ایستاسازه
En Ar

خانه - مطالب آموزشی - معرفی نرم افزار Abaqus

نرم‌افزار ABAQUS آباکوس از قدرتمندترین نرم‌افزارهایی است که حل مسائل در آن‌ها به روش اجزای محدود انجام می‌گیرد. آباکوس با دسترسی آسان به منوها، کتابخانه‌ای غنی از انواع المان‌ها و فضای کاربرپسند، از جذاب‌ترین نرم‌افزارهای مهندسی حال حاضر است.

این نرم افزار با دارا بودن مجموعه وسیعی از المان‌ها قابلیت شبیه سازی هر هندسه ‌ای را به کاربر می‌دهد. از آباکوس می‌توان در حل مسائل مختلفی در حوزه‌های هوافضا، مکانیک، عمران و متالوژی استفاده کرد؛ هم‌چنین استفاده از این نرم افزار فقط به مسائل مکانیک جامدات محدود نمی‌شود و در تحلیل مسائل انتقال حرارت، انتقال جرم، اکوستیک و… نیز کاربرد دارد.

ازآن‌جا که آباکوس در ابتدا برای تحلیل مدل‌های پیچیده‌ی غیر خطی طراحی شده، تحلیل‌های خطی مسائل ساده‌ای برای این نرم‌افزار محسوب می‌شوند. کدنویسی آباکوس به زبان برنامه‌نویسی متن باز (Open Source) پایتون (Python) است و امکان اسکریپت نویسی به این زبان در محیط برنامه وجود دارد. ساب‌روتین نویسی به زبان برنامه‌نویسی فورترن (Fortran) نیز در فضای آباکوس امکان‌پذیر است. با استفاده از این امکان می‌توان مدل‌های رفتاری جدید، بارگذاری‌های خاص و مواردی این‌چنینی را به آباکوس اضافه کرد.

مدل سازی رفتار غیر خطی ستون فلزی به همراه صفحه ستون و پی مربعی، مدل سازی شده با المان Solid در نرم افزار Abaqus - شرکت ایستاسازه
مدل سازی رفتار غیر خطی ستون فلزی به همراه صفحه ستون و پی مربعی، مدل سازی شده با المان Solid در نرم افزار Abaqus

اولین نسخه‌ی نرم افزار Abaqus

نام نرم افزار Abaqus از لغت Abacus به معنای چرتکه و Abax (در زبان یونانی) به معنی تخته پوشیده شده با ماسه الهام گرفته شده که بی ارتباط با کاربرد آن نیست. ایده‌ی اولیه‌ی تولید نرم‌افزار آباکوس در سال ۱۹۷۲ و ضمن تز دکترای David Hibitt در دانشگاه براون شکل گرفت. David Hibitt و دو نفر از شرکایش، شرکت HKS را در سال ۱۹۷۸ تأسیس و نخستین ویرایش آباکوس را ارائه کردند. این ویرایش به منظور حل یک مسئله‌ی اجزای محدود در ۱۵۰۰۰ خط به زبان فورترن (Fortran) نوشته شده بود. این نرم‌افزار به‌تدریج ارتقا پیدا کرد و در سال ۱۹۹۱ به همراه حلگر ABAQUS/Explicit روانه‌ی بازار شد. نهایتاً شرکت HKS نخستین نسخه‌ی گرافیکی و تحت ویندوز آباکوس را با عنوان ABAQUS 6.3 در سال ۱۹۹۹ منتشر کرد. این نسخه شامل ۹ بخش گوناگون برای مدل‌سازی، تحلیل و دریافت خروجی‌های حاصل از حل مسئله بوده‌است. مالکیت آباکوس از سال ۲۰۰۸ توسط شرکت Dassault Systems، از پیشتازان عرصه‌ی تولید نرم‌افزارهای شبیه‌سازی سه‌بعدی، خریداری شد. پس از این خرید، نام ABAQUS Inc که پیش‌تر با نام HKS Inc شناخته می‌شد؛ به Simulia (سیمولیا) تغییر یافت. این کمپانی در شاخه‌ی تحلیل، ABAQUS و در شاخه‌ی طراحی و ساخت، نرم‌افزارهای CATIA و SolidWorks را ارائه داده است.

