۳۷آباکوس: ویژگی‌های جدید نرم‌افزار Abaqus 2025x FD01

۳۷-What’s new in Abaqus 2025x FD01

چکیده

آباکوس (Abaqus) هسته اصلی شبیه‌سازی سازه‌های واقع‌گرایانه شرکت داسو سیستمز (Dassault Systèmes) است. چه به عنوان ابزاری مستقل توسط تحلیلگران مهندسی و محققان مورد استفاده قرار گیرد و چه به عنوان ابزاری برای شبیه‌سازی MODSIM در پلتفرم 3DEXPERIENCE، مهندسان را قادر می‌سازد تا با قابلیت‌های پیش‌بینی قابل توجه، با چالش‌برانگیزترین مسائل جهان مقابله کنند. بخش تحقیق و توسعه داسو سیستمز به طور مداوم برای گسترش و بهبود این قابلیت‌ها تلاش می‌کند و در این سمینار الکترونیکی، برخی از جدیدترین ویژگی‌های جدیدترین نسخه 2025x FD01 را به اشتراک خواهیم گذاشت.

نکات برجسته:

مدل‌های جدید مواد
بهبود در تماس برای چندفیزیک
بهبود عملکرد و قابلیت‌ها برای شبیه‌سازی سازه/صوتی

Abstract

Abaqus is at the core of Dassault Systèmes realistic structural simulation. Whether being used as a standalone tool by engineering analysts and researchers or powering MODSIM simulation on the 3DEXPERIENCE platform, it enables engineers to tackle the world’s most challenging problems with remarkable predictive capabilities.  Dassault Systèmes R&D continuously works to extend and improve these capabilities, and in this E-seminar we’ll be sharing some of what’s new in the most recent 2025x FD01 release.

Highlights:
  • New Material Models
  • Improvements in Contact for Multiphysics
  • Performance and functionality enhancements for structural/acoustic simulation

در ادامه خلاصه‌ای از پیشرفت‌های جدید در Abaqus 2025x FD01، بر اساس متن ارائه شده آورده شده است:

اطلاعات عمومی در مورد نسخه‌های Abaqus:

  • داسو سیستمز (DS) هر چند ماه یکبار نسخه‌های جدید Abaqus را به همراه قابلیت‌های جدید منتشر می‌کند۱.
  • DS و Simulia ارزش زیادی برای فناوری حل‌کننده قائل هستند و به طور مداوم حل‌کننده‌های Abaqus و Abaqus CAE را بهبود می‌بخشند۲.
  • گروه بزرگی از توسعه‌دهندگان به کار بر روی حل‌کننده Abaqus ادامه می‌دهند، که هسته اصلی قابلیت‌های شبیه‌سازی سازه برای کاربران مستقل Abaqus و همچنین مشتریانی است که از محصولات 3DExperience و شبیه‌سازی استفاده می‌کنند۳.
  • جدیدترین نسخه Abaqus در پایان ژانویه ۲۰۲۵ منتشر شد۴.

پیشرفت‌های کلیدی در Abaqus 2025x FD01:

  • مکانیک غیرخطی:
    • مدل ماده جدید مقوا: یک مدل ماده جدید برای مدل‌سازی مقوا معرفی شده است که برای کاربردهای بسته‌بندی و موارد مشابه مناسب است۵. این مدل پاسخ درون‌صفحه‌ای (ارتوتروپیک با رفتار الاستیک و پلاستیسیته ارتوتروپیک نامتقارن، تنش و تسلیم فشاری) را از پاسخ برشی بیرون‌صفحه و پاسخ ضخامت سراسری (پلاستیک با فشار و کشش ارتجاعی) جدا می‌کند۶۶۶۶. این مدل از عناصر پیوسته سه‌بعدی و همچنین عناصر تنش ساده مانند پوسته‌ها پشتیبانی می‌کند۷. این مدل هم در Abaqus/Standard و هم در Abaqus/Explicit پیاده‌سازی شده و از واردات بین این دو حل‌کننده پشتیبانی می‌کند۸.

    • رشد ترک خستگی (PRX Fatigue): خستگی صریح با رهایش پیش‌رونده (PRX fatigue) یک معیار خستگی جدید برای مدل‌سازی لایه‌لایه شدن خستگی تحت بارگذاری چرخه‌ای است که در Abaqus/Standard معرفی شده است۹. این رویکرد جبهه‌های لایه‌لایه شدن نرم‌تر و امکان استفاده از عناصر نسبتاً بزرگتر را نسبت به رویکردهای سنتی VCCT فراهم می‌کند۱۰. این رویکرد به طور کلی ویژگی‌های همگرایی بهتری دارد که منجر به زمان تحلیل سریع‌تر می‌شود (به عنوان مثال، تقریباً ۲.۵ برابر سریع‌تر از VCCT سنتی برای برخی مدل‌ها)۱۱. این برای استفاده با رشد ترک بر اساس قانون پاریس است۱۲.

    • بهبودهای ابرکشسانی:
      • پتانسیل ابرکشسانی Hinky به Abaqus/Standard اضافه شده است (در 24x FD02)۱۳. این فرمولاسیون ابرکشسانی تغییر شکل کامل بر اساس هوک ایزوتروپیک و ثابت‌های الاستیک E و Nu است و نیازی به تبدیل از پاسخ ایزوتروپیک خطی ندارد۱۴. این مدل در معرض مشکلی که برای دسته‌های خاصی از مسائل تحت بارگذاری چرخه‌ای با هندسه غیرخطی پیش می‌آید، قرار نمی‌گیرد۱۵. این قابلیت اکنون امکان واردات بین Standard و Explicit را نیز فراهم می‌کند۱۶.
      • زیرروال کاربری

        VHYPER به Abaqus/Explicit اضافه شده است۱۷. این یک رابط کاربری جدید برای زیرروال است که به کاربر اجازه می‌دهد پتانسیل انرژی تعریف‌شده توسط کاربر را برای پاسخ ابرکشسانی مشخص کند، مشابه

        UHYPER برای Abaqus/Standard۱۸.

      • رابط‌های کاربری دیگر مانند

        UHYPER و UHYPERSTRETCH نیز بهبود یافته‌اند۱۹.

        VHYPER همچنین شامل قابلیت ارائه شناسه شبکه در زمینه اجرا در یک مدل PRF است که به کاربران امکان می‌دهد پاسخ‌های ابرکشسانی مختلف را به هر یک از شبکه‌های خود در یک مدل PRF معرفی کنند۲۰.

    • بهبودهای روش‌های ذرات:
      • خوشه‌های ذرات D-DEM: این یک رویکرد جدید برای مدل‌سازی اشکال پیچیده‌تر و تقریبی آنها با خوشه‌هایی از ذرات کروی است که با تعریف ذرات فرزند متصل به ذره والد انجام می‌شود۲۱. یکی از مزایای این روش جدید، پشتیبانی از اجرای موازی دامنه است که مزیت عملکردی خوبی به همراه دارد۲۲. یک اسکریپت پایتون برای تغییر OBB (Object Bounding Box) برای مشاهده ذرات فرزند در نمایشگر Abaqus در دسترس است۲۳. همچنین ابزاری در پایگاه دانش DS وجود دارد که می‌تواند یک مش المان محدود را گرفته و به طور خودکار خوشه‌ای را تولید کند که آن شکل را تقریب می‌زند۲۴.

      • خروجی تماس SPH در حالت موازی: برای هیدرودینامیک ذرات کروی (SPH)، قابلیت خروجی داده‌های تماسی روی ذرات SPH با اجرای موازی اضافه شده است که قبلاً به اجرای سریال محدود بود۲۵.

  • تماس و محدودیت‌ها:
    • بارگذاری فیلم سطحی وابسته به حالت تماس: در Abaqus/Standard، به طور پیش‌فرض، اگر سطحی در تماس باشد، بارگذاری فیلم یا فیلم S روی آن سطح به محیط منتقل نمی‌شود۲۶. این ایده بر این اساس است که اگر سطحی در تماس باشد، به طور کلی در معرض محیط قرار نمی‌گیرد۲۷. کد با بررسی تعداد گره‌های فعال در تماس روی وجه یک عنصر خاص، ضریب فیلم را مقیاس‌بندی می‌کند۲۸. با استفاده از پارامتر

      NO TRANSFER روی فیلم، می‌توان رفتار اصلی را بازیابی کرد۲۹. این قابلیت در شبیه‌سازی‌های جابجایی دما، چه گذرا و چه در حالت پایدار، کار می‌کند۳۰. این منجر به نتایج واقعی‌تر در فیزیک این نوع شبیه‌سازی‌ها می‌شود۳۱.

    • تماس عمومی با بدون جداسازی و لغزش محدود در Abaqus/Explicit: تماس عمومی در Abaqus/Explicit اکنون از “بدون جداسازی با لغزش محدود” پشتیبانی می‌کند. قبلاً فقط “بدون جداسازی با اصطکاک خشن” امکان‌پذیر بود۳۲. این برای سناریوهایی مانند سطوح روانکاری شده در تماس یا سیستم‌های بیولوژیکی مفید است۳۳. استفاده از تماس عمومی عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد زیرا می‌توان دامنه را برای موازی‌سازی تقسیم کرد، که در مورد جفت‌های تماسی امکان‌پذیر نبود۳۴.
    • پیوند سراسری: این یک پیشرفت جدید است که امکان تعریف تماس دقیق‌تر و راحتی مدل‌سازی را فراهم می‌کند۳۵. به جای استفاده از

      Tie، از Cohesive Contact برای کنار هم قرار دادن اجزای مدل استفاده می‌شود۳۶. مزایای آن شامل تشخیص خودکار سطوح پیوند یافته با استفاده از الگوریتم تماس (که برای مونتاژهای پیچیده راحت است) و عدم ابتلا به مسائل محدودیت بیش از حد است که

      Tie می‌تواند با آن مواجه شود۳۷. این یک رویکرد مبتنی بر جریمه و سطح به سطح است۳۸. برای عناصر پوسته، یک شبکه قفسی از عناصر سطحی در اطراف محیط پوسته اضافه می‌شود تا امکان استفاده از فرمولاسیون‌های سطح به سطح برای اتصال فراهم شود۳۹.

    • مقاطع تیر واقعی (پیش‌فرض در 2025x FD01): مقاطع تیر واقعی که در Abaqus/Standard 2023x FD04 معرفی شدند، اکنون رویکرد پیش‌فرض برای مدل‌سازی سطح مقطع تیر در هر دو Abaqus/Explicit و Abaqus/Standard هستند۴۰۴۰۴۰۴۰. این نیز شامل ایجاد یک شبکه قفسی از عناصر سطحی در اطراف تیر برای نشان دادن سطح مقطع آن است۴۱.

  • پیشرفت‌های حل‌کننده (دینامیک خطی و HPC):
    • DMP Lanczos برای شبیه‌سازی آکوستیک ساختاری کوپل شده: پشتیبانی DMP Lanczos (Distributed Memory Parallel Lanczos)، که اخیراً در 24x FD03 معرفی شد و پیاده‌سازی پیشرو Lanczos Igan silver در فضای اجزای محدود تجاری در نظر گرفته می‌شود، اکنون به مدل آکوستیک ساختاری کوپل شده گسترش یافته است۴۲۴۲۴۲۴۲. این به معنای اجرای موازی با چندین رتبه MPI است که مزایای عملکردی بسیار مهمی به همراه دارد۴۳. این امکان اجرای کارها با طرح‌بندی بهینه‌تر را فراهم می‌کند و همچنین استفاده از چندین گره محاسباتی را امکان‌پذیر می‌سازد که دسترسی به حافظه بسیار بیشتری را برای حل مسائل بزرگتر فراهم می‌کند۴۴. نمونه‌های آکوستیک ساختاری کوپل شده مزایای قابل توجهی را با این پیشرفت نشان می‌دهند (تا ۳.۶ برابر افزایش عملکرد)۴۵.

    • خروجی‌های آکوستیک جدید برای دینامیک حالت پایدار: خروجی‌های آکوستیک جدیدی برای دینامیک حالت پایدار در دسترس هستند که امکان ارزیابی انرژی آکوستیک ساطع شده توسط سطوح را بدون نیاز به استفاده از عناصر آکوستیک فراهم می‌کنند۴۶. اینها مقادیر خروجی میدانی جدیدی هستند که می‌توانند درخواست شوند، اما کاربر باید ویژگی‌های سطح تابشی معادل و اطلاعاتی در مورد محیط آکوستیک را نیز مشخص کند۴۷.

    • بهبودهای تولید بدنه انعطاف‌پذیر: سرعت و میزان استفاده از حافظه برای تولید بدنه انعطاف‌پذیر در انواع گردش‌های کاری مختلف (از جمله SYAC و کدهای رقیب) به طور قابل توجهی بهبود یافته است۴۸.

    • بهبودهای حل‌کننده AMS برای بازیابی کامل: بهبودهایی در بازیابی کامل برای زیرساخت‌ها با حالت‌های بازیابی شده، به ویژه مدل‌هایی که محدودیت‌های زیادی از نوع MPC در زیرساخت دارند، ایجاد شده است۴۹. برای یک مدل موتور، نسخه 25x FD01 با AMS دو برابر سریع‌تر از همین مشکل حدود یک سال پیش است۵۰.

  • سایر پیشرفت‌های مدل‌سازی:
    • نرمال‌های تیر: یک پارامتر به کلمه کلیدی *BEAM SECTION اضافه شده است تا به کاربر اجازه دهد به Abaqus بگوید که جهت داخلی نباید معکوس شود و باید با سایر جهت‌های نرمال اشتباه گرفته شود۵۱۵۱۵۱. این به کاربر اجازه می‌دهد تا با مواردی که Abaqus به طور خودکار جهت را معکوس می‌کند، برخورد کند۵۲.

    • ضخامت عنصر سطح: عناصر سطحی بهبود یافته‌اند و اکنون کاربران این گزینه را دارند که ضخامت را روی خود عناصر سطحی تعریف کنند۵۳۵۳۵۳.

    • واردات حفره سیال: قابلیت واردات حفره سیال افزایش یافته است تا بتواند حجم حفره و فشار حفره را بین تحلیل‌ها منتقل کند۵۴. کاربر باید حفره سیال را در نقطه مرجع در تحلیل گزارش‌دهی پایین‌دستی دوباره تعریف کند۵۵.

  • بهبودهای Abaqus CAE و مدیریت شبیه‌سازی:
    • پشتیبانی از فرمت‌های خروجی مدرن‌تر: Abaqus/CAE اکنون از فرمت‌های کانتینر MP4 و GIF برای انیمیشن‌ها پشتیبانی می‌کند۵۶. کانتینر MP4 از رمزگذاری Imp 4 بخش دوم پشتیبانی می‌کند و اگر یک رمزگذار در مسیری باشد که Abaqus CAE قادر به پیدا کردن آن است، از تولید فایل‌های MP4 با رمزگذاری h.264 نیز پشتیبانی می‌کند۵۷.

    • اجرای اسکریپت پیش‌پردازش در مدیریت شبیه‌سازی: قابلیت اجرای یک اسکریپت پیش‌پردازش در مدیریت شبیه‌سازی هنگام ارسال یک کار اضافه شده است۵۸. این برای گردش کارهایی که شامل مرحله پیش‌پردازش (مانند یک پوسته دسته‌ای) یا نیاز به گرفتن نتایج از برخی داده‌های قبلی Ansys هستند، مفید است۵۹. همچنین می‌توان از نتایج سایر موارد تجزیه و تحلیل استفاده کرد۶۰.

    • دکمه دانلود زیپ: یک دکمه دانلود زیپ جدید اضافه شده است تا به کاربران امکان دهد انواع فایل‌ها را از ابر به صورت فشرده (زیپ شده) دانلود کنند، که نیاز به پهنای باند را کاهش می‌دهد۶۱. API پایگاه داده مدل Abaqus CAE در حال حاضر برای اسکریپت‌های پیش‌پردازش در دسترس نیست۶۲.

لینک منبع

برای مشاهده لینک باید از VPN استفاده نمایید

۳۶-آزمون‌های مجازی برای انطباق با EMC

۳۶-Virtual Tests for EMC Compliance

چکیده

دستیابی به همگرایی در شبیه‌سازی‌های پیچیده و غیرخطی اجزای محدود می‌تواند دردناک باشد. شما باید در مورد “خوددرمانی” یا توصیه‌های افراد شیاد بسیار محتاط باشید. در عوض، یکی از متخصصان ما جوهره هزاران سوال پشتیبانی خود را به شما آموزش خواهد داد. این توصیه‌های بهترین شیوه مطمئناً در آزمون زمان سربلند بیرون آمده‌اند! از جمله توصیه‌هایی که باید پیدا کنید این است که چه زمانی و چرا باید به پیش‌فرض‌ها پایبند باشید، چگونه مدل‌سازی کنید تا از هشدارها جلوگیری شود و چگونه می‌توانید واقعیت را در شبیه‌سازی‌های خود شبیه‌سازی کنید.

نکات برجسته:

• چرا باید به پیش‌فرض‌ها پایبند باشید
• چرا باید مدل‌سازی کنید تا از هشدارها جلوگیری شود
• چگونه می‌توانید واقعیت را در شبیه‌سازی‌ها شبیه‌سازی کنید

Abstract

To achieve convergence of complex, nonlinear finite element simulations can be painful. You should be extremely reluctant when it comes to “self-medication” or the advice of charlatans. Instead, one of our experts will teach you his essence of many thousands of support questions. These best practice recommendations for sure have stood the test of time! Among the advice to found is when and why you should stick to the defaults, how to model so that warnings are avoided, and how you can mimic reality in your simulations.

Highlights:

• Why you should stick to the defaults
• Why you should model so that warnings are avoided
• How you can mimic reality in simulations

در دوران مدرن مهندسی، شبیه‌سازی عددی به سنگ بنای طراحی محصول و تحلیل سیستم‌های پیچیده تبدیل شده است. در میان ابزارهای قدرتمند تحلیل اجزا محدود (FEA)، نرم‌افزار آباکوس (Abaqus) جایگاه ویژه‌ای دارد. این نرم‌افزار، با قابلیت‌های گسترده خود در تحلیل‌های خطی و غیرخطی، دینامیکی و استاتیکی، به مهندسان امکان می‌دهد تا رفتار سازه‌ها و مواد را با دقت بی‌سابقه‌ای پیش‌بینی کنند. اما دستیابی به نتایج معتبر در آباکوس، نیازمند درک عمیق چالش‌ها و ریزه‌کاری‌های نرم‌افزار، به‌ویژه در مسائل همگرایی و مدل‌سازی اتصالات پیچیده مانند عناصر رابط است.

آباکوس: ابزاری برای شبیه‌سازی پیشرفته

آباکوس، محصول برجسته داسو سیستمز، یک مجموعه نرم‌افزاری جامع برای شبیه‌سازی اجزا محدود است. این نرم‌افزار در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، هوافضا، انرژی، الکترونیک و پزشکی برای تحلیل‌های سازه‌ای، حرارتی، سیالاتی، الکترومغناطیسی و چندفیزیکی به کار می‌رود. توانایی آباکوس در مدل‌سازی رفتار مواد پیچیده (مانند پلاستیسیته، خزش، شکست) و پدیده‌های غیرخطی (مانند تماس، تغییر شکل‌های بزرگ) آن را به انتخابی ایده‌آل برای مهندسان تحلیل‌گر تبدیل کرده است.

چالش‌های کلاسیک شبیه‌سازی در آباکوس: سفر به سوی همگرایی

با وجود قدرت آباکوس، مهندسان اغلب با چالش‌هایی روبرو می‌شوند که نیازمند دانش عمیق و تجربه هستند. برخی از این چالش‌ها، از نوع “کلاسیک” و “جاودانه” بوده و حتی با وجود پیشرفت‌های نرم‌افزاری، همچنان پابرجا هستند:

  1. همگرایی در تحلیل‌های غیرخطی: یکی از رایج‌ترین و حیاتی‌ترین مسائل در تحلیل‌های غیرخطی، عدم همگرایی مدل است. این مشکل می‌تواند ریشه در عوامل متعددی داشته باشد:
    • تعریف مواد: مدل‌سازی نامناسب رفتار مواد، به‌ویژه در مناطق دارای تنش بالا یا تغییر شکل پلاستیک، می‌تواند منجر به واگرایی شود.
    • شرایط مرزی و بارگذاری: اعمال نادرست شرایط مرزی یا بارگذاری ناگهانی و غیرواقعی می‌تواند پایداری حل را به هم بزند.
    • کیفیت شبکه (Mesh): شبکه نامناسب، به‌ویژه با المان‌های با کیفیت پایین یا نسبت ابعادی نامطلوب، می‌تواند دقت و همگرایی را تحت تأثیر قرار دهد.
    • تماس (Contact): تعریف نادرست تماس یا اصطکاک می‌تواند منجر به ناپایداری‌های عددی و عدم همگرایی شود.
    • پیام‌های خطا و عیب‌یابی: در گذشته، آباکوس گاهی اوقات پیام‌های خطای مبهمی ارائه می‌داد که عیب‌یابی را دشوار می‌کرد. به عنوان مثال، تلاش برای اجرای یک مدل بسیار کوچک (مثلاً با ۲۰ تا ۴۸ المان) بر روی یک خوشه محاسباتی با تعداد زیاد هسته (مثلاً ۴۸ هسته)، می‌توانست منجر به خطاهای “عجیبی” شود. این اتفاق به این دلیل رخ می‌داد که نرم‌افزار در تقسیم مدل به دامنه‌های بسیار کوچک برای هر هسته با مشکل مواجه می‌شد و برخی هسته‌ها حتی یک المان برای پردازش نداشتند. این وضعیت، که در کد اولیه پیش‌بینی نشده بود، باعث از کار افتادن آباکوس با پیام‌های خطای نامفهوم می‌شد. با این حال، با بازخورد کاربران و تلاش تیم توسعه داسو سیستمز، اینگونه مسائل اکنون در نسخه‌های جدید آباکوس قبل از شروع شبیه‌سازی در مرحله پیش‌پردازش بررسی و تشخیص داده می‌شوند تا کاربران پیام خطای مناسب و راهنمای بهتری دریافت کنند.

درک و مدل‌سازی عناصر رابط (Connector Elements): دیداری با جیرولامو، رنه و لئونارد

یکی دیگر از حوزه‌های چالش‌برانگیز در آباکوس، مدل‌سازی اتصالات پیچیده با استفاده از “عناصر رابط” (Connector Elements) است. این عناصر، که امکان تعریف رفتار مفصلی، فنری، دمپری و سایر رفتارهای پیچیده را بین دو نقطه فراهم می‌کنند، در مدل‌سازی مفاصلی مانند لولاها، بلبرینگ‌ها، پین‌ها، و حتی اتصالات خاص کاربرد دارند.

مفهوم عناصر رابط ریشه در تاریخ ریاضیات و مکانیک دارد و از ایده‌های دانشمندانی چون جیرولامو کاردانو (Girolamo Cardano) در مورد سیستم‌های تعلیق جهانی، رنه دکارت (René Descartes) در هندسه تحلیلی و مختصات، و لئونارد اویلر (Leonhard Euler) در مکانیک و تحلیل حرکت اجسام می‌گیرد. این سه شخصیت، پایه‌گذاران تفکر سیستمی و ریاضی هستند که در نهایت به مدل‌سازی رفتار اتصالات پیچیده در نرم‌افزارهایی مانند آباکوس منجر شده‌اند.

چالش‌های کار با عناصر رابط:

  • پیچیدگی فایل‌های ورودی: تعریف عناصر رابط، به‌ویژه در فایل‌های ورودی (Input Files) آباکوس (با پسوند .inp)، نیازمند دقت نحوی (Syntax) بالایی است. یک اشتباه کوچک می‌تواند منجر به خطاهای تحلیل و عدم همگرایی شود.
  • توصیف رفتار مکانیکی: درک و تعریف صحیح رفتار مکانیکی این عناصر (مانند سختی، میرایی، محدودیت‌های حرکتی، رفتار غیرخطی) برای بازتولید دقیق واقعیت ضروری است.
  • پیچیدگی و ابهام در مستندات اولیه: در گذشته، درک کامل این عناصر و رفتار آن‌ها بدون رجوع مکرر به مستندات یا حتی نیاز به حدس و گمان در مورد فایل‌های نمونه، دشوار بود. مهندسان پشتیبانی باید قادر باشند نتایج تحلیل‌های شامل این المان‌ها را پیش‌بینی کنند و کاربران را در مسیر صحیح هدایت کنند.

بهره‌برداری بهینه از سخت‌افزار در آباکوس

با توسعه فناوری‌های سخت‌افزاری، دسترسی به خوشه‌های پردازشی با ده‌ها یا حتی صدها هسته محاسباتی فراهم شده است. در حالی که این قابلیت پتانسیل زیادی برای تسریع شبیه‌سازی‌های بزرگ دارد، اما استفاده نادرست از آن می‌تواند منجر به کاهش کارایی یا حتی خطاهای تحلیل شود. اجرای یک مدل کوچک بر روی تعداد زیادی هسته، همانطور که قبلاً اشاره شد، نمونه‌ای از بهره‌برداری غیربهینه است که نه تنها سرعت حل را افزایش نمی‌دهد، بلکه می‌تواند به دلیل سربار ارتباطات بین پردازنده‌ها و تقسیم نامناسب کار، منجر به مشکلات شود. تطابق اندازه و پیچیدگی مدل با منابع محاسباتی در دسترس برای دستیابی به بهترین کارایی ضروری است.

نقش حیاتی پشتیبانی و توسعه نرم‌افزار در موفقیت آباکوس

تجربیات حاصل از تعامل با هزاران کاربر و مواجهه با چالش‌های متنوع آن‌ها، نقش حیاتی در بهبود مستمر نرم‌افزارهای شبیه‌سازی ایفا می‌کند. بازخوردها و مشکلات گزارش‌شده توسط مهندسان، مستقیماً به تیم‌های توسعه داسو سیستمز منتقل می‌شود و به شناسایی نقاط ضعف، بهبود الگوریتم‌ها، افزایش پایداری و اضافه کردن قابلیت‌های جدید منجر می‌گردد. این چرخه بازخورد و بهبود، تضمین می‌کند که آباکوس همواره در حال تکامل است تا نیازهای پیچیده و روزافزون مهندسان را برآورده سازد. تیم‌های پشتیبانی فنی، با دانش عمیق خود از نرم‌افزار و تجربه عملی، پل ارتباطی حیاتی بین کاربران و توسعه‌دهندگان هستند و به حل مشکلات پیچیده کمک می‌کنند.

نتیجه‌گیری

آباکوس ابزاری قدرتمند و بی‌رقیب برای شبیه‌سازی‌های اجزا محدود است که قابلیت‌های عظیمی را در اختیار مهندسان قرار می‌دهد. اما برای بهره‌برداری حداکثری از این نرم‌افزار، درک عمیق از چالش‌های همگرایی، مدل‌سازی دقیق اتصالات با عناصر رابط، و استفاده بهینه از سخت‌افزار ضروری است. با ترکیب دانش نظری، تجربه عملی و پشتیبانی قوی نرم‌افزار، مهندسان می‌توانند بر این چالش‌ها غلبه کرده و به نتایج شبیه‌سازی دقیق و قابل اعتمادی دست یابند که به نوآوری، بهینه‌سازی طراحی و کاهش زمان عرضه محصول به بازار کمک شایانی می‌کند. آباکوس نه تنها یک نرم‌افزار، بلکه یک پلتفرم برای اکتشاف، نوآوری و دستیابی به برتری مهندسی است.


متا دیسکریپشن: تسلط بر شبیه‌سازی آباکوس: راهنمایی جامع برای درک چالش‌های همگرایی و مدل‌سازی عناصر رابط. بهبود بهره‌وری در تحلیل اجزا محدود و بهینه‌سازی طراحی محصول.

کلمات کلیدی برای سئو: آباکوس، شبیه‌سازی سازه‌ای، تحلیل اجزا محدود، FEA، همگرایی آباکوس، عناصر رابط، Connector Elements، داسو سیستمز، سیمولیا، شبیه‌سازی غیرخطی، مدل‌سازی مکانیکی، بهینه‌سازی سخت‌افزار، پشتیبانی آباکوس، چالش‌های شبیه‌سازی، المان رابط، تحلیل سازه.

لینک منبع

برای مشاهده لینک باید از VPN استفاده نمایید

۳۵-کوارتت کوونورجنس: موفقیت در شبیه‌سازی به طور خلاصه

۳۵-The Qonvergence Quartet: Simulation Success in a Nutshell

چکیده

دستیابی به همگرایی در شبیه‌سازی‌های پیچیده و غیرخطی اجزای محدود می‌تواند دردناک باشد. شما باید در مورد “خوددرمانی” یا توصیه‌های افراد شیاد بسیار محتاط باشید. در عوض، یکی از متخصصان ما جوهره هزاران سوال پشتیبانی خود را به شما آموزش خواهد داد. این توصیه‌های بهترین شیوه مطمئناً در آزمون زمان سربلند بیرون آمده‌اند! از جمله توصیه‌هایی که باید پیدا کنید این است که چه زمانی و چرا باید به پیش‌فرض‌ها پایبند باشید، چگونه مدل‌سازی کنید تا از هشدارها جلوگیری شود و چگونه می‌توانید واقعیت را در شبیه‌سازی‌های خود شبیه‌سازی کنید.

