انجمن تخصصی مهندسین مکانیک

برای حل کامل یک مساله با استفاده از تکنیک المان محدود، باید مراحل پیش پردازش، پردازش و پس پردازش طی بشوند. شما می توانید بدون نیاز به استفاده از یک نرم افزار ثانویه، تمام مراحل نامبرده را در خود محیط آباکوس انجام بدهید. اسم این محیط اصطلاحا abaqus/CAE است که در واقع همان رابط گرافیکی بین شما و اباکوس محسوب می شود. البته در برخی از موارد مانند انجام تحلیل هایی با هندسه و اشکال پیچیده نظیر مسایل صنعتی، لازم است که تمام یا بخشی از مرحله پیش پردازش ، در نرم افزاری نظیر هایپرمش انجام شود و سپس ادامه کار در نرم افزار آباکوس پیگیری شود. محیط آباکوس از یازده ماژول (module) مختلف تشکیل شده است. هر یک از ماژول ها آباکوس برای انجام بخشی از فرآیند آماده سازی و حل مدل المان محدود مورد استفاده قرار می گیرند. البته از بین این ماژول ها، ماژول های sketch و optimization کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

برای ایجاد مدل المان محدود در آباکوس، اول باید هندسه (geometry) مساله در آباکوس تعریف شود. برای اینکار، ابزار های متعددی برای طراحی انواع قطعات و ایجاد هندسه های مختلف در ماژول part تعبیه شده است. البته از آنجایی که آباکوس ذاتا یک نرم افزار تحلیل گر است، بنابراین ابزار های درون ماژول پارت به وسعت ابزار ها و امکانات موجود در نرم افزار های طراحی مثل کتیا (CATIA)، سالیدورکس (solidworks) و پرو اینجینیر(Pro/Engineer ) نمی باشد. بخاطر همین اگر قطعات شما دارای اشکال پیچیده ای باشند، در ابتدا باید فایل هندسه را که اصطلاحا به آن فایل CAD می گویند، در این نرم افزار ها طراحی کنید و سپس آن فایل CAD را به داخل آباکوس درون ریزی کنید.

مش بندی مدل

از آنجایی که برای تعریف و اعمال برخی از قیود (constraints)، اندرکنش ها (Interactions)، بار ها (Loads) و شرایط مرزی (boundary conditions) نیاز است که در مدل، گره و المان وجود داشته باشد، لذا توصیه می شود که بعد از ایجاد پارت ها، به ماژول مش بروید و قطعات را مش بزنید. از آنجایی که کیفیت مش و مناسب بودن المان ها اثر مستقیمی بر روی جواب های تحلیل المان محدود می گذارد، لذا باید در این مرحله شما تمام تلاشتان را بکنید تا بتوانید مش با کیفیت مناسب ایجاد کنید. در خیلی از موارد برای داشتن مش مطلوب، باید قطعه ناحیه بندی و یا اصطلاحا پارتیشن (partition) بندی بشود. در ماژول مش، ابزار های متعددی برای پارتیشن بندی و مش زنی مدل های دو بعدی و سه بعدی تعبیه شده است. برای پارتیشن بندی الگوریتم مشخصی وجود ندارد و شما می توانید الگو های متفاوت پارتیشن بندی را روی قطعاتتان اعمال کنید. بعد از اینکه قطعه به اندازه کافی پارتیشن بندی شد، شما می توانید با استفاده از تکنیک های متعدد مش زنی در آباکوس، قطعات را مش بزنید.

در قدم بعدی، شما می توانید به ماژول property بروید و خواص مکانیکی، ترمومکانیکی و …. را برای هر یک از part ها تعریف کنید. بسته به هدف مدل سازی و پدیده ای که قرار است شبیه سازی شود، خواص تعریف شده می تواند تغییر کند. آباکوس فاقد کتابخانه (library) برای مواد است و تمام ثوابت یک خاصیت (مثل رفتار الاستیک ) را شما باید از قبل پیدا کرده باشید و به هنگام تعریف خاصیت، آن ثوابت را در محل مناسب وارد کنید. در آباکوس طیف وسیعی از رفتار های مکانیکی، ترمو مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی قرار داده شده است. شما می توانید به هنگام تعریف ماده، از بین آنها خواص مورد نظر خودتون را انتخاب و مقدار دهی کنید.

در مرحله بعدی، در ماژول اسمبلی شما باید موقعیت نسبی قطعات نسبت به هم را تعیین کنید. نقش این ماژول و استفاده مناسب از آن در آنالیز های multibody (شامل چند پارت) پر رنگ می شود. در حقیقت در این نوع آنالیز ها، موقعیت نسبی قطعات نسبت به هم روی جواب ها و یا حتی اینکه حل بدون خطا انجام بشود، اثر مستقیمی دارد.

بعد از تعیین موقعیت مناسب پارت ها نسبت به هم، در ماژول استپ شما باید نوع تحلیل یا تحلیل هایی که می خواهید در آباکوس انجام بدهید را تعیین کنید. انتخاب استپ مناسب، درست مانند تعریف خواص رفتاری، کاملا به هدف آنالیز و پدیده هایی که قرار است شبیه سازی بشوند بستگی دارد. شما با تعیین استپ، عملا حلگری را که قرار است مدل شما را حل کند، انتخاب کرده اید. هر یک از حلگر های آباکوس دارای محدودیت های ذاتی هستند. این مساله بر انتخاب حل گر مناسب اثر مستقیمی می گذارد. شما می توانید در قالب تعریف History Output و Field Output، خروجی های آنالیز را تعیین کنید. در واقع به هنگام انجام آنالیز، بر اساس نوع استپ تعیین شده، مجموعه ای از محاسبات انجام می شود و در این بین یک سری پارامتر مدام محاسبه میشوند و سپس به روز می شوند. شما با انجام تنظیمات History Output و Field Output، مواردی مثل ناحیه ای از مدل که مقدار خروجی های مورد نظراتان را در آن ناحیه می خواهید و فرکانس ثبت نتایج را تعیین می کنید.

بعد از اتمام ماژول استپ، نوبت به ماژول interaction می رسد. شما می توانید اندرکنش بین پارت ها و برخی از قیود هندسی (مانند قیود tie ،equation و rigid body) را در این ماژول، بین اجزای مدل تعریف کنید.

پس از تعریف اندرکنش های بین قطعات، باید شرایط مرزی، بارگذاری ها و شرایط اولیه حاکم بر مساله، در ماژول Load به مدل اضافه شوند. شرایط مرزی می تواند شامل دادن شرط جابجایی صفر به برخی از سطوح یا دادن جابجایی به صورت تابعی از زمان باشد. توابع و امکانات متعددی برای تعریف انواع شرایط مرزی به صورت تابعی از مکان، زمان و یا هر دو در ماژول Load قرار داده شده است. در محیط آباکوس، بر اساس نوع استپ انتخاب شده، کتابخانه متفاوتی برای اعمال بار ها در اختیار شما قرار می گیرد. در کتابخانه بار های اباکوس (قابل دسترسی از پنجره create load) طیف وسیعی از بارگذاری ها تعریف شده است. شما می توانید با استفاده از آیکون Create Predefined Field، شرایط اولیه را در مدل خود تعریف کنید. مواردی مثل دمای اولیه جسم، سرعت اولیه گلوله پیش از برخورد به هدف و تنش های ناشی از فرآیندی که پیش از این روی قطعه اعمل شده است، جزء شرایط اولیه محسوب می شوند که باید در Initial Step (که همواره به صورت default تعریف شده است) تعریف بشوند.

در صورتی که پیش از رسیدن به ماژول استپ، هنوز استپ یا استپ هایی که باید در آنالیز گنجانده بشوند را برای خودتان مشخص نکرده بودید، حال می توانید به ماژول مش بروید و خانواده المان های ایجاد شده را به درستی انتخاب کنید چراکه انتخاب صحیح خانواده المان به استپ تعریف شده کاملا وابسته می باشد. با طی کردن تمام مراحل فوق الذکر از ماژول پارت تا ماژول مش، عملا تمام مراحل برای ایجاد یک مدل کامل طی شده است.

