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. برای یادگیری این نرم افزار می توانید به آموزش نرم افزار آباکوس مراجعه کنید.
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، تحلیل های مودال (mode based analysis)، انتقال حرارت استفاده می
کند. در حقیقت این حلگر به منظور حل مسایل شبه استاتیکی، مسایلی که نیرو
های اینرسی دارای سهم اندک و قابل صرف نظر کردنی هستند و مسایل دینامیکی که
در آنها حرکت جسم صلب (rigid body motion) روی نمی دهد، توسعه داده شده
است.
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.
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.
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.