نکات برجسته:

• چرا باید به پیش‌فرض‌ها پایبند باشید
• چرا باید مدل‌سازی کنید تا از هشدارها جلوگیری شود
• چگونه می‌توانید واقعیت را در شبیه‌سازی‌ها شبیه‌سازی کنید

Abstract

To achieve convergence of complex, nonlinear finite element simulations can be painful. You should be extremely reluctant when it comes to “self-medication” or the advice of charlatans. Instead, one of our experts will teach you his essence of many thousands of support questions. These best practice recommendations for sure have stood the test of time! Among the advice to found is when and why you should stick to the defaults, how to model so that warnings are avoided, and how you can mimic reality in your simulations.

Highlights:

• Why you should stick to the defaults
• Why you should model so that warnings are avoided
• How you can mimic reality in simulations

در دوران مدرن مهندسی، شبیه‌سازی عددی به سنگ بنای طراحی محصول و تحلیل سیستم‌های پیچیده تبدیل شده است. در میان ابزارهای قدرتمند تحلیل اجزا محدود (FEA)، نرم‌افزار آباکوس (Abaqus) جایگاه ویژه‌ای دارد. این نرم‌افزار، با قابلیت‌های گسترده خود در تحلیل‌های خطی و غیرخطی، دینامیکی و استاتیکی، به مهندسان امکان می‌دهد تا رفتار سازه‌ها و مواد را با دقت بی‌سابقه‌ای پیش‌بینی کنند. اما دستیابی به نتایج معتبر در آباکوس، نیازمند درک عمیق چالش‌ها و ریزه‌کاری‌های نرم‌افزار، به‌ویژه در مسائل همگرایی و مدل‌سازی اتصالات پیچیده مانند عناصر رابط است.

آباکوس: ابزاری برای شبیه‌سازی پیشرفته

آباکوس، محصول برجسته داسو سیستمز، یک مجموعه نرم‌افزاری جامع برای شبیه‌سازی اجزا محدود است. این نرم‌افزار در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، هوافضا، انرژی، الکترونیک و پزشکی برای تحلیل‌های سازه‌ای، حرارتی، سیالاتی، الکترومغناطیسی و چندفیزیکی به کار می‌رود. توانایی آباکوس در مدل‌سازی رفتار مواد پیچیده (مانند پلاستیسیته، خزش، شکست) و پدیده‌های غیرخطی (مانند تماس، تغییر شکل‌های بزرگ) آن را به انتخابی ایده‌آل برای مهندسان تحلیل‌گر تبدیل کرده است.

چالش‌های کلاسیک شبیه‌سازی در آباکوس: سفر به سوی همگرایی

با وجود قدرت آباکوس، مهندسان اغلب با چالش‌هایی روبرو می‌شوند که نیازمند دانش عمیق و تجربه هستند. برخی از این چالش‌ها، از نوع “کلاسیک” و “جاودانه” بوده و حتی با وجود پیشرفت‌های نرم‌افزاری، همچنان پابرجا هستند:

  1. همگرایی در تحلیل‌های غیرخطی:

    یکی از رایج‌ترین و حیاتی‌ترین مسائل در تحلیل‌های غیرخطی، عدم همگرایی مدل است. این مشکل می‌تواند ریشه در عوامل متعددی داشته باشد:

    • تعریف مواد: مدل‌سازی نامناسب رفتار مواد، به‌ویژه در مناطق دارای تنش بالا یا تغییر شکل پلاستیک، می‌تواند منجر به واگرایی شود.
    • شرایط مرزی و بارگذاری: اعمال نادرست شرایط مرزی یا بارگذاری ناگهانی و غیرواقعی می‌تواند پایداری حل را به هم بزند.
    • کیفیت شبکه (Mesh): شبکه نامناسب، به‌ویژه با المان‌های با کیفیت پایین یا نسبت ابعادی نامطلوب، می‌تواند دقت و همگرایی را تحت تأثیر قرار دهد.
    • تماس (Contact): تعریف نادرست تماس یا اصطکاک می‌تواند منجر به ناپایداری‌های عددی و عدم همگرایی شود.
    • پیام‌های خطا و عیب‌یابی: در گذشته، آباکوس گاهی اوقات پیام‌های خطای مبهمی ارائه می‌داد که عیب‌یابی را دشوار می‌کرد. به عنوان مثال، تلاش برای اجرای یک مدل بسیار کوچک (مثلاً با ۲۰ تا ۴۸ المان) بر روی یک خوشه محاسباتی با تعداد زیاد هسته (مثلاً ۴۸ هسته)، می‌توانست منجر به خطاهای “عجیبی” شود. این اتفاق به این دلیل رخ می‌داد که نرم‌افزار در تقسیم مدل به دامنه‌های بسیار کوچک برای هر هسته با مشکل مواجه می‌شد و برخی هسته‌ها حتی یک المان برای پردازش نداشتند. این وضعیت، که در کد اولیه پیش‌بینی نشده بود، باعث از کار افتادن آباکوس با پیام‌های خطای نامفهوم می‌شد. با این حال، با بازخورد کاربران و تلاش تیم توسعه داسو سیستمز، اینگونه مسائل اکنون در نسخه‌های جدید آباکوس قبل از شروع شبیه‌سازی در مرحله پیش‌پردازش بررسی و تشخیص داده می‌شوند تا کاربران پیام خطای مناسب و راهنمای بهتری دریافت کنند.

درک و مدل‌سازی عناصر رابط (Connector Elements): دیداری با جیرولامو، رنه و لئونارد

یکی دیگر از حوزه‌های چالش‌برانگیز در آباکوس، مدل‌سازی اتصالات پیچیده با استفاده از “عناصر رابط” (Connector Elements) است. این عناصر، که امکان تعریف رفتار مفصلی، فنری، دمپری و سایر رفتارهای پیچیده را بین دو نقطه فراهم می‌کنند، در مدل‌سازی مفاصلی مانند لولاها، بلبرینگ‌ها، پین‌ها، و حتی اتصالات خاص کاربرد دارند.

مفهوم عناصر رابط ریشه در تاریخ ریاضیات و مکانیک دارد و از ایده‌های دانشمندانی چون جیرولامو کاردانو (Girolamo Cardano) در مورد سیستم‌های تعلیق جهانی، رنه دکارت (René Descartes) در هندسه تحلیلی و مختصات، و لئونارد اویلر (Leonhard Euler) در مکانیک و تحلیل حرکت اجسام می‌گیرد. این سه شخصیت، پایه‌گذاران تفکر سیستمی و ریاضی هستند که در نهایت به مدل‌سازی رفتار اتصالات پیچیده در نرم‌افزارهایی مانند آباکوس منجر شده‌اند.

چالش‌های کار با عناصر رابط:

  • پیچیدگی فایل‌های ورودی: تعریف عناصر رابط، به‌ویژه در فایل‌های ورودی (Input Files) آباکوس (با پسوند .inp)، نیازمند دقت نحوی (Syntax) بالایی است. یک اشتباه کوچک می‌تواند منجر به خطاهای تحلیل و عدم همگرایی شود.
  • توصیف رفتار مکانیکی: درک و تعریف صحیح رفتار مکانیکی این عناصر (مانند سختی، میرایی، محدودیت‌های حرکتی، رفتار غیرخطی) برای بازتولید دقیق واقعیت ضروری است.
  • پیچیدگی و ابهام در مستندات اولیه: در گذشته، درک کامل این عناصر و رفتار آن‌ها بدون رجوع مکرر به مستندات یا حتی نیاز به حدس و گمان در مورد فایل‌های نمونه، دشوار بود. مهندسان پشتیبانی باید قادر باشند نتایج تحلیل‌های شامل این المان‌ها را پیش‌بینی کنند و کاربران را در مسیر صحیح هدایت کنند.

بهره‌برداری بهینه از سخت‌افزار در آباکوس

با توسعه فناوری‌های سخت‌افزاری، دسترسی به خوشه‌های پردازشی با ده‌ها یا حتی صدها هسته محاسباتی فراهم شده است. در حالی که این قابلیت پتانسیل زیادی برای تسریع شبیه‌سازی‌های بزرگ دارد، اما استفاده نادرست از آن می‌تواند منجر به کاهش کارایی یا حتی خطاهای تحلیل شود. اجرای یک مدل کوچک بر روی تعداد زیادی هسته، همانطور که قبلاً اشاره شد، نمونه‌ای از بهره‌برداری غیربهینه است که نه تنها سرعت حل را افزایش نمی‌دهد، بلکه می‌تواند به دلیل سربار ارتباطات بین پردازنده‌ها و تقسیم نامناسب کار، منجر به مشکلات شود. تطابق اندازه و پیچیدگی مدل با منابع محاسباتی در دسترس برای دستیابی به بهترین کارایی ضروری است.

نقش حیاتی پشتیبانی و توسعه نرم‌افزار در موفقیت آباکوس

تجربیات حاصل از تعامل با هزاران کاربر و مواجهه با چالش‌های متنوع آن‌ها، نقش حیاتی در بهبود مستمر نرم‌افزارهای شبیه‌سازی ایفا می‌کند. بازخوردها و مشکلات گزارش‌شده توسط مهندسان، مستقیماً به تیم‌های توسعه داسو سیستمز منتقل می‌شود و به شناسایی نقاط ضعف، بهبود الگوریتم‌ها، افزایش پایداری و اضافه کردن قابلیت‌های جدید منجر می‌گردد. این چرخه بازخورد و بهبود، تضمین می‌کند که آباکوس همواره در حال تکامل است تا نیازهای پیچیده و روزافزون مهندسان را برآورده سازد. تیم‌های پشتیبانی فنی، با دانش عمیق خود از نرم‌افزار و تجربه عملی، پل ارتباطی حیاتی بین کاربران و توسعه‌دهندگان هستند و به حل مشکلات پیچیده کمک می‌کنند.

نتیجه‌گیری

آباکوس ابزاری قدرتمند و بی‌رقیب برای شبیه‌سازی‌های اجزا محدود است که قابلیت‌های عظیمی را در اختیار مهندسان قرار می‌دهد. اما برای بهره‌برداری حداکثری از این نرم‌افزار، درک عمیق از چالش‌های همگرایی، مدل‌سازی دقیق اتصالات با عناصر رابط، و استفاده بهینه از سخت‌افزار ضروری است. با ترکیب دانش نظری، تجربه عملی و پشتیبانی قوی نرم‌افزار، مهندسان می‌توانند بر این چالش‌ها غلبه کرده و به نتایج شبیه‌سازی دقیق و قابل اعتمادی دست یابند که به نوآوری، بهینه‌سازی طراحی و کاهش زمان عرضه محصول به بازار کمک شایانی می‌کند. آباکوس نه تنها یک نرم‌افزار، بلکه یک پلتفرم برای اکتشاف، نوآوری و دستیابی به برتری مهندسی است.


متا دیسکریپشن: تسلط بر شبیه‌سازی آباکوس: راهنمایی جامع برای درک چالش‌های همگرایی و مدل‌سازی عناصر رابط. بهبود بهره‌وری در تحلیل اجزا محدود و بهینه‌سازی طراحی محصول.

کلمات کلیدی برای سئو: آباکوس، شبیه‌سازی سازه‌ای، تحلیل اجزا محدود، FEA، همگرایی آباکوس، عناصر رابط، Connector Elements، داسو سیستمز، سیمولیا، شبیه‌سازی غیرخطی، مدل‌سازی مکانیکی، بهینه‌سازی سخت‌افزار، پشتیبانی آباکوس، چالش‌های شبیه‌سازی، المان رابط، تحلیل سازه.

لینک منبع

برای مشاهده لینک باید از VPN استفاده نمایید

۳۴-Pulsed Measurements on Radio Frequency Transistor using SIMULIA IVCAD Suite 4.0

چکیده

اندازه‌گیری‌های پالسی (IV) نقش مهمی در درک برهمکنش جریان‌ها و ولتاژهای ورودی و خروجی در یک ترانزیستور ایفا می‌کنند. برای ترانزیستورهای اثر میدانی GaN (FETs)، این شامل اندازه‌گیری جریان خروجی به عنوان تابعی از ولتاژهای ورودی متغیر در شرایط شبه ایزوترمال است.

به دلیل ظرفیت بالای تحویل توان، دستگاه‌های GaN مستعد اثرات خودگرمایی و تله‌گذاری هستند، که پالس‌دهی دقیق ولتاژ را بسیار مهم می‌کند.

با پالس‌دهی ولتاژ بین مقادیر خاموشی و گرم شدن و تنظیم پهنای پالس، میانگین توان تحویلی به قطعه کاهش می‌یابد و خودگرمایی را به حداقل می‌رساند. این تکنیک عملکرد تقریباً ایزوترمال را تضمین می‌کند و آزمایش دقیق‌تر و کارآمدتری را امکان‌پذیر می‌سازد.

مجموعه IVCAD همچنین امکان تشخیص و تجسم پدیده‌های تله‌گذاری، مانند تأخیر گیت و درین، در ترانزیستورهای GaN را فراهم می‌کند. مشاهده تکامل اثرات تله‌گذاری با سطوح بایاس خاموشی مختلف آسان است.

علاوه بر کنترل سیستم AMCAD SAS Pulse IV، از اندازه‌گیری‌های جامع RF و بازرسی ویفر از طریق ادغام یکپارچه با ایستگاه‌های پروب مختلف و ابزارهای تست RF پشتیبانی می‌کند.

این گفتگوی فنی، مجموعه‌ای از ۴ جلسه را با تمرکز بر اندازه‌گیری و مدل‌سازی ترانزیستور آغاز می‌کند تا ویژگی‌های SIMULIA IVCAD Suite 4.0 را به نمایش بگذارد.

نکات برجسته:

چرا ترانزیستورها باید در شرایط پالسی آزمایش شوند؟

یاد بگیرید که چگونه ولتاژ DC ترانزیستور و پاسخ جریان را در شرایط پالسی با IVCAD 4.0 اندازه‌گیری کنید.

اندازه‌گیری‌های پارامتر S پالسی همگام‌سازی شده را مدیریت کنید و به راحتی داده‌های اندازه‌گیری را کاوش/تجزیه و تحلیل کنید.