ABAQUS چه ویژگی‌هایی دارد؟

  • با استفاده از آباکوس می‌توان اجزای تشکیل‌دهنده‌ی یک مدل را ساخت، مدل رفتاری هر جزء را به آن اختصاص داد و دوباره این اجزا را برای تحلیل مدل مونتاژ کرد.
  • حل مسائل استاتیکی و دینامیکی با تغییر شکل‌ های بزرگ در فضای دو و سه بعدی از توانایی‌های آباکوس است.
  • دربرداشتن مجموعه‌ی کاملی از المان‌ها و مدل‌های رفتاری مصالح، ازجمله برتری‌های آباکوس نسبت به دیگر نرم‌افزارهای مهندسی است.
  • از دیگر قابلیت‌های این نرم‌افزار می‌توان به تخمین میزان تخریب المان‌های یک سازه و بهینه‌سازی طراحی المان‌ها اشاره کرد.

با ABAQUS چه کاری انجام می شود؟

استفاده از آباکوس تنها محدود به حل مسائل تنش ـ کرنش نیست. کاربر با استفاده از این نرم‌افزار قادر به حل مسائل انتقال جرم و حرارت و تحلیل‌های حرارتی المان‌های الکتریکی خواهد بود. آباکوس در صنایعی هم‌چون خودروسازی و ماشین‌سازی، صنایع دفاعی، صنعت پلاستیک، ساخت کالاهای الکترونیکی، صنعتی و تجهیزات پزشکی کاربرد دارد.

مدل سازی اتصال سازه فضا کار با المان Solid و به دست آوردن نمودار بار - جابجایی در نرم افزار ABAQUS - شرکت عمرانیایستا سازه
مدل سازی اتصال سازه فضا کار با المان Solid و به دست آوردن نمودار بار – جابجایی در نرم افزار ABAQUS

روش اجزاء محدود چیست؟

روش اجزاء محدود (المان محدود) یا همان FEM یک روش عددی برای حل معادلات دیفرانسیل است. این روش با حذف معادلات دیفرانسیل و یا تبدیل آن‌ها به معادلات دیفرانسیل معمولی به حل مسائل پیچیده می‌پردازد. روش المان محدود حاصل کار دو دانشمند به نام‌های الکساندرهرنیکوف و ریچارد کورانت است.

علاوه بر آباکوس نرم‌افزارهای دیگری مانند ANSYS ,NASTARAN ,COMSOL ,MAXWELL ,PLAXIS ,DIANA ,ETABS ,SAP2000 ,SAFE و FEMM نیز از روش المان محدود برای تجزیه و تحلیل مسائل استفاده می‌کنند.

چرا نرم افزار ABAQUS؟

با پیشرفت روز‌افزون علوم مهندسی استفاده از نرم افزار‌های شبیه سازی نیز توسعه یافت. با استفاده از این نرم افزار‌ها مهندسان می‌توانند تمامی ایده‌های خود را قبل از ساخت پیاده‌سازی نموده و نمونه‌های مختلف را از نظر کارایی با یکدیگر مقایسه و اعتبار‌سنجی نمایند.

  • ABAQUS یکی از قوی‌ترین نرم افزار‌ها در زمینه تحلیل به روش اجزاء محدود (FEM) است. برای حل مسائل به روش اجزاء محدود سه بخش پیش‌پردازش، پردازش و پس‌پردازش باید انجام شوند؛ یکی از نقاط قوت آباکوس فراهم کردن محیطی ساده و مناسب برای انجام هر سه بخش (پیش‌پردازش، پردازش و پس‌پردازش) است.
  • یکی دیگر از مزایای آباکوس توانایی کدنویسی به زبان پایتون است؛ در واقع کاربر می‌تواند بخش های مورد نظرش را به وسیله زبان پایتون به آباکوس بیافزاید. علاوه بر ویژگی های فوق آباکوس قابلیت سابروتین‌نویسی به زبان Fortran را نیز برای کاربر فراهم کرده است؛ این ویژگی سبب شده است که هر مدلی را چه در حوزه آکادمیک چه در حوزه صنعتی بتوان در آباکوس پیاده سازی کرد.
محاسبه مدهای ارتعاشی تیر کنسول در نرم افزار ABAQUS
محاسبه مدهای ارتعاشی تیر کنسول در نرم افزار ABAQUS

ساختار ABAQUS

ساختار آباکوس متشکل از ۵ هسته‌ی نرم‌افزاری است که در ادامه شرح مختصری از آن‌ها ارائه شده است:

  1. ABAQUS/CAE

CAE یا همان Complete ABAQUS Environment مرحله پیش پردازش است. این مرحله می‌تواند در آباکوس یا سایر نرم افزار‌ها انجام شود؛ در آباکوس از طریق بخش SKETCH مدل مسئله را بر اساس فیزیک آن ایجاد می کنیم؛ اگر روش دوم انتخاب شود و استفاده از سایر نرم افزار‌ها برای مرحله پیش پردازش ترجیح داده شود می توان از نرم افزار اتوکد استفاده نمود. نرم افزار‌ CAD یک محصول را رسم کرده و مرحله طراحی را مستند سازی می کند. از برنامه های CAD می توان برای رسم نمودار‌های دو و سه بعدی استفاده کرد. بعد از ساخت مدل در CAD، مدل باید در آباکوس وارد شود.

