نرم افزار آباکوس چیست؟ | کاربردها و ویژگی‌های ABAQUS + ویدیو

در این آموزش ابتدا توضیح مختصری پیرامون تاریخچه، نحوه پیدایش؛ ریشه نام و لوگو نرم‌افزار آباکوس ارائه میدهیم، سپس طیف کاربرد نرم‌افزار آباکوس در زمینه‌های مختلف و محصولات آباکوس مورد واکاوی قرار خواهد گرفت. قبل از شروع این سوال رو از شما می‌پرسم که “چرا بسیاری از افراد در محیط‌های آکادمیک و صنعتی، برای تحلیل و شبیه‌سازی مسائل خود از نرم‌افزار ABAQUS استفاده می‌کنند؟!” چرا به شکل گسترده در صنایع اتومبیل‌سازی، هوافضا و ساخت تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد؟! پاسخ این سوال را در انتهای مطالعه این مقاله خواهید فهمید.

در فیلم آموزشی زیر بطور کامل پروسه حل یک مساله آباکوس به همراه توضیحات پیرامون تمامی ماژول های تشریح میشود. مشاهده فیلم آموزشی زیر دید جامعی پیرامون روند آنالیز در نرم افزار ABAQUS به شما میدهد.

نرم افزار آباکوس چیست ؟

نرم‌افزار آباکوس مجموعه‌ای بسیار توانمند از برنامه‌های مدل‌سازی، تحلیل و شبیه‌سازی است. ABAQUS بر پایه روش اجزاء محدود (FEM) شکل گرفته و توانایی حل طیف گسترده‌ای از مسائل علمی و صنعتی را داراست. شبیه سازی و تحلیل مسائل ساده و دارای تحلیل خطی تا مباحث پیچیده مدل‌سازی غیرخطی توسط آباکوس انجام میشود.

محیط کاربرپسند و جذاب در کنار کتابخانه قوی پیش‌بینی رفتار مواد مهندسی از آباکوس نرم‌افزاری کارآمد و مورد توجه محققین ساخته است. آباکوس در مهندسی پزشکی، مهندسی مکانیک، برق، عمران، هوافضا و… کاربرد دارد. مواد مهندسی زیر در آباکوس قابل شبیه سازی است.

• فلزات
• لاستیک‌ها
• مواد پلیمری
• کامپوزیت‌ها
• بتن‌های تقویت‌شده
• فوم‌های فنری
• سنگ و خاک
• سایر مصالح عمرانی و…

اولین نسخه از نرم‌افزار در سال 1978 میلادی توسط شرکت HKS بصورت رسمی به بازار عرضه شد. هر سال با بهبودهای فراوان و دقت نظر کارشناسان مورد بازبینی قرار گرفت و ارائه نسخه‌های متعدد آن به شکل منظم با استقبال محققین و صنعتگران روبرو شد.

در اواخر سال ۲۰۰۲ اسم شرکت از HKS به ABAQUS تغییر یافت و در نهایت در اکتبر ۲۰۰۵ شرکت ABAQUS با ۵۲۵ نفر کارمند توسط شرکت فرانسوی داسو سیستم به قیمت ۴۱۳ میلیون دلار خریداری شد. از آن پس این نرم‌افزار با اضافه شدن یکسری ابزار دیگر با نام تجاری سیمولیا شناخته می‌شود. امروزه آباکوس توسط شرکت فرانسوی داسو سیستم (Dassault Systèmes) تولید و عرضه می‌شود. نام و لوگوی نرم‌افزار آباکوس از کلمه “چرتکه (Abacus)” الهام گرفته شده که خود یادآور انجام محاسبات ریاضی است.