Abstract

Pulsed (IV) measurements play a crucial role in understanding the interaction of input and output currents and voltages in a transistor. For GaN field-effect transistors (FETs), this involves measuring the output current as a function of varying input voltages in quasi-isothermal conditions.
Due to their high-power delivery capacity, GaN devices are prone to self-heating and trapping effects, making accurate voltage pulsing crucial.

By pulsing voltages between the quiescent and warm-up values and adjusting the pulse widths, the average power delivered to the component is reduced, minimizing self-heating. This technique ensures near-isothermal performance, enabling more accurate and efficient testing.

IVCAD Suite also allows for the detection and visualization of trapping phenomena, such as gate and drain delay, in GaN transistors. It is easy to observe the evolution of trapping effects with different quiescent bias levels.

In addition to control over the AMCAD SAS Pulse IV system, it supports comprehensive RF measurements and wafer inspection through seamless integration with various probe stations and RF test instruments.
This Tech Talk will kick off a series of 4 sessions focused on transistor measurement and modeling to showcase the features of SIMULIA IVCAD Suite 4.0.

Highlights:
  • Why Transistors should be tested in Pulsed Conditions
  • Learn how to measure transistor DC voltage and current response under pulsed conditions with IVCAD 4.0
  • Manage synchronized pulsed S-parameter measurements and easily explore/analyze measurement data.

اندازه‌گیری‌های پالسی ترانزیستورهای فرکانس رادیویی با SIMULIA IVCAD Suite 4.0: رویکردی جامع برای توصیف دقیق قطعات RF

در دنیای پرشتاب طراحی و توسعه قطعات فرکانس رادیویی (RF)، به ویژه ترانزیستورها، اندازه‌گیری دقیق مشخصات الکتریکی آن‌ها در شرایط عملیاتی واقعی از اهمیت بالایی برخوردار است. اندازه‌گیری‌های پالسی، به دلیل توانایی در جداسازی اثرات خودگرمایش و تله‌ها، به روشی استاندارد برای توصیف دقیق ترانزیستورهای RF تبدیل شده‌اند. SIMULIA IVCAD Suite 4.0 به عنوان یک راه‌حل نرم‌افزاری جامع، ابزارهای پیشرفته‌ای را برای انجام این اندازه‌گیری‌ها، از پیکربندی اولیه تا تجزیه و تحلیل پیشرفته و گزارش‌دهی پویا، ارائه می‌دهد.

معرفی SIMULIA IVCAD Suite 4.0: فراتر از اندازه‌گیری صرف

SIMULIA IVCAD Suite 4.0 یک پلتفرم قدرتمند است که مهندسان را قادر می‌سازد تا اندازه‌گیری‌های IV (جریان-ولتاژ) و S-پارامتر را به صورت پالسی و با دقت بالا انجام دهند. این نرم‌افزار با تمرکز بر ایجاد یک گردش کار یکپارچه، امکان تنظیمات پیچیده، کالیبراسیون دقیق، بصری‌سازی بلادرنگ و پس‌پردازش جامع داده‌ها را فراهم می‌آورد۱.

گردش کار جامع اندازه‌گیری پالسی در IVCAD

فرآیند اندازه‌گیری پالسی در IVCAD Suite 4.0 از مراحل متعددی تشکیل شده است که هر یک به دقت و جزئیات خاصی نیاز دارند:

۱. تنظیمات اولیه و اتصال ابزارها

برای شروع، کاربر باید یک “مجموعه تنظیمات ایجاد کاربر” را ایجاد کند که شامل انتخاب ابزارهای متصل به کامپیوتر است۲. در این مرحله، نوع اندازه‌گیری (مانند اندازه‌گیری پارامتر S پالسی) انتخاب می‌شود۳. اطمینان از همگام‌سازی دقیق بین دستگاه‌های مختلف حیاتی است؛ بنابراین، یک “تریگر مستر” (Master Trigger) مانند VNA برای هماهنگ کردن تمامی ابزارها، به ویژه سیستم PIV (پالسی IV)، استفاده می‌شود که در حالت تریگر خارجی به عنوان برده عمل می‌کند۴۴۴۴. نرم‌افزار به صورت خودکار ابزارهای متصل را شناسایی کرده و ارتباط آن‌ها را آزمایش می‌کند تا از اتصال صحیح اطمینان حاصل شود۵. همچنین، پورت‌های ورودی و خروجی برای داده‌های S-پارامتر، مانند CH1 و CH2 مربوط به VNA، مشخص می‌شوند۶.

۲. ابزارهای سخت‌افزاری ATK: راه‌حل‌های اختصاصی

ATK طیف وسیعی از سیستم‌های اختصاصی برای اندازه‌گیری‌های پالسی ارائه می‌دهد که به خوبی با نرم‌افزار IVCAD یکپارچه می‌شوند۷۷۷۷:

  • سری AM3100: این مدل شامل یک واحد کنترل و پروب‌های دروازه (AM311) و تخلیه (AM3121) است. قابلیت تأمین ۱۲۰ ولت و ۳۰ آمپر و تولید پالس‌هایی تا ۱.۱ میکروثانیه را دارد۸. این سری برای توصیف تقویت‌کننده‌ها بدون اثرات خودگرمایش مناسب است و دقت بالایی دارد۹.
  • سری AM3200: مدل رده بالا شامل یک واحد کنترل و پروب‌های دروازه (AM311) و تخلیه (AM3221) است. پروب‌های خارجی آن امکان قرارگیری نزدیک به دستگاه تحت آزمایش (DUT) را برای دقت بهتر فراهم می‌کنند۱۰۱۰۱۰۱۰. این سری می‌تواند ۲۵۰ ولت و ۳۰ آمپر تأمین کند و پالس‌های بسیار باریک تا ۲۰۰ نانوثانیه تولید کند۱۱. قابلیت ردیابی و کنترل سطح جریان تخلیه را نیز دارا است۱۲.
  • AM324: جدیدترین محصول و یک پروب ولتاژ بالا است که به واحد کنترل AM3200 متصل می‌شود. این پروب می‌تواند ولتاژهایی تا ۱۵۰۰ ولت و جریان ۱۵۰ آمپر را تأمین کند و پالس‌هایی تا ۹ میکروثانیه تولید کند۱۳. AM324 برای توصیف ترانزیستورهای ولتاژ بالا در کاربردهای سوئیچینگ یا مبدل‌های DC به DC ایده‌آل است۱۴.

این مدل‌ها به طور خاص برای توصیف ترانزیستورها، بررسی تله‌ها و اثرات حرارتی و استخراج مدل‌های فشرده (compact models) مناسب هستند۱۵۱۵۱۵۱۵.

۳. کالیبراسیون دقیق

قبل از شروع اندازه‌گیری، کالیبراسیون ابزارها ضروری است۱۶. IVCAD ابزارهای کالیبراسیون متنوعی را ارائه می‌دهد که به کاربر اجازه می‌دهد نوع کالیبراسیون مورد نظر را انتخاب کند۱۷. این فرآیند شامل انتخاب لیست فرکانس (به عنوان مثال ۵۰۰ مگاهرتز تا ۲۶ گیگاهرتز با گام ۱۰۰ مگاهرتز) و تنظیم توان ورودی و خروجی است۱۸۱۸۱۸۱۸. پس از اتمام کالیبراسیون، یک گزارش اعتبارسنجی قابل مشاهده است که می‌تواند به گزارش نهایی اضافه شود۱۹. تنظیمات کالیبراسیون به صورت خودکار ذخیره می‌شوند تا در آینده قابل بازیابی باشند۲۰.

۴. پیکربندی اندازه‌گیری‌ها

پس از کالیبراسیون، اندازه‌گیری‌ها آغاز می‌شوند۲۱. کاربر باید یک فایل اندازه‌گیری برای ثبت داده‌ها، شامل متاداده‌های مربوط به پیکربندی، دستگاه، اپراتور و آزمایشگاه، تعریف کند۲۲. نوع داده‌های ثبت شده می‌تواند شامل پارامترهای حوزه زمان، مشخصات IV و S-پارامتر باشد۲۳.

۵. تعیین مشخصات IV و RF

  • مشخصات IV: تنظیمات جاروب (sweep) برای ولتاژ/جریان خروجی در برابر ورودی، با قابلیت پیش‌نمایش گرافیکی۲۴.
  • تحلیل RF (S-پارامتر): انتخاب توان ورودی و خروجی برای تحلیل S-پارامتر۲۵.

۶. شرایط توقف برای حفاظت از DUT و ابزارها

IVCAD ابزارهایی برای تنظیم شرایط توقف ارائه می‌دهد تا از دستگاه تحت آزمایش (DUT) و ابزارهای متصل محافظت شود۲۶۲۶۲۶. به عنوان مثال، می‌توان یک شرط توقف بر اساس حداکثر جریان ورودی یا توان متوسط تعریف کرد۲۷۲۷۲۷۲۷. این قابلیت به مهندس اجازه می‌دهد تا بدون نگرانی از آسیب دیدن قطعات، آزمایش‌ها را انجام دهد۲۸.

تجزیه و تحلیل و بصری‌سازی بلادرنگ (Live Visualization)

در حین انجام اندازه‌گیری، IVCAD ابزارهای قدرتمندی برای بصری‌سازی بلادرنگ نتایج ارائه می‌دهد۲۹. کاربر می‌تواند نمودارهایی مانند مشخصه IV (جریان خروجی در برابر ولتاژ خروجی)، کرونوگرام مربوط به پیکربندی ابزارها، و داده‌های S-پارامتر و حوزه زمان را مشاهده کند۳۰. امکان ذخیره پروفایل‌های بصری‌سازی و بازیابی آن‌ها در آینده برای حفظ ثبات در گزارش‌دهی نیز وجود دارد۳۱.

پس‌پردازش و تحلیل داده‌ها

پس از اتمام اندازه‌گیری، داده‌ها برای پس‌پردازش و تحلیل بارگذاری می‌شوند۳۲.

  • IV Viewer و ابزارهای تحلیل S-پارامتر و حوزه زمان: امکان مشاهده دقیق و بزرگنمایی نتایج، مشابه بصری‌سازی بلادرنگ، اما با قابلیت‌های تحلیلی بیشتر۳۳.
  • ابزار Data Deployment: قابلیت صادرات داده‌ها به فرمت‌هایی مانند GMD، برای سازگاری با انواع نرم‌افزارهای شبیه‌سازی۳۴.
  • IV Toolbox: مجموعه‌ای از ابزارها برای دستکاری و بهبود داده‌ها، مانند کاهش نویز، درون‌یابی یا برون‌یابی منحنی‌ها برای نقاط سوگیری (bias points) بیشتر۳۵.
  • محاسبه GM و GD: IVCAD ابزارهایی برای محاسبه مستقیم پارامترهای مهم ترانزیستور مانند هدایت انتقالی (GM) و هدایت خروجی (GD) را فراهم می‌کند۳۶.
  • ابزارهای مشاهده و تحلیل داده: دسترسی به نماهای متنوع برای تحلیل عمیق داده‌ها، شامل فیلترها و ابزارهای دیگر برای انتخاب و برجسته‌سازی زیرمجموعه‌های مختلف داده۳۷۳۷۳۷۳۷.
  • ابزار Whiteboard: برای گزارش‌دهی پویا و تعاملی، IVCAD ابزار Whiteboard را ارائه می‌دهد. این ابزار به کاربر اجازه می‌دهد تا گزارش‌های قابل اشتراک‌گذاری با رابط کاربری غنی ایجاد کند۳۸. می‌توان الگوهای خاصی را برای وارد کردن شبکه‌های IV در شرایط سوگیری متفاوت آماده کرد و نتایج مختلف را فیلتر و مشاهده نمود۳۹.

مزایای استفاده از SIMULIA IVCAD Suite 4.0

استفاده از IVCAD Suite 4.0 مزایای قابل توجهی را برای مهندسان RF به ارمغان می‌آورد:

  • دقت بالا: توانایی انجام اندازه‌گیری‌های پالسی دقیق برای توصیف صحیح ترانزیستورها.
  • کارایی بالا: گردش کار خودکار و ابزارهای تحلیلی قدرتمند به سرعت بخشیدن به فرآیند توسعه کمک می‌کنند.
  • حفاظت از دستگاه: قابلیت تنظیم شرایط توقف، ایمنی DUT و ابزارهای آزمایش را تضمین می‌کند.
  • یکپارچگی: هماهنگی کامل بین سخت‌افزارهای اندازه‌گیری و نرم‌افزار تحلیل.
  • گزارش‌دهی پیشرفته: ابزار Whiteboard امکان ایجاد گزارش‌های جامع و تعاملی را فراهم می‌آورد.

نتیجه‌گیری

SIMULIA IVCAD Suite 4.0 یک راهکار جامع و ضروری برای توصیف دقیق ترانزیستورهای فرکانس رادیویی از طریق اندازه‌گیری‌های پالسی است. با پوشش تمامی مراحل از تنظیمات اولیه و کالیبراسیون گرفته تا بصری‌سازی بلادرنگ و پس‌پردازش پیشرفته، این نرم‌افزار به مهندسان RF کمک می‌کند تا با کارایی و اطمینان بیشتری، عملکرد قطعات را ارزیابی و مدل‌سازی کنند. این قابلیت‌ها در نهایت منجر به طراحی محصولات RF با کیفیت بالاتر و کاهش زمان عرضه به بازار می‌شوند، که برای پیشرفت در صنعت الکترونیک امروزی حیاتی است.


متا دیسکریپشن: کشف کنید چگونه SIMULIA IVCAD Suite 4.0 اندازه‌گیری‌های پالسی ترانزیستورهای RF را متحول می‌کند. از کالیبراسیون دقیق تا تحلیل پیشرفته برای توصیف کامل قطعات و تسریع توسعه.

کلمات کلیدی برای سئو: SIMULIA IVCAD Suite، اندازه‌گیری پالسی، ترانزیستور RF، توصیف قطعات RF، S-پارامتر، مشخصات IV، کالیبراسیون، تحلیل بلادرنگ، پس‌پردازش داده، ATK، VNA، تریگر مستر، خودگرمایش، تله‌ها، IV Toolbox، Whiteboard، گزارش‌دهی پویا.

لینک منبع

برای مشاهده لینک باید از VPN استفاده نمایید

۳۳-Magnetic Noise & Vibration Control of Electric Drives using SIMULIA Manatee Software

چکیده

گنجاندن الزامات e-NVH با سرعت متغیر در یک گردش کار نمونه‌سازی مجازی درایوهای الکتریکی می‌تواند به دلیل ماهیت چندفیزیکی نویز مغناطیسی و ارتعاشات، یک گلوگاه شبیه‌سازی باشد. تفسیر نتایج ممکن است دشوار باشد زیرا هارمونیک‌های تحریک و حالت‌های ساختاری زیادی درگیر هستند.

