آباکوس

نرم‌افزار آباکوس (به انگلیسی: ABAQUS) از جمله نرم‌افزاری‌های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزاء محدود (FEM) در بازار است. اسم و نشان این نرم‌افزار از لغت abacus در زبان انگلیسی به معنای چرتکه و (abax (ἄβαξ در زبان یونانی به معنای تخته پوشیده شده با ماسه، گرفته شده‌است.
این نرم‌افزار محصول شرکت فرانسوی داسو سیستمز می‌باشد.

SIMULIA Abaqus FEA

نویسنده(های) اصلی	داسو سیستمز
توسعه‌دهنده(ها)	ABAQUS Inc.[1]
انتشار پایدار	2021HF3 (6.21-4)
سیستم‌عامل	مایکروسافت ویندوز لینوکس [2][3]
گونه	مهندسی به کمک رایانه، روش اجزاء محدود
پروانه	نرم‌افزار تجاری مالکیتی
وبگاه

آباکوس قابلیت حل مسایل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده‌ترین مدلسازی غیر خطی را دارا می‌باشد. این نرم‌افزار دارای مجموعه المان‌های بسیار گسترده‌ای می‌باشد که هر نوع هندسه‌ای را می‌توان توسط این المان‌ها مدل کرد. همچنین دارای مدل‌های رفتاری بسیار زیادی است که در مدلسازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک‌ها، پلیمرها، کامپوزیت‌ها، بتن مسلح، فوم‌های فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می‌سازد. نظر به اینکه آباکوس یک ابزار مدلسازی عمومی و گسترده می‌باشد، استفاده از آن تنها محدود به تحلیل مسائل مکانیک جامدات (یعنی مسئله تنش - کرنش) نمی‌شود. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توان مسایل مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الکتریکی، اکوستیک، تراوش و پیزوالکتریک را مورد مطالعه قرار داد.

آباکوس با وجود اینکه مجموعه قابلیت‌های بسیار گسترده‌ای را در استفاده از نرم‌افزار اختیار کاربر قرار می‌دهد، کار نسبتاً ساده‌ای می‌باشد. پیچیده‌ترین مسایل را می‌توان به آسانی مدل کرد. به عنوان مثال مسایل شامل بیش از یک جزء را می‌توان با ایجاد مدل هندسی هر جزء و سپس نسبت داده رفتار ماده مربوط به هر جزء و سپس مونتاژ اجزاء مختلف مدل کرد. در اغلب مدلسازی‌ها، حتی مدل‌های با درجه غیر خطی بالا، کاربر می‌بایست تنها داده‌های مهندسی نظیر هندسه مسئله، رفتار ماده مربوط به آن، شرایط مرزی و بارگذاری آن مسئله را تعیین کند. آباکوس در یک تحلیل غیر خطی، به‌طور اتوماتیک میزان نمو بار و رواداری‌های همگرایی را انتخاب و همچنین در طول تحلیل مقادیر آن‌ها را جهت دستیابی به یک جواب صحیح تعدیل می‌کند. در نتیجه کاربر به ندرت می‌بایست مقادیر پارامترهای کنترلی حل عددی مسئله را تعیین کند.[4]

تاریخچه

ایده اصلی نرم‌افزار در تز دکترای دیوید هبیت در سال ۱۹۷۲ میلادی، تحت عنوان ”مکانیک محاسباتی بر پایه روش اجزای محدود“ در دانشگاه براون ارائه شد. در سال ۱۹۷۸ آقای Hibitt به همراه ۲ شریک خود Karlsson و Sorenson شرکت HKS را تأسیس کردند و اولین ویرایش آباکوس را منتشر ساختند. در سال ۱۹۹۱ شرکت HKS حلگر ABAQUS/Explicit را هم به مجموعه نرم‌افزار اضافه کرد و نرم‌افزار اصلی خود را منتشر ساخت. سرانجام در سال ۱۹۹۹ اولین نسخه گرافیکی تحت عنوان ABAQUS/CAE به بازار عرضه شد. اولین نسخه گرافیکی ABAQUS 6.3 بود که شامل ۹ ماژول برای مدلسازی، حل و استخراج نتایج بود.

بخش‌های آباکوس

Abaqus/CAE که شامل محیطی برای طراحی و مدلسازی (پیش پردازش) و نمایش گرافیکی نتایج حاصل از تحلیل است.