ویژگی‌های نرم افزار آباکوس

1. محیط کاربری بسیار زیبا و کاربرپسند
2. محیط مدل‌سازی دوبعدی و سه‌بعدی بسیار پیشرفته و در عین حال قابل درک
3. ارتباط جامع با نرم‌افزارهای طراحی تراز اول دنیا مثل کتیا (CATiA) و سالیدورکس (SOLIDWORKS)
4. کدهای حلگر قدرتمند و دقیق غیرخطی
5. قابلیت توسعه به‌کمک اسکریپت‌های پایتون (Python)، فایل متنی ورودی (.inp)
6. قابلیت ایجاد GUI
7. امکان کاربری زیربرنامه‌های زبان فرترن (FORTRAN)
8. قابلیت تحلیل به‌روش پردازش موازی
9. مقبولیت بسیار بالا در جوامع دانشگاهی

طیف کاربرد Abaqus در چه زمینه هایی است؟

نرم‌افزار آباکوس به شکل گسترده در صنایع اتومبیل‌سازی، هوافضا و ساخت تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول، با سایر نرم‌افزارهای علمی و طراحی سازگار بوده و از زبان متن باز پایتون (Python) برای برنامه‌نویسی بهره می برد. به همین دلیل توانایی گسترده‌ای در ایجاد تغییرات در مدل ماده و بارگذاری دلخواه را به کاربر می‌دهد. همچنین این نرم‌افزار مجموعه بسیار مناسبی از قابلیت‌های فیزیکی در دنیای واقعی نظیر پیزوالکتریک، محیط‌های آکوستیک، محیط‌های متخلخل را فراهم می آورد. نرم‌افزار ABAQUS در ابتدا با هدف بررسی رفتار فیزیکی غیرخطی مواد ارائه گردید. نتیجه آن قابلیت بالای نرم‌افزار کنونی در تحلیل بازه گسترده از مواد با رفتار غیرخطی (مانند الاستومرها یا شبه لاستیک‌ها) است.

محصولات آباکوس

پنج محصول نرم‌افزار ABAQUS به شرح زیر است:

1. Abaqus/Standard: به کمک آن میتوانید طیف وسیعی از مسائل خطی و غیرخطی از جمله مسائل استاتیکی، انتقال حرارت و الکترونیک را تحلیل کنید.
2. Abaqus/Explicit: امکانات بی‌نظیری برای تحلیل مسائل غیرخطی با شرایط متغیر تماس پیدا خواهید کرد. شاید بتوان مجموعه مسائل شکل‌دهی، مدل‌سازی و تحلیل مسائل دینامیکی گذرا همچون ضربه، انفجار، برخورد و موارد شبه‌استاتیک را از موضوعاتی دانست که این بخش به‌خوبی از عهده آن برمی‌آید.
3. Abaqus/CAE or “Complete Abaqus Environment: رابط کاربری گرافیکی است که در مجموعه نرم‌افزاری آباکوس گنجانده شده است. محیط کاربری جذاب و کاربرپسند این امکان را برای شما فراهم می‌کند که به‌راحتی و با صرف کمترین زمان، مدل هندسی مناسبی از مسئله خود ایجاد کنید. 
4. Abaqus/CFD (Computational Fluid Dynamics): این بخش امکانات قدرتمند و بی‌نظیری در حوزه مکانیک سیالات محاسباتی در اختیار شما قرار می‌دهد.
5. Abaqus/Multiphysics: با استفاده از این محصول میتوانید مسائلی در حوزه پیزو الکتریک، الکتریک، حرارتی، آکوستیک را تحلیل و شبیه‌سازی کنید.

مراحل تحلیل مساله در آباکوس

تمامی نرم‌افزارهای اجزای محدود تراز اول از سه بخش حیاتی تشکیل شدند:

1. پیش پردازش یا مدلسازی (Pre-processing – modeling): وظیفه­ آماده سازی مدل مورد نظر برای تحلیل اجزای محدود را دارد.
2. پردازش یا تحلیل اجزای محدود (Processing – finite element analysis): قلب نرم‌افزار بوده و مجموعه­ حلگرهای مورد نیاز در تحلیل اجزای محدود را فراهم می آورد.
3. پس پردازش (Post-processing): وظیفه­ ارائه نتایج در قالب ابزارهای گرافیکی و نمودارها را داشته و خروجی مورد نیاز تحلیلگران را آماده می نماید.

