نحوه اعمال انواع بارگذاری در آباکوس | متمرکز؛ گسترده؛ چرخه‌ای و…

اهداف آموزش: در این آموزش شما با روش‌های مختلف بارگذاری در آباکوس مثل Tabular ،Periodic، سینوسی و… (بارگذاری متمرکز، چرخه‌ای، گسترده) آشنا خواهید شد. بصورت خاص نحوه اعمال بارگذاری سیکلی در آباکوس (بارگذاری چرخه‌ای) و آموزش سابروتین DLOAD و VDLOAD جهت اعمال بار در Abaqus را شرح خواهیم داد.

 نحوه اعمال بار به قطعه در آباکوس

نکات و گام‌های تحلیل که در ماژول Load آباکوس انجام می‌شود بدون شک یکی از مهم‌ترین اقدامات در راستای آماده‌سازی مسئله برای حل خواهد بود. اعمال شرایط مرزی و همچنین بارگذاری بر مسئله امری اجتناب ناپذیر است و اصولا تحلیل یک مسئله بدون بار (مکانیکی، حرارتی، الکترومغناطیس و …) معنایی ندارد. در نقطه مقابل، علی‌رغم تمام ساده‌سازی‌هایی که می‌تواند در یک تحلیل اجزا محدود بکار رود، تا حد امکان سعی بر این است که در خصوص بار و شرایط مرزی ساده‌سازی صورت نگیرد تا نتایج دچار انحراف نشود و تا حد امکان به شرایط واقعی نزدیک باشد. از این‌رو اعمال بار به شکل صحیح به مجموعه مورد نظر حایز اهمیت بالایی است.

تنوع نحوه اعمال بار نیز از موضوعات جالب و جذاب صنعتی است. برخی بارها ماهیت نوسانی دارند و برخی دیگر به شکل استاتیکی اعمال می‌شوند. دسته‌ای از بارها دینامیکی هستند و گروهی دیگر حرارتی کوپل با نوسان (رجوع کنید به: تفاوت و شباهت‌های مسائل استاتیکی، شبه‌استاتیکی و دینامیکی). در این آموزش قصد داریم تا به شکل ساده، نحوه اعمال بار به قطعه در آباکوس را به شما آموزش دهیم. پس مثل همیشه با ما همراه باشید.

• به‌روزرسانی: این آموزش در تاریخ 24 دی 95 به‌روز شد.

پس از انتخاب نوع بار در ماژول Load می‌توانید نحوه اعمال آن را به دلخواه تغییر دهید. بعنوان مثال فرض کنید تیر یکسر درگیری تحت یک بار متمرکز در انتهای آزاد قرار گرفته است (تحلیل تیر سه بعدی در آباکوس). با انتخاب بار مربوطه و وارد کردن نیروی مورد نظر، در قسمت Amplitude می‌توانید نحوه اعمال این بار را نیز تعیین کنید. چنانچه پیش‌فرض مسئله را تغییر ندهید باید از حالت Ramp یا اعمال بار به شکل مثلثی استفاده کنید و اگر مایل به ایجاد تغییر در آن هستید، بر روی آیکون نشان داده شده در شکل زیر کلیک کنید.

همانطور که ملاحظه می‌کنید در پنجره باز شده گزینه‌های فراوانی در اختیار شما قرار دارد.

انواع بارگذاری در آباکوس

1. با حالت Tabular قادر خواهید بود تا نحوه اعمال بار را مطابق یک منحنی تعیین کنید.
2. به کمک حالت Periodic می‌توانید یک بار تناوبی با دامنه مشخص و بر اساس سری فوریه مربوطه را در تحلیل بگنجانید.
3. حالت Decay برای اعمال بارهای نمایی کاهشی
4. و Modulated برای بارهای سینوسی مطابق با رابطه حاکم (می‌توانید از راهنمای نرم‌افزار آباکوس کمک بگیرید) بکار می‌رود.
5. چنانچه دامنه بار اعمالی به قطعه وابسته به متغیرهای حل است حالت Solution Dependent انتخاب خوبی خواهد بود.
6. اگر بحث اعمال یک بار در بازه های یکسانی از زمان مطرح است، گزینه Equally Spaced پیش روی شما قرار دارد.
7. و اما در صورتی که هیچ یک از گزینه‌های فوق پاسخگوی نیاز شما نیست کافیست آستین را بالا بزنید و با انتخاب حالت User برنامه بارگذاری دلخواه خودتان را به نرم‌افزار آباکوس معرفی کنید.

با استفاده از مسیر Tools → Amplitude می‌توانید به ایجاد یک دامنه و یا اصلاح دامنه‌های موجود بپردازید و در اصطلاح آن‌ها را مدیریت کنید. همانطور که ملاحظه می‌کنید تنوعی بی نظیر از روش‌های اعمال بار در اختیار شماست، به نظر می‌رسد گزینه‌های موجود به خوبی بتواند از عهده همه مسائل برآید.

در ادامه قصد داریم تا شما همراهان عزیز را با دو شیوه اعمال بار متداول و پرتکرار آشنا کنیم: آموزش اعمال بارگذاری سیکلی در آباکوس، آموزش سابروتین DLOAD و VDLOAD جهت اعمال بار در آباکوس

آموزش اعمال بارگذاری سیکلیک در آباکوس (بارگذاری چرخه‌ای)

شاید بتوان بارگذاری سیکلی را از متداول‌ترین بارگذاری‌های اعمال شده به یک قطعه دانست. به شکل کلی ایجاد یک بار (اعم از جابجایی یا نیرو) به شکل تناوبی یا در اصطلاح رفت و برگشتی در یک قطعه، بارگذاری سیکلی نامیده می‌شود. نکته اصلی در بارگذاری سیکلی، وجود یک مقدار میانگین و یک دامنه اعمال بار (دامنه جابجایی، نیرو یا تنش) بر روی نمونه مورد نظر است. به‌عنوان مثال، شکل زیر نشان‌دهنده اعمال یک بار سیکلی به همراه نمایش دامنه و میانگین مقدار است.