در نهایت باید در ماژول job، یک job تعریف شود. با submit کردن job تعریف شده، فرآیند حل مدل آغاز می شود. در صورت عدم  صدور خطا از طرف حلگر آباکوس حل به طور کامل و موفقیت آمیز به پایان می رسد. در صورت بروز خطا شما باید توضیحات و گزارشی که اباکوس به هنگام بروز خطا صادر می کند را به دقت مطالعه نموده و پس از مشخص شدن علت صدور خطا، با اصلاح تنظیمات مدل، job را از اول submit کنید. شما می توانید حتی در حین انجام فرآیند حل نیز به ماژول visualization رفته و خروجی هایی که تا آن زمان محاسبه شده است را مشاهده کنید. البته برای مشاهده نتایج، باید مدت زمان جلو رفته از حل از دوره تناوب ثبت نتایج بیشتر باشد تا حداقل یک سری داده ثبت شده باشد.

در ماژول ویژوالیزیشن، مجموعه ای از ابزار ها برای گرفتن خروجی مورد نظر در قالب نمودار، فیلم و یا فایل متنی شامل ستون هایی که نتایجی در آنها درج شده اند، تعبیه شده است.

در برخی از موارد شاید نیاز باشد تا در تعداد دفعات بالا، هر بار پس از اعمال تغییر کوچیکی در مدل، آن را دوباره run کنید. در این میان می توان به مواردی نظیر بهینه سازی هندسی قطعات و یا آنالیز حساسیت برخی از پارامتر های موجود در مدل اشاره نمود. شما می توانید با استفاده از کدنویسی به زبان پایتون که یکی از انواع کدنویسی در آباکوس است، به جای انجام این فرآیند به صورت دستی، آن را به صورت اتوماتیک انجام دهید. به طور کلی، در فرآیند های فرسایشی نظیر مثال های فوق الذکر، باید از کدنویسی به زبان پایتون استفاده شود. در مواردی که باید در کنار آباکوس، از نرم افزار MATLAB نیز استفاده شود و به گونه ای این دو نرم افزار با هم لینک شوند نیز یکی از راه ها استفاده از کدنویسی به زبان پایتون است.

همانطور که اشاره شد، در خصوص هر یک از مواردی نظیر خواص مواد، توابع مربوط به تعریف انواع بارها و شرایط مرزی، خواص تماس و شرایط اولیه کتابخانه های وسیعی در محیط اباکوس برای شما تعبیه شده است که می توانید به سادگی از آنها در مدل خود استفاده کنید. در هر جا که شما بخواهید تابع و یا مدل رفتاری خاصی (اعم از مدل رفتاری اندرکنش ها و یا رفتار مکانیکی) را در مدل خود استفاده کنید که در کتابخانه آباکوس موجود نیست، باید از سابروتین مربوط به تعریف آن رفتار یا خاصیت استفاده کنید و با کدنویسی آن رفتار یا خاصیت در قالب سابروتین، به زبان فرترن، رفتار موردنظر خود را به آباکوس معرفی کنید. در حقیقت استفاده از سابروتین نویسی در آباکوس سبب می شود تا شما بتوانید از قابلیت های آباکوس حداکثر بهره را ببرید. در ادامه برخی از پرکاربرد ترین سابروتین ها و موارد استفاده آنها آورده شده است.

برای تعریف خواص رفتاری که در پنجره Edit Material موجود نیست، شما می توانید از سابروتین هایی مانند UMAT ،VUMAT ،USDFLD ،VUSDFLD ،UHARD و VUHARD استفاده کنید.

برای تعریف بارهایی که توابع پیچیده ای از مکان و زمان هستند، شما می توانید از سابروتین هایی مانند DLoad و VDLoad استفاده کنید.

برای تعریف شرایط مرزی که توابع پیچیده ای از مکان و زمان هستند، شما می توانید از سابروتین هایی مانند disp و vdisp استفاده کنید.