نرم‌افزار آباکوس شامل ۴ بخش است:

1. Abaqus/Standard که یک تحلیل گر کلی بر مبنای روش اجزای محدود می‌باشد و از رویکرد انتگرال‌گیری ضمنی استفاده می‌کند.
2. Abaqus/Explicit که یک تحلیل گر خاص اجزای محدود می‌باشد و از رویکرد صریح برای انتگرال‌گیری استفاده می‌کند و برای حل سیستم‌های غیرخطی شامل مسائل تماس و در حالت بارگذاری گذرا کاربرد دارد.
3. Abaqus/CFD که یک نرم‌افزار تحلیل دینامیک سیالات است و از نسخه ۶٫۰ به بعد به این مجموعه نرم‌افزاری اضافه شد.
4. Abaqus/Electromagnetic که یک نرم‌افزار تحلیل مسائل الکترومغناطیس است.

همچنین این نرم‌افزار از زبان برنامه‌نویس منبع باز پایتون برای برنامه‌نویسی در داخل نرم‌افزار پشتیبانی می‌کند. وجود امکان اسکریپت‌نویسی در داخل نرم‌افزار، قابلیت‌های مدلسازی آن را دو چندان می‌کند.
یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های نرم‌افزار آباکوس نسبت به سایر نرم‌افزارهای اجزای محدود موجود، امکان تغییر و اضافه کردن به امکانات و کتابخانه‌های نرم‌افزار است. قابلیتی تحت عنوان «ساب روتین»‌نویسی که ابزاری بسیار قدرتمند برای کاربران حرفه‌ای می‌باشد. ساب روتین در واقع یک مجموعه کد است که توسط کاربر با استفاده از زبان برنامه‌نویسی فرترن برای کاربرد خاصی نوشته می‌شود. با استفاده از این قابلیت می‌توان مواردی نظیر تعریف مدل‌های رفتاری جدید، انجام بارگذاری‌های خاص و... را انجام داد.[5]

مبانی نرم‌افزار آباکوس

یک تحلیل کامل در برنامه آباکوس معمولاً از سه مرحله تشکیل شده‌است:[6]

1. مرحله پیش پردازش
2. مرحله پردازش
3. مرحله پس پردازش
   

انواع پردازش در آباکوس به سه مرحله مطابق شکل زیر به وسیله تعدادی فایل با یکدیگر ارتباط دارند.

مرحله پیش پردازش (Abaqus/CAE)

در این مرحله شما باید مدل مسئله را ساخته و یک فایل ورودی آباکوس ایجاد کنید. مدل را معمولاً می‌توان به صورت گرافیکی با استفاده از ABAQUS/CAE یا سایر پیش پردازنده‌ها ایجاد کرد یا می‌توان فایل ورودی آباکوس را با استفاده از یک ویرایشگر متن مثل Notepad ساخت.

مرحله پردازش (Abaqus Standard/Explicit)

پردازش که معمولاً به صورت یک روند در پس زمینه اجرا می‌شود، مرحله‌ای است که در آن آباکوس استاندارد یا صریح مسئله عددی را که در مدل تعریف شده حل می‌کند. مثال‌هایی از خروجی تحلیل تنش عبارت است از تغییرمکان‌ها و تنش‌هایی که در فایل‌های باینری ذخیره می‌شود و برای مرحله پس از پردازش مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسته به پیچیدگی مسئله‌ای که باید تحلیل شود و قدرت رایانه‌ای که تحلیل را انجام می‌دهد، زمان تحلیل می‌تواند بین چند ثانیه تا چند روز طول بکشد.

مرحله پس پردازش (Abaqus/Viewer)

ارزیابی نتایج را می‌توان بعد از اتمام مرحله پردازش یعنی وقتی که تنش‌ها تغییرمکان‌ها و سایر متغیرهای اساسی محاسبه شده‌اند انجام داد. ارزیابی معمولاً با استفاده از مدول بصری یا سایر پس‌پردازنده‌ها انجام می‌شود. مدول بصری داده‌های فایل خروجی باینری را می‌خواند و گزینه‌های متفاوتی مانند کانتورهای رنگی، انیمیشن، فرم تغییرشکل یافته یا نمایش داده‌ها به صورت نمودار برای نمایش نتایج دارد.

