.
در Abaqus 2021x هسته / انتشار ترک به طور دیگری درمان می‌شود. این در سمت راست شکل زیر نشان داده شده است.

با روش XFEM بهبود یافته، در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ ترکهای جدید می‌توانند در یک محدوده غنی شده،، بدون توجه به ترکهای قبلی یا ترکهای فعال، هسته ایجاد کنند. مناطق کاندیدای هسته‌های ترک، می‌بایست خارج از شعاع خاصی از نوک ترکهای فعال باشند. این شعاع، در واقع محدوده‌ای را در اطراف ترکهای فعال مشخص می‌کند که از شروع ترک جدید در آن ممانعت می‌شود. شعاع مذکور و در نتیجه محدوده موردنظر، قابل اصلاح و ویرایش است. این امر، به صورت گرافیکی در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل ۴- XFEM بهبود یافته: امکان وجود چندین ترک در یک ناحیه غنی شده واحد

در نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ قابلیتها و ویژگیهای دیگری نیز وجود دارد، از جمله اینکه: شما اکنون درAbaqus/CAE 2021 یا همان رابط گرافیکی نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ می‌توانید، از یک قطعه چند بدنه، هر بدنه‌ای را که نیاز دارید، به صورت جداگانه و مستقل از سایر بدنه‌ها export کنید. و یا اینکه رابط Solidworks Associative از Abaqus/CAE 2021 اکنون هنگام به روزرسانی مدل، پیکربندی فعلی مجموعه را در Solidworks  در نظر.می‌گیرد.این تغییرات، به علاوه اضافه شدن تکنیکهای خاص برای تولید مواد افزودنی، پیشرفتهای بهینه‌سازی در Abaqus/CAE، پیشرفت در مدلسازی کامپوزیت با عناصر جامد و بسیاری موارد دیگر، از جمله قابلیتها و ویژگیهای جدید نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ می‌باشند.

ما در محصول پیش رو، علاوه بر نرم افزار Abaqus 2021 – آباکوس ۲۰۲۱ سه نرم افزار بسیار کارآمد و پرکاربرد دیگر Isight ،fe-safe و Tosca را نیز، از مجموعه SIMULIA  که اصلیترین محصول شرکت دسالت سیستم و از مطرح‌ترین مجموعه‌های نرم افزاری جهت شبیه‌سازی و مدل‌سازی اجزای مکانیکی است، ارائه می‌دهیم. 

در ادامه اشاره کوتاهی خواهیم داشت بر کاربرد هر یک از این نرم‌افزارها:

Isight نرم افزاری است که برای اتوماسیون و خودکارسازی بسیاری از شبیه‌سازیها، از جمله مدلهای شبیه‌سازی Abaqus – آباکوس به کار گرفته می‌شود. Isight در واقع، یک سیستم باز (open system) را، برای تلفیق مدلهای طراحی و شبیه‌سازی ایجاد شده توسط برنامه‌های مختلف CAD ،CAE و سایر نرم افزارها، در اختیار طراحان، مهندسان و محققان قرار می‌دهد تا توسط آن، صدها یا هزاران شبیه سازی را به صورت خودکار انجام دهند.  این نرم افزار، به کاربران امکان می‌دهد تا با بهینه‌سازی محصولاتشان در برابر عملکرد یا معیارهای هزینه، از طریق روشهای آماری مانند (Design of Experiments (DOE یا (Design for Six Sigma (DFSS، در وقت خود صرفه جویی کرده و محصولات خود را بهبود بخشند. نرم افزار Isight، مدلها و برنامه‌های میان رشته‌ای را در یک جریان فرآیند شبیه‌سازی با هم ترکیب کرده، اجرای آنها را خودکار می‌سازد. علاوه بر این، Isight فضای طراحی حاصل را کاوش و پارامترهای طراحی بهینه را بر اساس محدودیتهای مورد نیاز، شناسایی می‌کند. توانایی Isight در دستکاری و نقشه برداری از داده‌های پارامتری بین مراحل فرآیند و خودکار‌سازی چندین شبیه‌سازی همزمان با هم، کارایی را به طرز قابل توجهی بهبود بخشیده، خطاهای دستی را کاهش می‌دهد و ارزیابی گزینه‌های طراحی محصول را تسریع می‌کند.