SIMULIA Manatee از الگوریتم‌های تخصصی برای تسریع زمان محاسبات e-NVH استفاده می‌کند و ابزارهای اختصاصی برای شناسایی سریع علت اصلی نویز و ارتعاشات ارائه می‌دهد. علاوه بر این، تکنیک‌های کاهش نویز مانند برش و کج‌شدگی را می‌توان به طور موثر در همان رابط کاربری گرافیکی پیاده‌سازی کرد.

این گفتگوی فنی، جابجایی پارامترهای مختلف را ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که کدام متغیرها بیشترین تأثیر را دارند. کاهش نویز ۱۰ دسی‌بل با کمتر از ۱۰ دقیقه محاسبات با استفاده از تکنیک برش روتور به دست می‌آید.

نکات برجسته:

درباره خطرات اصلی e-NVH در یک سیستم انتقال قدرت الکتریکی معمولی که توسط یک IPMSM 8 قطبی با ۴۸ شیار رانده می‌شود، اطلاعات کسب کنید.

درباره ارتباط بین پارامترهای طراحی ماشین الکتریکی و نیروهای تحریک اطلاعات کسب کنید.

درباره کارآمدترین تکنیک‌های کاهش نویز در IPMSM کششی اطلاعات کسب کنید.

Abstract

Including variable speed e-NVH requirements in a virtual prototyping workflow of electric drives can be a simulation bottleneck due to the multiphysics nature of magnetic noise & vibrations. Results may be difficult to interpret as many excitation harmonics and structural modes are involved.
SIMULIA Manatee uses specialized algorithms to accelerate e-NVH computing time, and provides dedicated tools to quickly identify the root cause of noise and vibrations. Besides, noise mitigation techniques such as notching and skewing can be efficiently implemented in the same GUI.
This Tech Talk presents different parameter sweeps, demonstrating which variables are the most influential. A 10dB noise reduction is obtained with less than 10mn of calculations using the rotor notching technique.

Highlights:
  • learn about main e-NVH risks in a typical electric powertrain driven by a 48-slot 8-pole IPMSM
  • learn about the link between electrical machine design parameters and excitation forces
  • learn about the most efficient noise mitigation techniques in traction IPMSM

کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در درایوهای الکتریکی با نرم‌افزار SIMULIA Manatee: راهکاری جامع برای بهینه‌سازی NVH

با گسترش روزافزون وسایل نقلیه الکتریکی، لوازم خانگی هوشمند و سیستم‌های صنعتی خودکار، درایوهای الکتریکی به قلب تپنده بسیاری از این محصولات تبدیل شده‌اند. در حالی که الکتریکی‌سازی مزایای فراوانی از جمله بهره‌وری بالاتر و کاهش آلایندگی به همراه دارد، چالش‌های جدیدی را نیز مطرح می‌کند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها کنترل نویز، ارتعاش و سختی (NVH) است. نویز و ارتعاش مغناطیسی، که ناشی از برهم‌کنش میدان‌های الکترومغناطیسی در موتورهای الکتریکی هستند، می‌توانند تأثیرات نامطلوبی بر راحتی کاربر، قابلیت اطمینان محصول و حتی انطباق با مقررات داشته باشند. در این راستا، نرم‌افزار SIMULIA Manatee به عنوان یک راهکار پیشرو، ابزارهای جامعی را برای تحلیل و کنترل این پدیده‌ها ارائه می‌دهد.

چالش NVH در درایوهای الکتریکی: چرا کنترل آن اهمیت دارد؟

الکتریکی‌سازی به معنای حضور موتورهای الکتریکی در محیط‌هایی است که قبلاً توسط موتورهای احتراق داخلی اشغال شده بودند. این تغییر، به طور خاص در صنعت خودروسازی، مستلزم کاهش قابل توجه نویز و ارتعاش از موتورهای الکتریکی است، زیرا صدای موتورهای احتراقی دیگر وجود ندارد تا نویز مغناطیسی را پوشش دهد. این امر، نیاز به رویکردهای مهندسی نوین برای کنترل NVH را از همان مراحل اولیه طراحی ضروری می‌سازد. درایوهای الکتریکی در حال حاضر مسئول حدود ۲۰ درصد از نویز و ارتعاش در خودروهای الکتریکی هستند که این سهم در حال افزایش است و می‌تواند به حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد در آینده نزدیک برسد.

کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در مراحل اولیه طراحی از اهمیت حیاتی برخوردار است. چرا که:

  • کاهش هزینه‌ها: شناسایی و رفع مشکلات NVH در مراحل پایانی توسعه، بسیار پرهزینه‌تر و زمان‌برتر است.
  • کیفیت محصول: نویز و ارتعاش بیش از حد، تجربه کاربر را تحت تأثیر قرار داده و می‌تواند به عنوان یک نقص در کیفیت محصول تلقی شود.
  • انطباق با استانداردها: بسیاری از صنایع دارای الزامات سختگیرانه NVH هستند که باید رعایت شوند.

معرفی نرم‌افزار SIMULIA Manatee: راهکاری برای NVH مغناطیسی

SIMULIA Manatee نرم‌افزاری اختصاصی است که برای تحلیل و کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در درایوهای الکتریکی توسعه یافته است. این نرم‌افزار، بخشی از پورتفولیوی گسترده SIMULIA در داسو سیستمز، قابلیت‌های شبیه‌سازی چندفیزیکی را برای مهندسان NVH، مکانیک و برق فراهم می‌کند تا بتوانند به طور جامع رفتار دینامیکی موتورهای الکتریکی را درک و بهینه‌سازی کنند. Manatee به طور خاص بر NVH ناشی از نیروهای مغناطیسی تمرکز دارد و ابزارهایی برای تحلیل دقیق و بهینه‌سازی طراحی درایوهای الکتریکی از نظر آکوستیکی ارائه می‌دهد.

گردش کار Manatee برای کنترل NVH

Manatee یک گردش کار یکپارچه را برای تحلیل NVH مغناطیسی ارائه می‌دهد که مراحل کلیدی زیر را پوشش می‌دهد:

  1. تعریف ماشین الکتریکی: این مرحله شامل وارد کردن مشخصات هندسی و الکتریکی موتور به نرم‌افزار است. Manatee از مدل‌های مختلف ماشین‌های الکتریکی از جمله موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) پشتیبانی می‌کند.
  2. محاسبه مغناطیسی و جدول جستجوی مغناطیسی (MLU): در این مرحله، Manatee نیروهای مغناطیسی شعاعی و مماسی را که توسط برهم‌کنش میدان‌های مغناطیسی در موتور ایجاد می‌شوند، محاسبه می‌کند. این نیروها، که مسئول اصلی نویز و ارتعاش مغناطیسی هستند، در یک “جدول جستجوی مغناطیسی” (Magnetic Look-up Table – MLU) ذخیره می‌شوند. MLU امکان ارزیابی سریع پاسخ‌های مغناطیسی به تغییرات مختلف را فراهم می‌کند.
  3. تحلیل ارتعاشی و آکوستیکی: نیروهای مغناطیسی محاسبه شده از MLU به عنوان ورودی به مدل‌های مکانیکی و آکوستیکی منتقل می‌شوند. Manatee از روش‌های اجزا محدود (FEM) برای تحلیل پاسخ ارتعاشی ساختار موتور و همچنین انتشار نویز صوتی استفاده می‌کند. این شامل تحلیل‌های مدال برای شناسایی فرکانس‌های رزونانس و تحلیل پاسخ فرکانسی برای ارزیابی سطح نویز در دامنه شنیداری است.

قابلیت‌ها و ویژگی‌های کلیدی Manatee

SIMULIA Manatee با مجموعه‌ای از قابلیت‌های پیشرفته، امکان تحلیل جامع و بهینه‌سازی NVH را فراهم می‌کند:

  • محاسبات سریع و دقیق: با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته و مدل‌های تحلیلی، Manatee می‌تواند نیروهای مغناطیسی و پاسخ‌های NVH را با سرعت بالا و دقت قابل قبول محاسبه کند. این امر به مهندسان اجازه می‌دهد تا به سرعت سناریوهای طراحی مختلف را بررسی کنند.
  • کوپلینگ چندفیزیکی (Multi-Physics Coupling): Manatee امکان کوپلینگ بین فیزیک‌های مختلف را فراهم می‌کند:
    • الکترومغناطیس به مکانیک: انتقال دقیق نیروهای مغناطیسی به مدل مکانیکی برای تحلیل ارتعاش.
    • مکانیک به آکوستیک: انتقال ارتعاشات سطح به مدل آکوستیکی برای پیش‌بینی نویز منتشر شده.
  • بهینه‌سازی طراحی: نرم‌افزار به مهندسان کمک می‌کند تا پارامترهای طراحی موتور (مانند شکل شکاف‌ها، تعداد قطب‌ها، چیدمان سیم‌پیچ‌ها) را برای به حداقل رساندن نویز و ارتعاش بهینه کنند.
  • ابزار کاربرمحور: Manatee با یک رابط کاربری شهودی و گردش کار گام به گام، به کاربران اجازه می‌دهد تا به سرعت مدل‌های خود را تنظیم و تحلیل کنند.
  • یکپارچگی با پلتفرم 3DEXPERIENCE: Manatee به عنوان بخشی از اکوسیستم SIMULIA و پلتفرم 3DEXPERIENCE، به طور کامل با سایر ابزارهای CAD، CAE و PLM یکپارچه شده است. این یکپارچگی امکان تبادل داده روان و یک گردش کار همگن را از طراحی تا شبیه‌سازی و تولید فراهم می‌کند.

انواع تحلیل در Manatee

Manatee امکان انجام انواع تحلیل‌های مهم NVH را در درایوهای الکتریکی فراهم می‌کند:

  • نیروهای شعاعی و مماسی: محاسبه و تحلیل مولفه‌های فضایی و زمانی نیروهای مغناطیسی در استاتور و روتور.
  • پاسخ ارتعاشی: تحلیل پاسخ دینامیکی ساختار موتور به نیروهای مغناطیسی، شامل جابجایی‌ها، سرعت‌ها و شتاب‌ها.
  • سطح توان صوتی (Sound Power Level): پیش‌بینی میزان کلی نویز منتشر شده از موتور.
  • تحلیل مدال: شناسایی فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی موتور که برای اجتناب از رزونانس حیاتی است.
  • پاسخ‌های گذرا: تحلیل رفتار NVH موتور در شرایط عملکردی دینامیک (مانند تغییرات سرعت یا گشتاور).

مزایای استفاده از Manatee

استفاده از SIMULIA Manatee در فرآیند طراحی و توسعه درایوهای الکتریکی مزایای قابل توجهی دارد:

  • کاهش زمان عرضه به بازار: با شناسایی زودهنگام مشکلات NVH و امکان بهینه‌سازی سریع، زمان کلی توسعه محصول کاهش می‌یابد.
  • صرفه‌جویی در هزینه: نیاز به ساخت و آزمایش نمونه‌های اولیه فیزیکی متعدد به حداقل می‌رسد.
  • بهبود کیفیت محصول: کاهش نویز و ارتعاش به معنای محصولی راحت‌تر، قابل اطمینان‌تر و با طول عمر بیشتر است.
  • رعایت الزامات NVH: اطمینان از انطباق با استانداردهای سختگیرانه صنعتی و نظارتی.
  • تصمیم‌گیری آگاهانه: ارائه بینش‌های عمیق در مورد رفتار NVH به مهندسان کمک می‌کند تا تصمیمات طراحی بهتری بگیرند.

همکاری مهندسان: برق و مکانیک/NVH

نرم‌افزار Manatee با ایجاد یک واسط کاربرپسند، همکاری بین مهندسان برق و مکانیک/NVH را تسهیل می‌کند. مهندسان برق می‌توانند مشخصات ماشین الکتریکی را تعریف کرده و محاسبات مغناطیسی را انجام دهند و “جدول جستجوی مغناطیسی” (MLU) را تولید کنند. سپس، مهندسان مکانیک یا NVH می‌توانند از این MLU به عنوان ورودی برای تحلیل‌های ارتعاشی و آکوستیکی استفاده کرده و بهینه‌سازی‌های لازم را برای کاهش نویز و ارتعاش انجام دهند.

نتیجه‌گیری

کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی یک عنصر حیاتی در طراحی و توسعه درایوهای الکتریکی کارآمد و با کیفیت است. نرم‌افزار SIMULIA Manatee با ارائه یک رویکرد جامع و یکپارچه، مهندسان را قادر می‌سازد تا این پدیده‌ها را به طور دقیق تحلیل، پیش‌بینی و کنترل کنند. از سنتز نیروهای مغناطیسی گرفته تا تحلیل پاسخ ارتعاشی و آکوستیکی، Manatee یک راهکار قدرتمند برای رسیدگی به چالش‌های NVH در عصر الکتریکی‌سازی فراهم می‌آورد. این نرم‌افزار نه تنها به بهبود کیفیت محصول و رضایت مشتری کمک می‌کند، بلکه به سازمان‌ها این امکان را می‌دهد تا محصولات خود را با سرعت و کارایی بیشتری به بازار عرضه کنند و در عین حال، به بالاترین استانداردهای ایمنی و عملکرد دست یابند.


متا دیسکریپشن: کشف کنید چگونه SIMULIA Manatee به کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در درایوهای الکتریکی کمک می‌کند. راهکاری جامع برای بهینه‌سازی NVH، افزایش کیفیت محصول و تسریع توسعه.

کلمات کلیدی برای سئو: SIMULIA Manatee، نویز مغناطیسی، ارتعاش مغناطیسی، درایوهای الکتریکی، NVH، شبیه‌سازی NVH، موتور الکتریکی، مهندسی آکوستیک، الکتریکی‌سازی، 3DEXPERIENCE، شبیه‌سازی چندفیزیکی، کنترل نویز، بهینه‌سازی طراحی، تحلیل ارتعاش، MLU.

۳۲-RF Filter Design

شرکت‌های تجهیزات پزشکی تحت فشار فزاینده‌ای برای توسعه محصولات ایمن و مؤثر، در عین حال کاهش زمان و هزینه توسعه و رعایت محدودیت‌های سختگیرانه نظارتی هستند. به طور خاص، دستگاه‌های پزشکی الکترونیکی قبل از ورود به بازار ملزم به رعایت استانداردهای بین‌المللی سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) هستند. این امر برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی بین دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف ضروری است. آزمایش فیزیکی برای نشان دادن انطباق استفاده می‌شود، اما هم زمان‌بر و هم پرهزینه است. علاوه بر این، آزمایش انطباق مستلزم توسعه کامل سخت‌افزار و نرم‌افزار عملیاتی است. به این ترتیب، آزمایش در پایان فرآیند طراحی انجام می‌شود و شناسایی هرگونه مشکل در این مرحله پایانی بسیار پرخطر است. عدم انطباق EMC باعث ایجاد اصلاحاتی در طراحی می‌شود که می‌تواند زمان عرضه به بازار را ماه‌ها به تأخیر بیندازد.