نرم‌افزار Abaqus نیز با ارائه­ قابلیت های مدلسازی، تحلیل اجزای محدود و ارائه­ کانتورها و نمودارهای گرافیکی، مجموعه ای یکپارچه از نیازهای محققین را فراهم می­ آورد. بعلاوه بخش مدلسازی در نمونه های با هندسه­ پیچیده می­تواند در نرم‌افزارهای CAD انجام شده و جهت تحلیل اجزای محدود به آباکوس فراخوانی شود. شرکت داسو سیستم نیز با ارائه­ یک بسته تحت عنوان Abaqus for CATIA، قابلیت های پردازش و پس پردازش را به نرم‌افزار محبوب و کاربرپسند CATIA (که خود یکی از قویترین نرم‌افزارهای پیش پردازش است) به ارمغان آورده است.

رویه کلی حل در ABAQUS (ماژول های آباکوس)

آباکوس به‌عنوان یکی از پیشگامان تراز اول دنیای شبیه‌سازی و تحلیل عددی، هر سه مرحله پیش‌پردازش، تحلیل و پس‌پردازش (مشاهده نتایج) را در یک محیط گرافیکی قرار میدهد. نرم‌افزار Abaqus قادر است تا با در اختیار داشتن ماژول‌های مختلف، مجموعه وظایف سه‌گانه فوق را در بالاترین سطح انجام دهد. کاربران بایستی 10 گام را تا مشاهده نتایج حل در ABAQUS طی کنند. در ادامه به بررسی هر کدام از این مراحل و کارایی ماژول های آباکوس خواهیم پرداخت.

1. Sketch — ایجاد ترسیم هندسه دوبعدی
2. Part — ایجاد مدل هندسی سه بعدی با استفاده از ترسیمه مرحله قبل
3. Property — اختصاص خواص ماده و سطح مقطع در
4. Assembly — مونتاژ مدل
5. Step — تنظیمات رویه آنالیز و تعیین پارامترهای خروجی
6. Interaction — تعریف تماس بین قطعات (در صورت وجود)
7. Load — اعمال بار و شرایط مرزی به قطعات
8. Mesh — مش بندی
9. Job — ایجاد یک دستور حل مسئله و ارسال آن برای تحلیل
10. Visualization — مشاهده نتایج آنالیز

1. ترسیم هندسه مسئله در آباکوس

اولین قدم در حل یک مسئله فیزیکی به روش اجزا محدود، ایجاد مدل هندسی مناسب از مسئله است.

ماژول Part در آباکوس، محیط تخصصی ایجاد هندسه قطعات (از ساده تا پیچیده) است. ترسیم قطعات Solid، خرپا (Truss)، ورق (Plate) و پوسته (Shell) در کنار ابزارهای پیشرفته CAD از آباکوس یک ابزار همه فن حریف در ایجاد مدل هندسی ساخته است. اما فراموش نکنید که آباکوس یک نرم‌افزار اجزا محدود است و نباید انتظار داشته باشید ابزارهای موجود در ماژول Part امکاناتی به وسعت نرم‌افزارهای تخصصی طراحی نظیر CATIA، SolidWorks یا Inventor در اختیار شما قرار دهد.

یکی از نقاط مثبت Abaqus، امکان فراخوانی مدل‌های هندسی ساده و پیشرفته از نرم‌افزارهای تخصصی نظیر کتیا و سالیدورک است. به کمک آن عملاً محدودیتی در تحلیل قطعات با هندسه‌های پیچیده و جزئیات بالا نخواهید داشت.

چگونه فایل های CAD را در آباکوس import کنیم؟

برای وارد کردن یک قطعه از مسیر File > Import > Part اقدام کنید. سپس در پنجره باز شده و در قسمت File Filter فرمت مدنظر خودتان را انتخاب کنید. برای مثال جهت وارد کردن قطعه‌ای از نرم‌افزار سالیدورک می‌توانید قطعه موردنظر را با فرمت STEP ذخیره کرده و با انتخاب این فرمت در قسمت File Filter آنرا Import کنید.