در پیش‌پردازش مراحل زیر انجام می‌شوند:

  • ایجاد مدل هندسی
  • مش‌بندی
  • تعریف نوع تحلیل
  • تعریف خواص هندسی و مواد المان ها
  • بارگذاری
  • اعمال شرایط مرزی

CAE فضایی شامل ۱۱ بخش برای مدل‌سازی و نمایش نتایج تحلیل است. به بیان دیگر این فضا رابط گرافیکی آباکوس است و امکان مدل‌سازی ویژوآل را برای کاربر فراهم می‌کند.

مدل سازی اتصال خورجینی در آباکوس - ایستا سازه
مدل سازی اتصال خورجینی در آباکوس

  1. ABAQUS/Standard

همان مرحله پردازش است. در این مرحله آباکوس مسئله تعریف شده در مدل را به روش عددی حل می‌کند. بستگی به پیچیدگی مسئله و قدرت پردازش سیستم مورد استفاده این مرحله ممکن است از چند ثانیه تا چندین روز طول بکشد. این پردازشگر برای تحلیل خطی و غیرخطی مدل‌های ساخته شده، از روش انتگرال گیری ضمنی استفاده می‌کند. با استفاده از این پردازشگر می‌توان تحلیل‌های:

  • استاتیکی
  • شبه‌استاتیکی
  • دینامیکی
  • مودال

را به راحتی انجام داد.

  1. ABAQUS/Explicit

در این مرحله پردازش انجام می گیرد. این پردازش کننده به روش انتگرال‌گیری صریح به حل مسائل با درجه‌‌ی غیرخطی بالا می‌پردازد. مسائلی با بارگذاری‌های گذرا و شرایط تماسی متغیر، با استفاده از این پردازشگر با دقت بالایی قابل حل هستند.

  1. ABAQUS/CFD

در فضای CFD که مخفف عبارت Computational Fluid Dynamic است، امکان تحلیل مسائل محاسباتی حوزه‌ی مکانیک سیالات وجود دارد.

  1. ABAQUS/Electromagnetic

در تحلیل مسائل الکترومغناطیس می‌توان از این حلگر استفاده کرد.

5 هسته نرم افزاری آباکوس
5 هسته نرم افزاری آباکوس

مرحله پس پردازش (ABAQUS/viewer)

ارزیابی نتایج بعد از پردازش هر مدل در این مرحله انجام می‌شود. مدول بصری، داده‌های باینری خروجی را خوانده و آن‌ها را به صورت کانتور‌های رنگی، نمودارها و انیمیشن‌ها نمایش می‌دهد.

آنالیز استاتیکی غیر خطی دیوار برشی کوپله بتنی مدل سازی شده با المان Solid در برنامه  ABAQUS
آنالیز استاتیکی غیر خطی دیوار برشی کوپله بتنی مدل سازی شده با المان Solid در برنامه  ABAQUS

بخش‌های (ماژول های) ABAQUS

در فضای آباکوس ۱۱ بخش مختلف وجود دارد که هریک از آن‌ها، تنظیمات منحصر به فردی دارند. با استفاده از این بخش‌ها کاربر می‌تواند مدل خود را اصلاح یا آن را تکمیل کند. در ادامه شرح مختصری از کارکرد این بخش‌ها آمده‌است:

بخش Part

در این بخش کاربر می‌تواند هندسه‌ی اعضایی را طراحی کند که می‌خواهد در آینده به تحلیل آن‌ها بپردازد. ابزارهای طراحی در این قسمت به دقت و توانمندی ابزارهای همانند در نرم‌افزارهای CATIA یا SolidWorks نیستند. با فراخوانی المان‌های طراحی شده در این نرم‌افزارها به آباکوس، می‌توان از قابلیت آن‌ها در طراحی المان‌ها بهره برد.

بخش Property

در این بخش، پس از تعریف مدل هندسی قطعه، جنس، خواص مکانیکی و سطح مقطع مناسب برای قطعه مورد نظر تعیین می گردد.