نکات برجسته:

مقدمه Filter Designer 3D

مثال‌های پیشرفته فیلتر

تنظیم فیلتر به کمک کامپیوتر

RF filters are essential components in modern communication systems, enabling the selection and rejection of specific frequency bands to ensure signal integrity, minimize interference, and meet regulatory requirements. CST Studio Suite’s Filter Designer 3D is a comprehensive filter synthesis tool that automates the creation and simulation of coupled-resonator filters and diplexers, achieving fast convergence even in complex 3D models. In this e-seminar, participants will receive an introduction to Filter Designer 3D, with a focus on its automated filter design capabilities through demonstrations of advanced examples such as asymmetric planar filters, dual-mode filters, and multiband filters—showcasing how accurate simulation leads to efficient and reliable designs.

طراحی فیلتر RF: یک گردش کار خودکار از مشخصات تا ساخت

طراحی فیلترهای فرکانس رادیویی (RF) فرآیندی پیچیده است که نیازمند دقت بالا از مرحله تعریف مشخصات تا تولید نهایی می‌باشد. با استفاده از ابزارهای پیشرفته شبیه‌سازی، این فرآیند می‌تواند به طور قابل توجهی ساده، سریع و قابل پیش‌بینی‌تر شود.

مقدمه‌ای بر Filter Designer 3D (FD3D)

FD3D، ابزاری قدرتمند در CST Studio Suite، یک گردش کار کاملاً خودکار برای طراحی فیلتر RF ارائه می‌دهد. این ابزار به مهندسان کمک می‌کند تا از مشخصات اولیه فیلتر به یک مدل سه‌بعدی بهینه‌شده دست یابند۱.

گردش کار طراحی فیلتر شامل مراحل کلیدی زیر است:

  • سنتز (Synthesis): فرآیند با تعریف مشخصات فیلتر از جمله ترتیب فیلتر، فرکانس مرکزی، پهنای باند و سطح تلفات بازگشتی آغاز می‌شود۲. FD3D از رویکرد ماتریس کوپلینگ استفاده می‌کند که سنتز را ساده کرده و امکان تبدیل به توپولوژی‌های مختلف رزوناتور کوپل شده را فراهم می‌آورد۳. این ابزار فرکانس‌های رزونانس و ضرایب کوپلینگ لازم برای دستیابی به پاسخ مطلوب را در چند ثانیه محاسبه می‌کند و همچنین می‌تواند یک شبکه مدار را در CST Design Studio تولید کند۴. برای فیلترهای پایین‌گذر و بالاگذر، سنتز مدار LED به جای سنتز ماتریس کوپلینگ استفاده می‌شود۵.

  • تحقق (Realization): پس از سنتز، FD3D به طور خودکار هر رزوناتور و کوپلینگ را به یک هندسه سه‌بعدی کاملاً پارامتری در CST Studio Suite تبدیل می‌کند۶. این قابلیت اتوماسیون، نیاز به طراحی دستی را از بین می‌برد و تضمین می‌کند که توپولوژی نهایی دقیقاً با مدل شبیه‌سازی مطابقت دارد۷. FT3D طیف گسترده‌ای از فناوری‌های موج هدایت‌شده مانند حفره‌های موجبر مستطیلی و تشدیدگرهای حلقه‌ای شکاف‌دار روی PCB را پشتیبانی می‌کند۸۸۸۸.

  • بهینه‌سازی (Optimization): پس از ایجاد مدل سه‌بعدی، فرآیند بهینه‌سازی آغاز می‌شود۹. مدل‌های تولید شده توسط FT3D به طور خودکار با استفاده از یک روال نگاشت فضایی بهینه می‌شوند۱۰۱۰۱۰۱۰. این روال همگرایی سریع و دقیق را حتی برای مدل‌های پیچیده تضمین می‌کند۱۱۱۱۱۱. برخلاف رویکردهای کلاسیک مبتنی بر پارامتر S که به شبیه‌سازی‌های متعدد و زمان‌بر نیاز دارند ۱۲، بهینه‌سازی مبتنی بر ماتریس کوپلینگ در FD3D، با استخراج ضرایب کوپلینگ و فرکانس خودرزونانس از مدل EM و مقایسه آن‌ها با ماتریس کوپلینگ هدف، همگرایی سریع‌تر و عملکرد قابل پیش‌بینی‌تری را ارائه می‌دهد۱۳۱۳۱۳۱۳. این روش راهنمایی روشنی در مورد ابعاد فیزیکی که باید تغییر کنند، فراهم می‌کند۱۴.

  • ساخت (Manufacturing): پس از بهینه‌سازی، مدل برای ساخت آماده می‌شود۱۵. هندسه بهینه‌شده می‌تواند از CST به نرم‌افزارهای برش مانند SolidWorks خروجی گرفته شود تا جزئیات تولیدی مانند فلنج‌ها یا پین‌های تراز اضافه شوند۱۶.

  • تنظیم و اندازه‌گیری (Tuning and Measurement): در نهایت، پس از ساخت سخت‌افزار، FT3D می‌تواند با استفاده از یک تحلیلگر شبکه برداری متصل به نرم‌افزار، کمک به تنظیم در لحظه ارائه دهد۱۷. با تنظیم پیچ‌ها، می‌توان تغییرات ماتریس برش استخراج شده را به صورت آنی مشاهده کرد۱۸. این قابلیت به بستن حلقه بین شبیه‌سازی و فیلتر ساخته شده کمک می‌کند۱۹.

قابلیت‌های پیشرفته و مثال‌ها

FT3D توپولوژی‌های تشدیدگر واقعی و کارآمدی تولید می‌کند و انواع توپولوژی‌های ممکن را بر اساس مشخصات فیلتر و فناوری هدف نشان می‌دهد۲۰۲۰۲۰۲۰. این شامل فیلترهای حفره‌ای کواکسیال سه‌بعدی و فیلترهای مبتنی بر PCB مانند میکرواستریپ می‌شود۲۱. هر فناوری دارای مزایا و معایب خاص خود از نظر اندازه، ضریب Q، محدوده فرکانس و یکپارچه‌سازی است۲۲.

در عمل، مثال‌های متعددی نشان داده‌اند که روال نقشه‌برداری فضایی FD3D همگرایی سریع و قابل اعتمادی را با وفاداری بالا به اهداف طراحی فراهم می‌کند۲۳. به عنوان مثال، یک فیلتر حفره کواکسیال در تنها هشت تکرار و یک فیلتر دوقطبی بزرگ در تنها ۱۵ تکرار همگرا شده است۲۴.

به طور خلاصه، گردش کار خودکار FD3D در CST Studio Suite، فرآیند طراحی فیلتر RF را از مشخصات فنی تا سخت‌افزار آماده تولید، با حداقل دخالت دستی و حداکثر قابلیت پیش‌بینی، به طرز چشمگیری ساده می‌کند۲۵.

۳۱-Ensuring Medical Device Compliance and Performance with SIMULIA Electromagnetic Simulation

شبیه‌سازی الکترومغناطیسی در دستگاه‌های پزشکی: تضمین ایمنی، عملکرد و انطباق

شرکت‌های تجهیزات پزشکی تحت فشار فزاینده‌ای برای توسعه محصولات ایمن و مؤثر، در عین حال کاهش زمان و هزینه توسعه و رعایت محدودیت‌های سختگیرانه نظارتی هستند. به طور خاص، دستگاه‌های پزشکی الکترونیکی قبل از ورود به بازار ملزم به رعایت استانداردهای بین‌المللی سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) هستند. این امر برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی بین دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف ضروری است. آزمایش فیزیکی برای نشان دادن انطباق استفاده می‌شود، اما هم زمان‌بر و هم پرهزینه است. علاوه بر این، آزمایش انطباق مستلزم توسعه کامل سخت‌افزار و نرم‌افزار عملیاتی است. به این ترتیب، آزمایش در پایان فرآیند طراحی انجام می‌شود و شناسایی هرگونه مشکل در این مرحله پایانی بسیار پرخطر است. عدم انطباق EMC باعث ایجاد اصلاحاتی در طراحی می‌شود که می‌تواند زمان عرضه به بازار را ماه‌ها به تأخیر بیندازد.

مجموعه شبیه‌سازی الکترومغناطیسی (EM) از Dassault Systèmes SIMULIA امکان اعتبارسنجی مجازی عملکرد، ایمنی و انطباق الکترومغناطیسی دستگاه‌های پزشکی را فراهم می‌کند و نیاز به آزمایش پرهزینه محفظه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. علاوه بر این، شامل راه‌حل‌هایی برای طراحی و قرارگیری آنتن، ارزیابی یکپارچگی سیگنال و توان و انطباق با میزان مواجهه انسان با امواج با ارائه ابزارهای مدل‌سازی محاسباتی پیشرفته و همچنین مجموعه‌ای از مدل‌های مجازی انسان است.

Medical device companies are under increasing pressure to develop safe and effective products, while also reducing development time and cost and meeting stringent regulatory constraints. In particular, electronic medical devices are required to comply with international Electromagnetic Compatibility (EMC) standards before they can enter the market. This is necessary in order to avoid electromagnetic interference between different devices and systems. Physical testing is used to demonstrate compliance, but is both time consuming and expensive. Furthermore, compliance testing requires the hardware and operating software to be fully developed. As such, the testing is performed at the end of the design process and identification of any issues at this late stage is extremely risky. It is not uncommon for EMC noncompliance to cause design modifications that can delay time to market by many months.

The electromagnetics (EM) simulation suite from Dassault Systèmes SIMULIA enables the virtual validation of medical device electromagnetic performance, safety, and compliance, significantly reducing the need for costly chamber testing. Furthermore, it includes solutions for antenna design and placement, signal and power integrity assessment, and human exposure compliance by providing state-of-the-art computational modeling tools as well as a population of virtual human models.

شبیه‌سازی الکترومغناطیسی در دستگاه‌های پزشکی: تضمین ایمنی، عملکرد و انطباق

در دنیای پرشتاب فناوری و پزشکی، دستگاه‌های پزشکی از ابزارهای مکانیکی ساده به سیستم‌های الکترونیکی هوشمند و پیچیده تبدیل شده‌اند. این تحول، در کنار نوآوری‌های بی‌نظیر، چالش‌های جدیدی را در زمینه طراحی، توسعه و تضمین ایمنی و عملکرد آن‌ها به وجود آورده است. در این میان، شبیه‌سازی الکترومغناطیسی (EM) به عنوان یک ابزار حیاتی، نقش کلیدی در کاهش زمان و هزینه توسعه، افزایش ایمنی بیمار و حصول اطمینان از انطباق با مقررات جهانی ایفا می‌کند.

چالش‌های کلیدی در توسعه دستگاه‌های پزشکی مدرن

مشتریان در صنعت دستگاه‌های پزشکی همواره با فشار فزاینده‌ای برای کاهش زمان و هزینه توسعه مواجه هستند. این در حالی است که نیاز به بهبود مداوم عملکرد و ایمنی دستگاه‌ها، به‌ویژه با افزایش پیچیدگی الکترونیکی و قابلیت‌های ارتباطی، در بالاترین حد خود قرار دارد. علاوه بر این، انطباق با مقررات سخت‌گیرانه نهادهای نظارتی در سراسر جهان و همچنین اطمینان از تجربه مثبت برای پزشک و بیمار (مانند سهولت استفاده و راحتی) از اهمیت بالایی برخوردار است. دستگاه‌های پزشکی کاشتنی فعال، مانند دستگاه‌های تنظیم ضربان قلب، نمونه‌های بارزی از این پیچیدگی‌ها هستند که در صورت بروز مشکل، می‌توانند عواقب جبران‌ناپذیری داشته باشند.

چرا شبیه‌سازی؟ مزایای آزمایش مجازی در برابر آزمایش فیزیکی

باور اصلی در توسعه محصول مدرن این است که “دنیاهای مجازی می‌توانند دنیای واقعی را گسترش داده و بهبود بخشند.” این اصل به طور خاص در مورد دستگاه‌های پزشکی صادق است. شبیه‌سازی مزایای بی‌شماری نسبت به آزمایش فیزیکی ارائه می‌دهد:

  • کاهش هزینه و زمان: برخلاف ساخت نمونه‌های اولیه فیزیکی پرهزینه و زمان‌بر، آزمایش‌های مجازی بسیار ارزان‌تر و سریع‌تر انجام می‌شوند.
  • انعطاف‌پذیری در طراحی اولیه: تغییرات در طراحی بر اساس نتایج آزمایش در مراحل اولیه فرآیند مجازی، بسیار ارزان‌تر و آسان‌تر است.
  • تجزیه و تحلیل عمیق: آزمایش فیزیکی تنها “چه اتفاقی افتاده است” را نشان می‌دهد، در حالی که شبیه‌سازی با ارائه معیارهای کمی و بازخورد بصری، “چرا” یک نتیجه خاص رخ داده است را توضیح می‌دهد، که برای ریشه‌یابی مشکلات حیاتی است.
  • اعتبارسنجی پدیده‌های نامرئی: شبیه‌سازی امکان اعتبارسنجی محصولاتی را فراهم می‌کند که آزمایش آن‌ها در دنیای واقعی غیرممکن یا دشوار است، مانند دستگاه‌های درون بدن انسان یا پدیده‌های فیزیکی نامرئی (مثل امواج الکترومغناطیسی).
  • بهینه‌سازی طراحی: شبیه‌سازی به مهندسان اجازه می‌دهد تا در بازه زمانی محدود، به یک طراحی بهینه دست یابند.

کاربردهای شبیه‌سازی الکترومغناطیسی در دستگاه‌های پزشکی

شبیه‌سازی EM در طیف وسیعی از کاربردها در صنعت پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد:

  • دستگاه‌های هوشمند و متصل: از سمعک‌های ساده تا دستگاه‌های پیچیده‌تر دارورسانی پوشیدنی، شبیه‌سازی به طراحی و اعتبارسنجی دستگاه‌های هوشمند و متصل کمک می‌کند.
  • تضمین ایمنی ایمپلنت‌ها: بررسی ایمنی ایمپلنت‌های غیرفعال (مانند ارتوپدی) و فعال (مانند دستگاه‌های تنظیم ضربان قلب) در معرض میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی.
  • طراحی تجهیزات تصویربرداری پزشکی: کمک به طراحی دستگاه‌هایی مانند اسکنرهای MRI یا مایکروویو.
  • کاربردهای درمانی: استفاده از الکترومغناطیس به شیوه‌های درمانی، مانند تخریب تومورها با مایکروویو یا پروتون درمانی برای سرطان.