fe-safe نرم افزاری قدرتمند و  پیش رو در تجزیه و تحلیل خستگی، برای مدلهای المان محدود است، که توانایی پاسخگویی به سختترین برنامه‌های کاربران خود را دارد. fe-safe که از اوایل دهه ۱۹۹۰ به طور مداوم و با همکاری صنعت توسعه یافته است، اکنون برای تعیین عمر خستگی و بهینه‌سازی طرحها، توسط شرکتهای پیشرو در حمل و نقل، صنعت خودرو، هوا فضا، نیروگاههای بزرگ، حوزه‌های دفاعی، تولید برق، صنایع دریایی، مهندسی پزشکی و بسیاری حوزه‌های دیگر در سراسر جهان، به کار گرفته می‌شود. نرم‌افزار fe-safe به ویژگیهایی چون دقت، سرعت، قابلیتهای جامع و سهولت در استفاده شهره بوده و به این دلیل، محبوبیت زیادی بین کاربران خود دارد. نرم افزار fe-safe که بر روشهای خستگی مبتنی بر کرنش چند محوره مدرن، متمرکز است، قابلیتهای منحصر به فردی را برای خستگی حرارتی- مکانیکی، خزش – خستگی، مواد لاستیکی و روش تنش ساختاری Verity، برای اتصالات جوش داده شده، فراهم می‌کند.

fe-safe در واقع، یک مجموعه تجزیه و تحلیل خستگی قدرتمند و آسان برای استفاده را در اختیار کاربر قرار می‌دهد که پیش‌بینی‌های قابل اعتماد و دقیق خستگی را صرفنظر از پیچیدگی تحلیل شما ارائه می‌دهد. برنامه شما هرچه باشد، مطمئن باشید که fe-safe قادر خواهد بود، پیش‌بینی‌های دقیق و قابل اعتمادی را در زمینه آنالیز خستگی، به سرعت و به راحتی در اختیارتان قرار ‌دهد و به شما این امکان را می‌دهد که بر روی کار واقعی خود یعنی طراحی و تولید اجزای بهینه شده، که خواسته‌های مشتری شما را برآورده می‌کند، متمرکز شوید.

fe-safe چنانچه گقته شد، دارای کاربردی ساده و آسان است. این نرم افزار، تنظیمات پیش فرض زیادی داشته، برای کاربران حرفه‌ای، بسیار قابل تنظیم است. fe-safe به صورت خودکار، مناسبترین الگوریتم را بر اساس متریال مورد نظر شما، انتخاب می‌کند. از دیگر ویژگیها و قابلیتهای بی‌نظیر نرم افزار fe-safe، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش عمر خستگی، برای اجزای ایمنی حیاتی
• بهینه شدن طراحیها و در نتیجه استفاده از متریال کمتر
• تسریع سرعت تچزیه و تحلیل و در نتیجه صرفه‌جویی در زمان کاربر
• بهینه و معتبرسازی برنامه‌های طراحی و آزمون
• بهبود همبستگی بین آزمون و تجزیه و تحلیل در یک رابط کاربری واحد
• کاهش زمان تست نمونه اولیه