بخش Assembly

اگر هندسه مورد نظر از چندین بخش و قطعه تشکیل شده باشد، ابتدا باید هرکدام ازاین بخش‌ها به صورت جداگانه در بخش Part ترسیم شوند، سپس به کمک بخش Assembly می‌توان این قطعات را در کنار یکدیگر قرار داد و هندسه مورد نظر را ساخت. از جمله امکانات دیگر این بخش قابلیت جابجایی، دوران و تکرار قطعات مورد نظر است.

شبیه سازی قاب مهاربندی شده برون محور (EBF) در نرم افزار آباکوس - شرکت عمرانی مهندسی ایستاسازه
شبیه سازی قاب مهاربندی شده برون محور (EBF) در نرم افزار آباکوس

بخش Step

بعد از تعیین هندسه، جنس و خواص فیزیکی قطعه، نوبت به انتخاب نوع تحلیل مناسب می‌رسد. به عبارت دیگر خطی یا غیرخطی بودن تحلیل‌هایی که باید بر روی مجموعه‌ی تکمیل شده صورت گیرد، در این بخش تعیین می‌شود. کاربر در این بخش برخی شرایط اولیه‌ی مدل و نوع خروجی‌های حاصل از تحلیل آن را نیز مشخص می‌کند.

بخش Interaction

اگر هندسه مسئله شامل تماس بین چند قطعه و به دنبال آن بر‌‌هم‌کنش بین اجزاء باشد، برای نشان دادن این بر‌هم‌کنش‌ها باید از این بخش استفاده کنیم. همان طورکه از نامش هم پیداست، اندرکنش‌های موجود بین المان‌ها در این مرحله تعریف می‌شود. اعمال برخی قیود هندسی هم در این بخش صورت می‌گیرد.

بخش Load

در این بخش کاربر شرایط مرزی، نوع و نحوه‌ی اعمال بارگذاری‌ها و شرایط اولیه ی تحلیل را برای مدل تعریف می‌کند.

بخش Mesh

یکی از مراحل اصلی در روش تحلیلی اجزاء محدود مش ‌زنی هندسه مسئله است. در مرحله مش ‌زنی، باتوجه به شکل قطعه، هندسه پیوسته مسئله به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم شده و به صورت گسسته تقسیم بندی می‌شود. با استفاده از تکنیک‌های مش‌زنی کاربر قادر به مش بندی دقیق و با کیفیت مدل خواهد بود.

مدل اتصال صلب تیر با مقطع RBS به ستون در نرم افزار آباکوس
مدل اتصال صلب تیر با مقطع RBS به ستون در نرم افزار آباکوس

بخش Optimization

در این بخش با تعریف یک فرآیند بهینه سازی، اصلاح مدل اولیه و تکرار تحلیل، مدل جدیدی حاصل می‌شود. در نهایت با توجه به تنظیمات بهینه سازی ارائه شده توسط کاربر، عملکرد مدل جدید بهینه خواهد شد.

بخش Job

در این بخش با تعریف یک Job و اعمال تنظیمات دلخواه، فرآیند تحلیل مدل آغاز می‌شود. دنبال کردن روند حل مسئله و مشاهده خطاهای درحین حل نرم‌افزار از دیگر امکانات این بخش است. هم‌چنین کاربر تصمیم می‌گیرد چند هسته‌ی CPU و چه مقدار از RAM سیستم خود را در اختیار آباکوس قرار دهد.

بخش Visualization

در این بخش کاربر می‌تواند نتایج تحلیل‌های انجام شده را از ابتدای تحلیل و در زمان‌های دلخواه مشاهده کند. استخراج خروجی‌ها در قالب فایل‌های متنی، عکس، فیلم و نمودار ازجمله امکانات این بخش است.

بخش Sketch

در این بخش امکان رسم مقاطع مختلف از المان‌ها و مدل مونتاژی برای کاربر فراهم است.

مدل غیر خطی دال بتن آرمه در نرم افزار آباکوس - شرکت مهندسی ایستا سازه
مدل غیر خطی دال بتن آرمه در نرم افزار آباکوس

برای نصب ABAQUS به چه سیستمی نیاز دارید؟

نرم افزار DS SIMULIA ABAQUS CAE 2020 آخرین نسخه‌ی در دسترس آباکوس است. این نرم‌افزار تنها قابلیت نصب بر سیستم‌عامل‌های ۶۴ بیتی را دارد. برای نصب این نسخه از آباکوس ویندوزهای ۸ و ۱۰ پیشنهاد می‌شوند.