نرم افزار های مجموعه آباکوس

زمانی که شما نرم افزار آباکوس را نصب می‌کنید، مجموعه ای از نرم افزارها بر روی سیستم شما نصب می‌شوند. مهم‌ترین این نرم افزارها عبارتند از : abaqus/cae، abaqus/viewer و ababqus/command . در ادامه هر یک از این محیط‌ها معرفی شده‌اند.

نرم افزار abaqus/cae

این نرم افزار اصلی‌ترین نرم افزار مجموعه آباکوس است. عبارت cae در نام آن مخفف Complete Abaqus Environment است. این نرم افزار رابط گرافیکی آباکوس است که به شما اجازه میدهد تا مدل‌سازی خود را در یک محیط visual انجام دهید. داشتن محیط گرافیکی سبب تسریع در فرآیند مدل‌سازی و آسانی کار با آباکوس می‌شود. این نرم افزار دارای 9 محیط است که اصطلاحا به هر یک ماژول (module) گفته می‌شود. زمانی که کاربر از یک ماژول به ماژول دیگر می‌رود، menu bar موجود در بالای صفحه نرم افزار عوض می‌شود و این امر به این معنی است که برخی از تنظیمات تنها در یک ماژول خاص قابل انجام است. در ادامه نام هر یک از این ماژول‌ها به همراه توضیح کوتاهی از کارکرد هر یک آورده شده‌است.

ماژول پارت (part)

در این ماژول شما می‌توانید قطعاتی که می خواهید مورد تحلیل قرار دهید را طراحی نمایید. البته ابزارهای موجود در این ماژول برای طراحی قطعات به گستردگی ابزارهای موجود در نرم افزارهای کتیا و سالیدورکس نمی‌باشد و در صورتی که شما نتوانید قطعه مورد نظر خود را در ماژول پارت آباکوس طراحی کنید، برای اینکار باید از کتیا یا سالیدورکس استفاده کنید و سپس فایل مجموعه مونتاژی (assembly) که می خواهید تحلیل کنید را به داخل آباکوس ایمپورت کنید.

ماژول پراپرتی (property)

در این ماژول شما می‌توانید موادی که قطعات مورد تحلیل از آن‌ها ساخته شده‌اند را تعریف نماید. آباکوس فاقد کتابخانه مواد است و به همین جهت شما خود باید ثوابت فیزیکی مواد موردنظر را وارد نمایید. همچنین در این ماژول شما باید از ماده تعریف شده سکشن (section) ایجاد کنید و سپس آن را به پارت مربوط اختصاص دهید. تعریف پروفیل مقطع (profile) برای المان‌های تیر (beam) و تعریف دستگاه مختصات محلی برای موادی که آیزوتروپیک (isotopic) نیستند هم باید در این ماژول انجام شود.

ماژول اسمبلی (assembly)

در این ماژول شما می‌توانید  قطعاتی که در ماژول پارت طراحی شده‌اند را بر روی هم مونتاژ کنید. برای اینکار ابزارهایی در این ماژول تعبیه شده‌اند. در حقیقت در این ماژول، شما وضعیت اولیه سیستم پیش از بارگذاری و یا پیش از اعمال شرایط اولیه را مشخص می‌کنید.

ماژول استپ (step)

در این ماژول، شما نوع تحلیل یا تحلیل‌هایی که باید بر روی مجموعه مونتاژی انجام شود را تعیین می‌کنید. این کار با تعریف استپ یا استپ‌هایی انجام می‌شود. استپ‌های موجود در آباکوس به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: استپ‌هایی که تحلیل‌های خطی را انجام میدهند و استپ‌هایی که تحلیل‌های غیرخطی را انجام میدهند. شما با انتخاب استپ، در حقیقت حلگر مدل خود را تعیین می‌کنید. حلگر تمام استپ‌های خطی، abaqus/standard است و تعداد استپ‌هایی که حلگر آن‌ها abaqus/standard است، به مراتب بیشتر از تعداد استپ‌هایی است که حلگر آن‌ها abaqus/explicit است. یک تحلیل می‌تواند شامل یک استپ یا بیشتر باشد. نوع مساله و استراتژی مدل سازی، تعیین‌کننده تعداد استپ‌ها است. همچنین در این ماژول شما باید خروجی‌های مدل را تعیین کنید. در آباکوس دو نوع خروجی قابل تعریف است: field output و history output. در این ماژول شما می‌توانید تنظیمات مرتبط با حل‌گرهای غیرخطی آباکوس را تغییر دهید و یا قابلیت مرتبط با sequential analysis یا تکنیک ALE را فعال نماید.