Tosca از دیگر نرم افزارهای ارزشمند مجموعه شبیه‌سازی Simulia می‌باشد. این نرم افزار، وظیفه بهینه‌سازی نهایی مدلهای شبیه‌سازی شده را بر عهده دارد. نرم افزار بهینه‌سازی Tosca مهندسان را قادر می‌سازد تا ضمن استفاده از قابلیتهای پیشرفته شبیه‌سازی، از هرگونه پتانسیل بهبود، نهایت استفاده را ببرند. این نرم افزار، مفاهیم طراحی بهینه شده را، برای دستیابی به بالاترین عملکرد، کیفیت و بهره‌وری، در زمانی کوتاه فراهم می‌کند. نرم افزار Tosca در آخرین مرحله شبیه‌سازی سازه‌ها یا جریان سیالات، با آنالیز دقیق انواع شبیه‌سازی‌های ساختاری، بخشهای اضافی طراحیهاورا حذف کرده، قسمتهای با اهمیت آنها را مشخص میکند و از این طریق مهندسان را در رسیدن به حداکثر بهره‌وری یاری می‌دهد. مجموعه SIMULIA TOSCA شامل Tosca Structure و Tosca Fluid بوده، قابلیت بکارگیری در هر دو حوزه سیالات و سازه را داراست.

Tosca: بهینه سازی جریان و سازه

مجموعه  Tosca SIMULIA راه‌حلهای سریع و قدرتمند بهینه‌سازی ساختاری و جریان مبتنی بر شبیه‌سازی FEA و CFD را ارائه می‌دهد. مجموعه بهینه‌سازی Tosca از دو محصول Tosca Structure و Tosca Fluid تشکیل شده است و بنابراین قابلیت به کارگیری در هر دو حوزه سیالات و سازه را دارا است. Tosca Structure برای طراحیهای بهینه سازه‌ای است و Tosca Fluid مفاهیم بهینه‌سازی شده طراحی جریان سیال را ارائه می‌دهد.  Tosca Structure و Tosca Fluid در واقع دو فناوری برتر بهینه سازی با استفاده از شبیه‌سازیهای موجود FEM و CFD هستند، که در ادامه مختصرا به معرفی آنها خواهیم پرداخت.

Tosca Structure راه‌حلهای بهینه سازی قدرتمندی را برای طراحی قطعات و مونتاژهای سبک، سفت و بادوام در چرخه‌های توسعه کوتاهتر ارائه می‌دهد. از این رو، مهندسین و اهل فن، اکنون برای دستیابی به بالاترین عملکرد محصول و دستیابی سریعتر به اهداف تجاری، به فناوری بهینه‌سازی پیشروی Tosca روی آورده، به آن اعتماد می‌کنند.

Tosca Fluid یک سیستم نرم افزاری منحصر به فرد و مدولار، برای بهینه سازی جریان سیال غیر پارامتریک است، که بهینه سازی توپولوژی را با حلگرهای CFD استاندارد صنعت امکان پذیر می‌سازد. شما به کمک Tosca Fluid می‌توانید، از انعطاف پذیری کامل در طراحی استفاده کرده و یک مفهوم ابتکاری و بهینه، برای فضاهای طراحی شده و وظایف جریان ایجاد کنید. هیچ طراحی اولیه‌ای لازم نیست. با استفاده از حلگرهای CFD استاندارد صنعت ، فقط به یک راه حل نیاز است. این فناوری در واقع، پیشرفته ترین نوع بهینه‌سازی را ارائه می‌دهد که به مهندسان کمک می‌کند تا بتوانند از این انعطاف پذیری کامل در طراحی استفاده کرده، طرحهای نوآورانه محصول را بر اساس یک مفهوم ابتکاری و بهینه برای فضاهای طراحی شده مشخص و وظایف جریان معین ایجاد کنند.

به طور حلاصه می‌توان گفت، هر دو محصول Tosca Structure و Tosca Fluid از مجموعه Simulia Tusca، به عنوان فنآوری‌های پیشرو در بهینه‌سازی ساختاری و بهینه‌سازی جریان، قادر به ارائه طیف کاملی از راه‌حلهای بهینه سازی کارآمد را بر اساس استاندارد صنعت، از طراحی مفهوم اولیه گرفته تا پیشرفتهای دقیق در طراحی، هستند. این امر، رسیدن به حداکثر میزان کارایی و بهره‌وری را برای مهندسین به ارمغان می‌آورد.