فرمت های مجاز جهت import در آباکوس به شرح زیر است.

• Parts: ACIS SAT (.sat) — IGES (.igs, .iges) — VDA (.vda) — STEP (.stp, .step) — CATIA V4 (.model, .catdata, .exp) — CATIA V5 (.CATPart, .CATProduct) — Parasolid (.x_t, .x_b, .xmt) — ProE/NX Elysium Neutral (.enf) — Output Database (.odb) — Substructure (.sim)
• Model: Abaqus/CAE Database (.cae) — Abaqus Input File (.inp, .pes) — Abaqus Output Database (.odb) — Nastran Input File (.bdf, .dat, .nas, .nastran, .blk, .bulk) — Ansys Input File (.cdb)
• Sketches: ACIS SAT (.sat) — IGES (.igs, .iges) — STEP (.stp, .step) — AutoCAD DXF (.dxf)
• Assemblies: Assembly Neutral (.eaf) — CATIA V4 (.model, .catdata, .exp) — Parasolid (.x_t, .x_b, .xmt) — ProE/NX Elysium Neutral (.enf)

2. تعریف ماده و تخصیص آن به قطعات در ABAQUS

پس از اینکه مدل هندسی مورد نظر خود را در آباکوس ترسیم و یا آن‌را در محیط این نرم‌افزار فراخوانی کردید، باید به تعریف ماده و اختصاص آن به Partهای ایجاد شده در گام قبل بپردازید. در این راستا، ماژول Property آباکوس امکانات وسیعی و خاص و ویژه را در اختیار کاربران قرار میدهد.

• تعریف خواص مکانیکی
• چگالی
• خواص حرارتی
• خواص مغناطیسی
• معیارهای آسیب و گسیختگی
• تعریف پارامترهای سخت‌شوندگی در بارگذاری سیکلی
• خواص وابسته به دما
• قابلیت برنامه‌نویسی در مواقع ضروری که پیش‌فرض‌های نرم‌افزار جوابگوی نیاز کاربر نیست.

3. مونتاژ و جایابی قطعات

برای مدل‌سازی یک سیستم که در آن چندین قطعه مختلف وجود داشته باشد، پس از ترسیم تک‌تک قطعات در ماژول Part، به‌کمک ابزارها و قیود هندسی تعبیه شده در ماژول Assembly قادر خواهید بود تا به تعداد مورد نیاز از هر قطعه کپی کرده و آن‌ها را در موقعیت دلخواه مناسب برای تحلیل قرار دهید. در واقع به‌وسیله ماژول Assembly موقعیت و جایگیری قطعات را اصلاح می‌نمایید.

4. قلب تپنده تحلیل : انتخاب حلگر مناسب

پس از ایجاد قطعه، تعریف ماده و جایابی قطعات نسبت به یکدیگر به ماژول Step وارد می‌شویم. شاید این بخش را بتوان یکی از مهم‌ترین قسمت‌های یک تحلیل اجزا محدود در آباکوس دانست. بسته به حوزه معادلات حاکم بر مسئله، باید ابزار مناسبی برای حل انتخاب کنید. انتخاب یک یا چند گام حل مناسب کاملاً به هدف شما از تحلیل و ماهیت مسئله بازمی‌گردد. همچنین در صورتی که در یک مسئله چندین نوع بارگذاری به ترتیب انجام شود، می‌توان برای هر بارگذاری یک Step جداگانه درنظر گرفت.

5. تعیین برهم‌کنش بین قطعات در حل

تحلیل‌های حوزه مکانیک برخورد و مسائل تماسی را باید از گسترده‌ترین و در عین حال محبوبترین موضوعاتی دانست که توجه محققین را به‌خود جلب کرده است. به‌کمک امکانات موجود در ماژول Interaction قادر خواهید بود به تعریف و نحوه اعمال انواع قیود در آباکوس شامل تعیین خواص برخورد، ایجاد قیود چند نقطه‌ای در آباکوس، اتصال دهنده‌ها، تشخیص نقاط برخورد و . . . بپردازید. پُر واضح است که Interaction از ماژول‌های مهمی است که به فراخور مسئله، به آن نیاز پیدا می‌‌کنید و جزء ماژول‌های ضروری در هر تحلیلی نیست.