بهترین ویرایش ABAQUS کدام است؟

شرکت داسو سیستم اولین بار در نسخه 6.12 امکان تحلیل در حوزه الکترومغناطیس را به آباکوس افزود. امکان نصب لایسنس به صورت مجزا نیز از دیگر امکانات این نسخه است.

نسخه 6.14 بهبود یافته نسخه پرطرفدار 6.12 است. سهولت در لینک شدن با فرترن، قابلیت فراخوانی چند مدل مش‌زده، امکان تحلیل در سه حوزه الکترومغناطیس، سازه و CFD و سرعت حل بالا ازجمله امکانات این ویرایش آباکوس است.

با نصب نسخه 2016 نرم افزار آباکوس مجموعه کاملی از نرم‌افزارهای تحلیلی در اختیارکاربران قرار گرفت اما سرعت پایین در چک کردن اولیه فایل قبل از حل، از نقاط ضعف این نسخه است.

از نسخه 2018 به بعد، امکان تحلیل CFD از آباکوس حذف شد؛ هرچند آباکوس انتخاب اول کاربران برای تحلیل مسائل CFD نبود اما این موضوع کاربرانی را که از آباکوس برای تحلیل مسائل CFD خود استفاده می‌کردند غافلگیر کرد.

جدیدترین نسخه این نرم‌افزار، ویرایش 2020 آن است. تغییرات اساسی این ویرایش عبارتند از: قابلیت فراخوانی مستقیم قطعات طراحی شده در نرم‌افزار Solidworks، توانایی ارزشیابی داده های تست ماده برای مواد هایپرفوم، استفاده از دستگاه مختصات محلی برای نمایش پارامترهای اندازه‌گیری شده به کمک ابزار Query، شماره‌گذاری مجدد نقاط اتصال و المان‌های یک Part، به وسیله انتخاب قطعات وابسته به هم.

اتصال پیچی تیر به ستون مدل سازی شده با المان Solid در نرم افزار آباکوس - ایستا سازه
اتصال پیچی تیر به ستون مدل سازی شده با المان Solid در نرم افزار آباکوس

ABAQUS یا ANSYS؟

یکی از اصلی ترین شباهت های این دو نرم‌افزار استفاده از روش اجزاء محدود برای حل مسائل است. اولین نکته ای که در حین استفاده از یک نرم‌افزار برای کاربر مهم است و تأثیر زیادی در میزان رضایت کاربر دارد، رابط کاربری و سهولت استفاده از برنامه است؛ اگر محیط نرم افزار به طرز مناسبی طراحی نشده باشد و کاربر را گیج کند، میزان رضایت کاربران از نرم‌افزار به میزان قابل توجهی کاهش یافته و فرد ترجیح می‌دهد که به سراغ نرم‌افزاری دیگر برود. کاربر در هنگام کار با ABAQUS در مقایسه با ANSYS کمتر سردرگم شده و با پیچیدگی های کمتری مواجه می‌شود.

در تحلیل مسائل حوزه‌های مختلف هرکدام از این دو نرم‌افزار برتری‌های خاص خود را دارند؛ اگر در حیطه مسائل مکانیک شکست و تحلیل ترک فعالیت کنیم، ABAQUS قوی‌تر عمل می‌کند اما درحوزه مسائل مواد هوشمند، ANSYS بهتر است. به طور کلی ABAQUS در تحلیل‌های غیر‌خطی و مسائل وابسته به زمان بهتر عمل می‌کند اما برای تحلیل مسائل استاتیکی باید به سراغ ANSYS رفت.

تحلیل غیر خطی خرپا در نرم افزار Abaqus
تحلیل غیر خطی خرپا در نرم افزار Abaqus

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

راد خود حفار و متعلقات (Self Drilling Anchor Bar)

راد خود حفار و متعلقات (Self Drilling Anchor Bar) – [...]
بیشتر بخوانید

مبحث 7 مقررات ملی ساختمان (گودبرداری و پایش) – ویرایش آذرماه 1397

مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (گودبرداری و پایش) گودبرداری و [...]
بیشتر بخوانید

بهسازی خاک به روش تزریق و انواع روش های تزریق در خاک (Soil Injection)

بهسازی خاک به روش تزریق و انواع روش های تزریق [...]
بیشتر بخوانید

جداگرهای لرزه ای (Seismic Base Isolation)

جداگر های لرزه ای و میراگر(Seismic Base Isolation) جداگرهای لرزه [...]
بیشتر بخوانید