تمرکز اصلی در دستگاه‌های پزشکی هوشمند، بر قابلیت اطمینان بالا است؛ زیرا عملکرد این دستگاه‌ها مستقیماً با سلامت و زندگی بیماران مرتبط است.

مجموعه الکترومغناطیسی Simulia: CST Studio Suite و Opera

سیمولیا (Simulia)، برند پیشرو داسو سیستمز (Dassault Systèmes)، ابزارهای قدرتمندی برای شبیه‌سازی الکترومغناطیسی ارائه می‌دهد که در پلتفرم 3DEXPERIENCE نیز به خوبی یکپارچه شده‌اند. این ابزارها شامل CST Studio Suite (شناخته شده برای شبیه‌سازی فرکانس بالا) و Opera (برای شبیه‌سازی موتور و آهنربای فرکانس پایین مانند MRI) هستند.

ویژگی‌های برجسته ابزارهای EM سیمولیا:

  • طیف گسترده فرکانس و اندازه: قابلیت پوشش دستگاه‌های بسیار کوچک (مانند تراشه‌ها) تا آنتن‌های بزرگ.
  • فناوری‌های حل‌کننده متنوع: دسترسی به تقریباً ۲۰ حل‌کننده مختلف که برای کاربردهای گوناگون بهینه شده‌اند.
  • مدل‌سازی و تحلیل قدرتمند: توانایی استخراج نتایج دقیق و ارائه بازخورد بصری برای درک عمیق رفتار EM.
  • محاسبات با کارایی بالا (HPC): پشتیبانی از محاسبات ابری، MPI (محاسبات توزیع‌شده) و پردازنده‌های گرافیکی چندرشته‌ای برای تسریع زمان حل.
  • یکپارچگی با پلتفرم 3DEXPERIENCE: دسترسی مستقیم به داده‌های CAD و PLM، امکان اجرای شبیه‌سازی و مشاهده نتایج از طریق وب.

مدیریت انطباق با EMC از طریق شبیه‌سازی

یکی از چالش‌های اصلی در طراحی دستگاه‌های پزشکی، اطمینان از سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) آن‌هاست. EMC به این معنی است که محصول نه تنها باید در برابر میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی مقاوم باشد (مصونیت/پذیرفتاری)، بلکه نباید بیش از حد تابش کند و باعث تداخل با سایر دستگاه‌ها شود (گسیل).

گسیل تابشی (Radiated Emissions)

شبیه‌سازی به تولیدکنندگان امکان می‌دهد تا میزان انتشار ناخواسته از دستگاه را بررسی کنند. به جای آزمایش‌های فیزیکی زمان‌بر و پرهزینه که ممکن است به شکست منجر شوند، می‌توان با قرار دادن پروب‌های اندازه‌گیری مجازی در اطراف مدل و چرخش مجازی دستگاه، اطمینان حاصل کرد که میزان انتشار تابشی در تمام جهات کمتر از سطح مجاز است. این رویکرد به شناسایی سریع منبع انتشار و اجرای راه‌حل‌هایی مانند اضافه کردن چوک در کابل‌ها، پیش از ساخت نمونه اولیه، کمک می‌کند.

مصونیت/پذیرفتاری تابشی (Radiated Immunity/Susceptibility)

دستگاه‌های پزشکی باید حتی در معرض میدان‌های الکترومغناطیسی قوی خارجی نیز به طور قابل اعتماد کار کنند (مثلاً هنگام عبور از کنار ترانسفورماتورها یا دستگاه‌های امنیتی). شبیه‌سازی می‌تواند با اعمال منابع میدان آماری (مانند امواج صفحه‌ای که از همه جهات به ساختار برخورد می‌کنند) و قرار دادن پروب‌های مجازی در داخل دستگاه، میزان نفوذ سیگنال‌های ناخواسته را بررسی کند. این امر به مهندسان کمک می‌کند تا اثربخشی محافظ‌گذاری (shielding) را ارزیابی کرده و از عملکرد صحیح قطعات الکترونیکی اطمینان حاصل کنند.

تخلیه الکترواستاتیکی (ESD)

ESD یک پدیده رایج است که می‌تواند به قطعات الکترونیکی آسیب برساند. شبیه‌سازی EM می‌تواند اثرات پالس‌های ولتاژ قوی ناشی از تخلیه الکترواستاتیکی (چه تخلیه هوایی و چه تماسی) را تحلیل کرده و به طراحی مدارهایی کمک کند که در برابر این وقایع مقاوم باشند.

رویکرد “انتقال به چپ” و نمونه‌سازی مجازی

صنعت دستگاه‌های پزشکی به دلیل نیازهای بالای قابلیت اطمینان، غالباً محافظه‌کار است و این می‌تواند منجر به زمان طولانی‌تر عرضه محصول به بازار شود. رویکرد “انتقال به چپ” (Shift Left) با تمرکز بر نمونه‌سازی مجازی، این فرآیند را تسریع می‌کند. به جای طراحی، ساخت نمونه اولیه، آزمایش فیزیکی و سپس شروع مجدد در صورت شکست، می‌توان در دنیای مجازی:

  1. طراحی: یک مدل دیجیتال ایجاد کرد.
  2. آزمایش مجازی: پارامترهای مختلف را به سرعت آزمایش و بهینه کرد.
  3. اعتبارسنجی مجازی: انطباق با استانداردها را پیش از تولید فیزیکی تأیید کرد.

این فرآیند تکرار شونده در ساعات یا روزها انجام می‌شود، نه هفته‌ها یا ماه‌ها، و به طراحان اجازه می‌دهد تا “از همان ابتدا درست عمل کنند” و نیاز به نمونه‌های اولیه متعدد را کاهش دهند.

مطالعه موردی: دستگاه دارورسانی پوشیدنی YAZOO

دستگاه دارورسانی پوشیدنی YAZOO، یک دستگاه تزریق دارو با فناوری پیشرفته است که به صورت بی‌سیم با یک شبکه خارجی ارتباط برقرار می‌کند. این دستگاه نمونه‌ای عالی از چالش‌های EM در دستگاه‌های پزشکی هوشمند است. شبیه‌سازی در اینجا به:

  • طراحی آنتن: با استفاده از کتابخانه‌های آنتن مانند “آنتن مارگوس”، می‌توان آنتن‌هایی با اندازه و فرکانس مورد نیاز (مانند وای‌فای) را به سرعت انتخاب و در مدل ادغام کرد.
  • بررسی EMC: ارزیابی گسیل تابشی از موتورهای پله‌ای و کابل‌کشی، و تعیین حساسیت دستگاه به میدان‌های خارجی.

این مطالعه موردی نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با استفاده از شبیه‌سازی، طراحی آنتن را بهینه کرد و از انطباق با استانداردهای EMC (مانند IEC 6061-1-2) اطمینان حاصل نمود، حتی پیش از ساخت اولین نمونه اولیه فیزیکی.

نتیجه‌گیری

شبیه‌سازی الکترومغناطیسی دیگر یک مزیت اختیاری نیست، بلکه یک ضرورت در توسعه دستگاه‌های پزشکی هوشمند مدرن است. با بهره‌گیری از ابزارهای پیشرفته‌ای مانند مجموعه Simulia CST Studio Suite و پلتفرم 3DEXPERIENCE، مهندسان می‌توانند چالش‌های مرتبط با ایمنی، عملکرد، زمان و هزینه را به طور موثرتری مدیریت کنند. این رویکرد نه تنها منجر به کاهش خطر عوارض جانبی، فراخوان محصول و آسیب به بیمار می‌شود، بلکه فرآیند توسعه محصول را تسریع کرده و تضمین می‌کند که دستگاه‌های پزشکی ایمن‌تر، قابل اعتمادتر و کارآمدتری به دست مصرف‌کنندگان می‌رسند.


متا دیسکریپشن: کشف کنید که چگونه شبیه‌سازی الکترومغناطیسی به طراحی، ایمنی و انطباق دستگاه‌های پزشکی هوشمند کمک می‌کند. از کاهش ریسک تا تسریع توسعه با راه‌حل‌های پیشرفته Simulia.

کلمات کلیدی برای سئو: شبیه‌سازی الکترومغناطیسی، دستگاه‌های پزشکی، EMC، EM شبیه‌سازی، Simulia، CST Studio Suite، 3DEXPERIENCE، ایمنی بیمار، انطباق با مقررات، نمونه‌سازی مجازی، EMAC، طراحی آنتن، تخلیه الکترواستاتیکی، گسیل تابشی، مصونیت تابشی، مهندسی پزشکی.

۳۰-Streamlined CFD Simulation with Fluid Dynamics Engineer on 3DEXPERIENCE

شبیه‌سازی CFD بهینه با Fluid Dynamics Engineer در پلتفرم 3DEXPERIENCE: انقلابی در گردش کار سیالات

در این جلسه‌ی آموزنده به ما بپیوندید تا به‌روزرسانی‌های اخیر در نقش مهندس دینامیک سیالات را که گردش کار سرتاسری برای شبیه‌سازی‌های سیالات را ساده و تسریع می‌کند، شرح دهیم. ما تفاوت‌های کلیدی بین گردش کار سنتی شبیه‌سازی سیالات و رویکرد جدید خود را برجسته خواهیم کرد و نشان خواهیم داد که چگونه این قابلیت‌های جدید به طور چشمگیری تجربه و کارایی کاربر را بهبود می‌بخشند. پیشرفت‌های قابل توجهی که اخیراً ارائه شده‌اند شامل ویژگی‌های ایده‌آل‌سازی هندسه بهبود یافته، مش‌بندی خودکار چند ماده‌ای و تنظیم سناریوی بصری‌تر است.

در این وبینار خواهید آموخت:

• مزایای مدل‌سازی یکپارچه و شبیه‌سازی سیالات با استفاده از یک مدل داده مشترک در یک تجربه کاربری واحد
• تسریع آماده‌سازی هندسه برای شبیه‌سازی از طریق استخراج خودکار دامنه سیال و مش‌بندی چند ماده‌ای جدید
• نقش مهندس دینامیک سیالات موانع ورود کاربر جدید را از بین می‌برد و به پرسنل کم‌تجربه‌تر امکان می‌دهد از شبیه‌سازی سیالات بهره‌مند شوند.

Join us for this insightful session where we will describe recent updates to our Fluid Dynamics Engineer role that simplify and accelerate the end-to-end workflow for fluid simulations. We’ll highlight key differences between the traditional fluid simulation workflow and our new approach, and we’ll illustrate how these new capabilities dramatically improve the user experience and efficiency. Significant enhancements recently delivered include improved geometry idealization features, automated multi-material meshing, and more intuitive Scenario setup.

In this webinar you will learn:
• The benefits of unified modeling and fluid simulation using a common data model within a single user experience
• Accelerate the geometry preparation for simulation through automated extraction of the fluid domain and new multi-material mesher
• Fluid Dynamics Engineer role removes barriers to new user on-boarding, enabling less experienced personnel to benefit from fluid simulation

شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ابزاری حیاتی در مهندسی مدرن است که به طراحان و مهندسان امکان می‌دهد رفتار سیالات را در شرایط مختلف پیش‌بینی و تحلیل کنند. با این حال، پیچیدگی‌های مرتبط با تنظیم مدل، مش‌بندی و پس‌پردازش اغلب می‌تواند مانعی برای استفاده گسترده از این فناوری باشد. پلتفرم 3DEXPERIENCE، با معرفی نقش جدید “Fluid Dynamics Engineer” (مهندس دینامیک سیالات) یا FMK، یک تجربه کاربری نوین و گردش کاری بهینه را برای شبیه‌سازی CFD ارائه می‌دهد که این چالش‌ها را به حداقل می‌رساند. ۱۱۱۱

مهندس دینامیک سیالات (FMK) چیست و چرا یک گردش کار جدید؟

“Fluid Dynamics Engineer” یا FMK مجموعه‌ای از برنامه‌ها درون پلتفرم 3DEXPERIENCE است که قابلیت‌های CAD (طراحی به کمک رایانه) و PLM (مدیریت چرخه عمر محصول) را برای شبیه‌سازی سیالات به صورت یکپارچه ارائه می‌دهد. ۲ این نقش به طور تنگاتنگی با مدل در ارتباط است؛ به این معنی که با تغییر مدل، شبیه‌سازی نیز به طور اساسی تحت تأثیر قرار می‌گیرد. ۳هدف اصلی از معرفی یک گردش کار جدید، پاسخگویی به نیازهای مشتریان و ساده‌سازی فرآیندهای پیچیده شبیه‌سازی سیالات است. ۴۴۴۴

نیازهای مشتریان و انگیزه تغییر ۵

مشتریان در حوزه شبیه‌سازی CFD انتظارات مشخصی دارند که گردش کار جدید FMK به آن‌ها پاسخ می‌دهد:

  • استخراج دامنه سیال: کاربران می‌خواهند به وضوح دامنه سیال را ببینند و درک کنند که جریان از کجا می‌گذرد و به کجا می‌رود. ۶آنها به حجم سیال، جامدات درگیر و مراحل حذف دامنه‌ها علاقه‌مند هستند. ۷

  • بستن آسان مدل: توانایی بستن سریع و آسان مدل، با حداقل مراحل و چند کلیک، از اهمیت بالایی برخوردار است. ۸

  • استخراج خودکار: کاربران نمی‌خواهند به طور دستی به برنامه بگویند که سیال کجاست. آنها انتظار دارند سیستم به طور خودکار یا صریحاً محل سیال و دامنه‌ها را تعریف کند. ۹این امر به معنای به حداقل رساندن مراحل راه‌اندازی است. ۱۰
  • مدل ذهنی و اصطلاحات آشنا: کاربران ترجیح می‌دهند با اصطلاحات رایج CFD کار کنند و از یک مدل ذهنی آشنا بهره‌مند شوند. ۱۱

  • ویرایش‌های سریع و آسان: قابلیت ویرایش سریع و آسان پارامترها و تعامل ساده با شبیه‌سازی، از جمله نیازهای کلیدی است. ۱۲۱۲۱۲

  • شبکه‌بندی خودکار و شفاف: کاربران خواهان شبکه‌بندی (مش‌بندی) با حداقل ورودی دستی، شفافیت بالا و مش‌های هم‌شکل (conformal meshing) هستند. ۱۳

  • نتایج واضح و پس‌پردازش چابک: در نهایت، نتایج شبیه‌سازی باید واضح و پس‌پردازش باید چابک و کارآمد باشد. ۱۴