6. بارگذاری و اعمال شرایط مرزی و اولیه در آباکوس

پس از تعریف گام‌های زمانی حل و برهم‌کنش بین قطعات مختلف، ضروری است به تعیین شرایط مرزی و اولیه حاکم بر یک مسئله در ماژول Load بپردازیم. امکاناتی مثل مقید کردن قطعه در راستای خاص، اعمال بارهای متمرکز و گسترده، در نظر گرفتن نیروی جاذبه، بارهای مغناطیسی، تعریف سرعت و فشار در تحلیل CFD در این ماژول است.

7. شناخت دقیق المان‌ها، فرمول‌بندی حاکم، الگوریتم مش‌زنی

در ادامه آموزش آباکوس به ماژول مش میرسیم، ماژول Mesh را می‌توان نقطه اشتراک تئوری‌های حاکم بر اجزای محدود و ابزارهایی نظیر Abaqus دانست. رسیدن به جواب‌های قابل اعتماد در گرو استفاده از یک شبکه اجزا محدود مناسب (از نظر اندازه و کیفیت) و همین‌طور المان‌های مرتبط است.

شناخت قواعد نامگذاری المان‌ها در آباکوس، شناخت المان‌ها با انتگرال‌گیری کامل و کاهش یافته، المان‌های هیبریدی در Abaqus، تکنیک های مش بندی آباکوس، الگوریتم‌های مش‌زنی از موارد مهمی است که در ماژول Mesh قابل کنترل است. فراموش نکنید انتخاب المان مناسب کاملا به حلگر تعریف شده در ماژول Step وابسته است.

8. Submit کردن حل در ماژول Job

پس از اتمام گام‌های فوق قادر خواهید بود تا مسئله را به‌وسیله نرم‌افزار آباکوس حل کنید. چنانچه خطایی رخ دهد و آباکوس فرایند حل را متوقف سازد باید با مرتفع کردن دلایل ایجاد خطا به حل مجدد مسئله پرداخت. منشأ خطا می‌تواند در هر کدام از ماژول‌های پیشین باشد. در حین فرایند حل فایل‌های متنوعی ایجاد می‌شود که اطلاعات مفید و کاربردی در خصوص زمان حل، نتایج، گام‌های زمانی و . . . را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. مشاهده خطاهای آباکوس نیز در این ماژول میسر است.

9. پس‌پردازش و مشاهده نتایج حل

پس از به اتمام رسیدن حل یک مسئله، می‌توانید نتایج و خروجی‌های مورد انتظار را در قالب کانتورهای رنگی، فیلم و یا نمودار مشاهده کنید. همچنین می‌توانید با تعریف مسیر بر روی جسم، مقادیر مورد نظرتان را در یک مسیر خاص قرائت نمایید.

همچنین در کنار امکانات تعبیه شده در آباکوس برای حل یک مسئله، امکانات جانبی نظیر اسکریپت‌نویسی به کمک زبان Python و یا سابروتین نویسی در آباکوس به کمک زبان FORTRAN نیز برای کاربران وجود دارد. بنابراین در صورت لزوم میتوانید چارچوب‌های پیش فرض نرم‌افزار را شکسته و بدون محدودیت خاصی به کدنویسی برای تعریف ماده، بارگذاری مورد نظر و حتی المان دلخواه بپردازید.

راهنمای 3000 صفحه ای آباکوس!

محققین و کاربران آکادمیک و صنعتی همواره نیاز به دسترسی راحت به اطلاعات، فرمول بندی حل و روابط حاکم دارند. مسائل بی شماری در صنعت وجود دارد که مهندسین طراح نخستین بار با آن مواجه می شوند به همین دلیل نیازمند راهنمایی های گسترده در مدلسازی، استفاده از حلگر و سایر موارد می باشند.