در آباکوس بر خلاف فیزیک (که از نیرو به تنش و سپس به کرنش می رسیم) با محاسبه شتاب گره ها و مشتق گیری به سرعت و از سرعت به جابجایی و از جابجایی به کرنش و از کرنش به تنش و نیرو می رسیم. تفاوت تحلیل explicit و implicit در نحوه محاسبه شتاب گره ها است.

ماژول اینتراکشن (interaction)

در این ماژول، شما می‌توانید اندرکنش ها(مانند تماس)، فیزیک حاکم بر اندرکنش ها(مانند با اصطکاک یا بدون اصطکاک بودن)  و قیدهای موجود در مساله (صلب بودن برخی از پارت ها) را تعریف نمایید. همچنین تعریف ترک اولیه، درز (seam) و یا جرم نقطه ای در این ماژول باید انجام شود.

ماژول لود (load)

در این ماژول، شما باید شرایط مرزی، بارگذاری‌ها و شرایط اولیه (نظیر سرعت اولیه یا دمای اولیه) را تعریف نمایید.

ماژول مش (mesh)

در این ماژول، شما باید تمامی پارت‌های موجود در مجموعه مونتاژی را مش بزنید(به غیر از پارت‌های به صورت analytical rigid که احتیاجی به مش ندارند.). علاوه بر این شما باید فرمولاسیون و فیزیکی که المان‌های مربوط حل می‌کنند را هم تعیین نمایید.

ماژول بهینه سازی (optimization)

این ماژول برای مسایل شامل بهینه سازی مورد استفاده قرار میگیرد. البته قابلیت‌های موجود در این ماژول گسترده نیست و در صورت نیاز به بهینه سازی مساله ای که در حل مدل المان محدود آن، از آباکوس استفاده می‌شود، از روش‌های دیگری استفاده می‌شود.

ماژول جاب (job)

در این ماژول شما باید از مدل ایجاد شده، اصطلاحا یک جاب یا وظیفه برای آباکوس تعریف کنید. سپس شما می‌توانید با صدور فرمان حل (اصطلاحا submit کردن جاب تعریف شده)، به آباکوس دستور دهید تا حل را آغاز کند. در این ماژول می‌توانید تعیین کنید تا چه میزان از توان سخت افزاری سیستم مورد استفاده (لپ تاپ، pc یا سوپر کامپیوتر) شامل RAM و cpu درگیر حل مدل شود.

ماژول ویژوالیزیشن (visualization)

این ماژول مخصوص مشاهده نتایج است. بسته به تنظیمات مربوط به اخذ خروجی‌ها در ماژول استپ، شما می‌توانید نتایج ثبت شده تا هر لحظه از انجام تحلیل را مشاهده کنید. این ماژول به صورت مستقل نیز در مجموعه نرم افزارهای آباکوس نصب می‌شود و همان abauqs/viewer است.

نرم افزار abaqus/command

استفاده ازین نرم افزار اختیاری است. شما با استفاده از آن نیز می‌توانید مدل ایجاد شده در محیط آباکوس cae را ران کنید. البته این بار، این کار از طریق استفاده از فایل با پسوند inp انجام می‌شود. به‌طور کلی، اصلی‌ترین مزیت حل مدل از طریق این نرم افزار، به هنگام حل مدل‌های همراه با ساب‌روتین است. تنها از طریق این نرم افزار است که خطاهای نوشتاری و دستوری موجود در فایل ساب‌روتین شما، به شما اعمال می‌شود.

نگارخانه

• 
• 
• 
• 
• 

منابع

1. "Dassault Systemes to acquire Abaqus Inc for 413 mln usd cash". فوربز. فوربز. 17 May 2005. Retrieved 7 July 2010.
2. http://www.3ds.com/support/certified-hardware/simulia-system-information/abaqus-612/system-requirements-for-abaqus-612-products
3. "Hardware & Software Certification - Dassault Systèmes®". www.3ds.com. Archived from the original on 11 December 2012.
4. سورگی، محمد حسین، پروژه کارشناسی مهندسی مکانیک – جامدات، دانشگاه فردوسی مشهد، ۱۳۸۴
5. وبسایت شرکت سیمولیا
6. ضیایی، پیغاله. راهنمای مدلسازی با نرم‌افزار آباکوس

پیوند به بیرون

• وبگاه رسمی