این نیازها، انگیزه اصلی تیم توسعه برای تغییر و بهینه‌سازی تجربه کاربری در FMK بوده‌اند. ۱۵

ستون‌های اصلی گردش کار جدید FMK ۱۶

گردش کار جدید مهندس دینامیک سیالات بر چهار ستون کلیدی استوار است:

  1. کاربرمحور (User-Centric): این رویکرد بر شهودی بودن و واکنش‌گرایی تمرکز دارد. ۱۷با ادغام سه برنامه اصلی در فرآیند راه‌اندازی FMK در یک محیط متمرکز “ایجاد سناریوی سیال”، کاربر دیگر نیازی به جابجایی مداوم بین برنامه‌ها و از دست دادن تمرکز ندارد. ۱۸“مدیر فیزیک” (Physics Manager) به عنوان یک درخت شبیه‌سازی جامع، امکان ویرایش و تنظیم اکثر پارامترهای مورد نیاز برای شبیه‌سازی نهایی را فراهم می‌کند. ۱۹همچنین، اصطلاحات مورد استفاده از “بخش جامد” و “بخش سیال” به اصطلاحات CFD محورتر مانند “دامنه مایع”، “دامنه گاز” و “دامنه جامد” تغییر یافته‌اند تا منحنی یادگیری برای کاربران کاهش یابد. ۲۰

  2. شبکه‌بندی تطبیقی (Adaptive Meshing): این ستون با هدف افزایش دقت و استحکام شبیه‌سازی، مش‌بندی را به صورت تطبیقی انجام می‌دهد. ۲۱

  3. جامع (Comprehensive): ابزار FMK یک برنامه کاربردی پهن‌باند است که طیف وسیعی از فیزیک و اتوماسیون را پوشش می‌دهد. این شامل جریان‌های گذرای پایدار، چندفازی، MRF، FSI (تعامل سازه-سیال) و موارد دیگر می‌شود. ۲۲۲۲۲۲۲۲
  4. خودکار (Automated): پلتفرم 3DEXPERIENCE امکان اتوماسیون در سطح بالاتر را فراهم می‌کند و فرآیند راه‌اندازی گام به گام را تسهیل می‌بخشد تا ابزاری کاربرمحورتر ایجاد شود. ۲۳

رویکرد جدید: مبتنی بر هندسه در مقابل مبتنی بر مش ۲۴

هنگام شروع کار با FMK، دو گزینه اصلی برای نوع حجم جریان وجود دارد: “مبتنی بر مش” (Mesh-based) یا “مبتنی بر هندسه” (Geometry-based). ۲۵

  • گردش کار مبتنی بر مش (کلاسیک): این همان رویکرد قدیمی FMK کلاسیک است که برای کاربران فعلی ابزار آشناست. ۲۶

  • گردش کار مبتنی بر هندسه (جدید): این رویکرد جدیدی است که در آن تعاریف سیال (دامنه‌های سیال) بخشی از هندسه هستند و در مرحله مش‌بندی استخراج نمی‌شوند. ۲۷این بدان معناست که دامنه سیال به طور خودکار از هندسه استخراج می‌شود و نیازی به تعریف دستی یا “بستن دامنه شبیه‌سازی” نیست. ۲۸۲۸۲۸۲۸

نکته مهم این است که این دو گردش کار در حال حاضر با یکدیگر سازگار نیستند؛ بنابراین، اگر شبیه‌سازی را با یک رویکرد آغاز کنید، باید آن را با همان رویکرد ادامه دهید تا از قابلیت مقایسه و تعامل مناسب بین شبیه‌سازی‌ها اطمینان حاصل شود. ۲۹

برنامه‌ها و نقش‌های مرتبط در سیستم‌های سیالات ۳۰

در پلتفرم 3DEXPERIENCE، نقش‌های مختلفی در مجموعه سیستم‌های سیالات وجود دارد که هر یک بر کاربردهای خاصی تمرکز دارند:

  • مهندس تزریق پلاستیک (Plastic Injection Engineer): ابزاری مهم برای شبیه‌سازی تزریق قالب پلاستیک. ۳۱۳۱۳۱۳۱

  • Xflow: یک کد Lattice Boltzmann که بر کاربردهای چندفازی، به ویژه روانکاری دنده، تمرکز دارد. ۳۲۳۲۳۲۳۲

  • مهندس مشخصه‌یابی مواد متخلخل (Porous Material Characterization Engineer): تخصصی عمودی برای آزمایش مجازی مواد متخلخل، با استفاده از اسکن‌های CT برای تکرار ساختار و جریان و دستیابی به خواص بدون آزمایش فیزیکی. ۳۳

  • PowerFlow: فناوری برجسته برای آیرودینامیک و آکوستیک که به طور گسترده در OEMها و صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. ۳۴

  • مهندس دینامیک سیالات (Fluid Dynamics Engineer – FMK): نقش عمومی و جدید برای شبیه‌سازی سیالات در پلتفرم 3DEXPERIENCE. ۳۵

علاوه بر این، برنامه‌هایی برای مطالعه طراحی پارامتریک و بهینه‌سازی با FMK نیز وجود دارد. ۳۶FMK همچنین شامل ۱۶ هسته محاسباتی است که با مجوز و دسترسی به HPC ابری برای مشتریان ارائه می‌شود. ۳۷

نتیجه‌گیری

پلتفرم 3DEXPERIENCE با معرفی نقش Fluid Dynamics Engineer و گردش کار جدید مبتنی بر هندسه، گامی بزرگ در جهت ساده‌سازی و بهینه‌سازی شبیه‌سازی CFD برداشته است. این رویکرد کاربرمحور، همراه با شبکه‌بندی تطبیقی، جامعیت فیزیکی و اتوماسیون پیشرفته، به مهندسان امکان می‌دهد تا با کارایی و دقت بیشتری به تحلیل‌های سیالات بپردازند و از چالش‌های مدل‌سازی پیچیده رها شوند. این تحول، در نهایت به بهبود کیفیت طراحی و سرعت بخشیدن به فرآیند توسعه محصول کمک شایانی خواهد کرد. ۳۸


متا دیسکریپشن: کشف کنید چگونه پلتفرم 3DEXPERIENCE و نقش Fluid Dynamics Engineer شبیه‌سازی CFD را با گردش کاری نوین، کاربرمحور و مبتنی بر هندسه متحول می‌کنند.

کلمات کلیدی برای سئو: شبیه‌سازی CFD، Fluid Dynamics Engineer، 3DEXPERIENCE، دینامیک سیالات محاسباتی، FMK، گردش کار CFD، شبیه‌سازی سیالات، مش‌بندی تطبیقی، تحلیل سیالات، Dassault Systèmes.

۲۹-Meeting Girolamo, René, and Leonhard: Connector Elements in a Nutshell

آشنایی جامع با عناصر رابط در آباکوس: پلی میان سینماتیک و تحلیل اجزا محدود

چکیده

چهارمین بخش از مجموعه خلاصه من، سمینار دو روزه Abaqus در مورد المان‌های رابط را ۱۵ برابر فشرده‌تر می‌کند. علاوه بر اصول اولیه‌ای که شما را با این قابلیت عالی، همه‌کاره، اما کمی عجیب FEA آشنا می‌کند، در مورد برخی از غول‌های علم، دلیل مرتبط بودن کمدی ایتالیایی با سیستم‌های چندجسمی و نحوه تبدیل شدن به یک جادوگر، مطالبی خواهید آموخت.

نکات برجسته:

تعریف اتصال (نوع، جهت‌گیری، رفتار)

اجزای حرکت نسبی
نوآوری‌های مربوط به محدودیت در اواخر دوران حرفه‌ای

ارائه شده توسط @Axel REICHERT

Abstract

The fourth installment of my nutshell series will compress the 2-day Abaqus seminar about connector elements by a factor of 15. In addition to the basics that will get you going with this great, versatile, but a bit alien FEA functionality you will learn about some giants of science, why Italian comedy is relevant to multi-body systems, and how to become a wizard.

Highlights:

  • Connection definition (type, orientation, behavior)
  • Components of relative motion
  • Late-career constraint innovations

عناصر رابط (Connector Elements) در نرم‌افزار Abaqus ابزارهای قدرتمندی هستند که مهندسان را قادر می‌سازند تا اتصالات پیچیده را در مدل‌های تحلیل اجزا محدود (Finite Element Analysis – FEA) به طور مؤثر شبیه‌سازی کنند. این عناصر نه تنها محدودیت‌های سینماتیکی را اعمال می‌کنند، بلکه امکان مدل‌سازی رفتار غیرخطی اتصال را نیز فراهم می‌آورند و یک پل حیاتی بین سیستم‌های چندبدنه (Multi-body Systems) و تحلیل اجزا محدود ایجاد می‌کنند۱۱۱۱.

تاریخچه و تکامل عناصر رابط ۲

مفهوم عناصر رابط در Abaqus، ریشه‌هایی در سال ۲۰۰۱ دارد. این عناصر جایگزین ویژگی‌های قدیمی‌تر مانند MPCs، فنرها (Springs)، داشبوردها (Dashpots) و اتصالات (Joints) شده‌اند. معرفی عناصر رابط به تحلیلگران اجزا محدود اجازه داد تا از مزایای تحلیل سینماتیکی سیستم‌های چندبدنه بهره‌مند شوند، در حالی که دسترسی به تمام ویژگی‌های غیرخطی پیشرفته در چارچوب المان محدود Abaqus حفظ می‌شود۳۳۳۳.

عناصر رابط چه کاری انجام می‌دهند؟

عناصر رابط به طور اساسی جزئیات یک اتصال سه‌بعدی واقعی را به یک نمایش گسسته یک‌بعدی تبدیل می‌کنند۴. این قابلیت به مهندسان اجازه می‌دهد تا سینماتیک مکانیزم‌های پیچیده، مانند بیل مکانیکی، را بدون نیاز به مدل‌سازی تمام جزئیات سه‌بعدی با المان‌های چهاروجهی یا شش‌وجهی، شبیه‌سازی کنند۵. این رویکرد به ویژه برای سناریوهایی که شامل تغییر شکل‌های بزرگ یا غیرخطی بودن مواد هستند، مفید است؛ زیرا این قابلیت‌ها اغلب در کدهای چندبدنه ساده‌تر در دسترس نیستند۶.

تعریف و ساختار عناصر رابط در فایل ورودی آباکوس

برای تعریف یک عنصر رابط در فایل ورودی Abaqus، به چندین مؤلفه کلیدی نیاز است۷۷۷۷:

  • گره‌ها (Nodes): یک عنصر رابط دو گره را به یکدیگر متصل می‌کند۸.

  • نوع المان (Element Type): برای تحلیل سه‌بعدی، همیشه از المان رابط سه‌بعدی (3D Connector Element) با دو گره استفاده می‌شود۹.

  • مجموعه المان (Element Set): تعریف المان در یک مجموعه المان (Element Set) قرار می‌گیرد۱۰.

  • مقطع رابط (Connector Section): هر المان Abaqus به یک گزینه مقطع مربوطه نیاز دارد. برای عناصر رابط، این گزینه همواره “مقطع رابط” است۱۱.
  • رفتار رابط (Connector Behavior): می‌توان به عنصر رابط رفتار داد که مانند ویژگی‌های ماده، رفتار قانون مواد برای عنصر رابط را تعریف می‌کند. این رفتار می‌تواند شامل گزینه‌های فرعی مختلفی مانند الاستیک، پلاستیک و آسیب باشد که می‌توانند به طور دلخواه با هم ترکیب شوند۱۲.

انواع اتصال در عناصر رابط ۱۳

انواع اتصال (Connection Types) سینماتیک عنصر رابط را تعریف می‌کنند۱۴. این انواع در اولین خط داده از گزینه “مقطع رابط” مشخص می‌شوند۱۵. به طور کلی، دو دسته اصلی از انواع اتصال وجود دارد:

  • انواع اتصال انتقالی پایه (Basic Translational Connection Types): مانند اتصال محوری (Axial) که فاصله بین دو گره را اندازه‌گیری می‌کند۱۶۱۶۱۶۱۶. همچنین اتصال دکارتی (Cartesian) که از سیستم‌های مختصات دکارتی برای تعریف اتصال استفاده می‌کند۱۷.

  • انواع اتصال چرخشی پایه (Basic Rotational Connection Types): مانند اتصال کاردان (Cardan) که برای اندازه‌گیری زوایای کاردان استفاده می‌شود و در صنایع خودرو و هوافضا بسیار محبوب است۱۸.

  • انواع اتصال مونتاژ شده (Assembled Connection Types): برای ساده‌سازی کار، Abaqus جفت‌های رایج انواع اتصال انتقالی و چرخشی را ترکیب کرده و به صورت “انواع اتصال مونتاژ شده” ارائه می‌دهد۱۹.

نکته مهم این است که این انواع اتصالات، درجات آزادی (Degrees of Freedom) خود المان را تعریف می‌کنند، نه گره‌ها. این مفهوم برای افرادی که با سیستم‌های چندبدنه آشنا هستند، کاملاً ملموس است۲۰. اصطلاح مورد استفاده در مستندات Abaqus برای این مفهوم، “جزء حرکت نسبی” (Component of Relative Motion) است۲۱.

اتصال عناصر رابط به سازه

برای اتصال عنصر رابط به سایر قسمت‌های سازه، معمولاً از گزینه‌های کوپلینگ (Coupling Options)، به ویژه گزینه “کوپلینگ توزیع‌کننده” (Distributing Coupling) استفاده می‌شود۲۲.

نتیجه‌گیری

عناصر رابط در Abaqus ابزاری ضروری برای تحلیلگران اجزا محدود هستند که امکان مدل‌سازی دقیق و کارآمد اتصالات در سیستم‌های مکانیکی پیچیده را فراهم می‌کنند. با درک صحیح تعریف، ساختار و انواع مختلف اتصالات، مهندسان می‌توانند از قابلیت‌های قدرتمند این عناصر برای شبیه‌سازی‌های پیشرفته و غیرخطی بهره‌برداری کنند.


متا دیسکریپشن: آشنایی جامع با عناصر رابط (Connector Elements) در Abaqus: نحوه عملکرد، تعریف و انواع مختلف اتصالات برای تحلیل‌های پیشرفته اجزا محدود (FEA) و سینماتیک.

کلمات کلیدی برای سئو: عناصر رابط آباکوس، Abaqus، تحلیل اجزا محدود، FEA، سینماتیک، سیستم‌های چندبدنه، طراحی مهندسی، شبیه‌سازی، اتصالات مکانیکی، رفتار غیرخطی.