داکیومنتیشن آباکوس شامل بانک کاملی از روش های حل، معرفی گام های تحلیل، مثال های متنوع و کاربردی و نیز تئوری ها و روابط ریاضی است. Abaqus Documentation بدون شک یکی از کاملترین و بهترین مراجع راهنمای گام به گام نرم‌افزار آباکوس است. طبقه ­بندی بسیار دقیق اطلاعات و مجموعه­ کم­ نظیر Help این امکان را فراهم آورده است که مبتدیان در خصوص نحوه­ مدل­سازی، نحوه­ استفاده از دستورات و غیره پا به پای افراد خبره و دانشگاهی (درخصوص معادلات حاکم، فرمول­بندی حل و پشت­ پرده­ نرم‌افزار) گام بردارند و نیاز­های خود را مرتفع سازند.

مروری بر Abaqus Documentation

جدیدترین نسخه Abaqus و راهنمای نصب آن

بی‌شک اگر بتوان متر و معیاری برای پیشرفته بودن یک نرم‌افزار تحلیلی یا محاسباتی ارائه کرد، روند آپدیت و بروز نگه داشتن آن نرم‌افزار، یک پارامتر مهم در این زمینه محسوب شده و وزن بالایی به خود اختصاص خواهد داد. در این میان، کمپانی داسو سیستمز به عنوان توسعه‌دهنده نرم‌افزار آباکوس در انتهای هر سال میلادی نسخه جدید این نرم افزار را ارائه میکند. شما دوستان عزیز میتوانید جهت دانلود نرم‌افزار آباکوس 2022 (Simulia Abaqus 2022)  و آموزش نحوه نصب آباکوس 2022 و لایسنس آن و یافتن حداقل سیستم مورد نیاز برای آباکوس (سخت‌افزار مورد نیاز جهت نصب Abaqus) به لینک زیر مراجعه فرمایید.

آموزش نصب آباکوس 2022

پکیج آموزش آباکوس

بدون شک هر یک از ویژگی ­های ممتاز فوق به تنهایی می­تواند یک کاربر حرفه ­ای را به استفاده از Abaqus ترغیب کند، حال آنکه این نرم‌افزار تمامی امکانات فوق را در محیط جذاب و گرافیکی خود جای داده است. در نهایت، آیا هنوز هم در استفاده از آباکوس مردد هستید؟! در مقاله ای بصورت کامل خط مشی آموزش آباکوس را تشریح کردیم اگر میخواهید بدانید از کجا شروع کنید حتما مقاله آموزشی مربوطه را مطالعه بفرمایید چرا که بدون شک شناخت شما عزیزان از مسیر صحیح آموزش Abaqus قدمی کاملا ضروری است. جهت مطالعه این مقاله آموزشی روی لینک زیر کلیک کنید.

دانلود پکیج آموزش آباکوس

توجه: شما دوستان عزیز می‌توانید به لینک زیر مراجعه کنید و از پکیج آباکوس که بصورت گام به گام و 0 تا 100 و در 10 فصل آموزشی شامل 85 فیلم آموزشی آباکوس در مدت 25 ساعت تهیه شده است بهره ببرید.

بعد از استفاده از این پکیج شما یک آباکوس‌کار حرفه‌ای هستید، چراکه بسیاری از دانشجویان و صنعتگران فقط کاربر آباکوس هستند و دلیل استفاده از خیلی آیتم‌ها برای آن‌ها روشن نیست و صرفا به شکل تجربی فرا گرفتند. قطعا دانشجویان این دوره آموزشی تایید می‌فرمایند که اگر با یک مسئله جدید مواجه شوند خیلی راحت میتوانند با استدلال و منطق ماژول‌های مختلف را جلو برده و دلیل انتخاب هر آیتم برای آن‌ها کاملا مشخص است.

دانلود پکیج آموزش ویدیویی آباکوس