از زاویه‌ای دیگر، بارگذاری‌های سیکلی را باید به دو دسته عمده و اساسی پرچرخه و کم‌چرخه تقسیم‌بندی کرد. اگر با اصول اسکریپت‌نویسی در آباکوس آشنا باشید (آشنایی با کدنویسی در آباکوس توسط پایتون) می‌دانید که یکی از بهترین گزینه‌ها برای اعمال یک تابع و یا دستور دارای نظم مشخص و تکراری، استفاده از اسکریپت‌نویسی است. از این‌رو شاید بتوان یکی از مناسب‌ترین روش‌های اعمال خستگی پرچرخه بر روی قطعه را کمک گرفتن از اسکریپت‌های به نسبت ساده دانست. اما اگر تعداد سیکل‌های اعمال بار بسیار محدود باشد (کمتر از 20 سیکل) می‌توان به کمک تعریف Amplitude نیز موضوع را مرتفع ساخت چرا که گاهاً بسیار سریع‌تر و کوتاه‌تر از روش‌های کدنویسی، پاسخگوی نیاز کاربران خواهد بود.

فرض کنید قصد دارید تا قطعه‌ای مشخص را تحت یک بارگذاری سیکلی کاملاً معکوس‌شونده (R=-1) قرار دهید (به این مفهوم که قطعه تجربه یکسانی از نظر دامنه جابجایی در کشش و فشار خواهد داشت؛ به دیگر بیان میزان بار میانگین صفر خواهد بود) و مدت زمانی که در ماژول Step برای این موضوع در نظر گرفته‌اید برابر 1 واحد زمانی است (زمان در تحلیل Implicit مفهوم واقعی خود را ندارد و تنها معیاری برای تقسیم فرایند حل به گام‌های کوچکتر است). حال از طریق مسیر ذکر شده در متن فوق، به سراغ تعریف Amplitude دلخواه بروید و مطابق شکل زیر از پنجره باز شده گزینه Tabular را برگزینید. سپس در ادامه، همانند پنجره سمت راست به تعریف ضرایب مورد نظر در اعمال بار سیکلی مربوطه بپردازید (عدد وارد شده در این بخش در میزان نیرو و یا جابجایی اعمال شده در ماژول Load ضرب خواهد شد).

بدین ترتیب قادر خواهید بود با تکنیکی ساده و سریع، به اعمال بارگذاری سیکلی با تعداد چرخه بسیار پایین در آباکوس بپردازید.

اعمال بار از طریق سابروتین‌نویسی در آباکوس؛ DLOAD و VDLOAD

پیش‌نیازها: مقدمه‌ای بر سابروتین‌نویسی در آباکوس

آباکوس همواره گزینه‌های جالبی در بخش‌های گوناگون خود در اختیار کاربران قرار داده تا چنانچه امکانات پیش فرض تعبیه شده در آن، پاسخگوی نیازشان نیست بتوانند دست به پیاده‌سازی ایده‌های خود بزنند و مدل‌سازی اجزای محدود مورد نظرشان را پیش ببرند. بدون شک، سابروتین‌نویسی در آباکوس را باید از لذتبخش‌ترین تجربه‌هایی دانست که کاربر به کمک آن قادر خواهد بود محدودیت‌های ظاهری شبیه‌سازی را شکسته و پا را فراتر از امکانات موجود در بسته نرم‌افزاری بگذارد. در این میان، سابروتین‌های اختصاصی برای اعمال بار در ماژول Load آباکوس با نام‌های DLOAD و VDLOAD ( به ترتیب در حلگرهای Implicit و  Explicit) گزینه‌های مناسبی در اعمال بار مورد نظر کاربر به‌شمار می‌آید.

در ابتدا نگاهی به قالب ظاهری سابروتین DLOAD آباکوس خواهیم انداخت:

در این سابروتین، KSTEP معرف شماره Step، NOEL نشان‌دهنده شماره المان و NPT معرف شماره نقطه انتگرال‌گیری در المان است. ناگفته پیداست به‌کمک این سابروتین می‌توانید هر نوع بارگذاری دلخواهی که در پیش‌فرض‌های آباکوس تعبیه نشده را پیاده‌سازی کنید. فراموش نکنید حتی بارگذاری‌های سیکلی با تعداد سیکل بالا نیز براحتی با سابروتین DLOAD قابل پیاده‌سازی خواهد بود. به‌عنوان مثال، در زیر متن سابروتین DLOAD برای اعمال یک بار گسترده بر روی المان تیر را مشاهده می‌کنید که با مکان تغییر می‌کند:

 SUBROUTINE DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,COORDS,
1                 JLTYP,SNAME)
INCLUDE ‘ABA_PARAM.INC’
DIMENSION TIME(2), COORDS(3)
CHARACTER*80 SNAME
C
IF ((KSTEP.eq.2) .OR. (KSTEP.eq.3)) THEN
F = -(2.5d+04)*(1.0d0-Abs((TIME(2)-25.0d0)/5.0d0))*               &
&    COS(65.7237d0*(-0.0239d0+COORDS(1)))
END IF
C
RETURN
END

منبع: آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک