۲۶-مدیریت بارهای غیرخطی چندگانه و بارگذاری مستقل از تاریخچه در آباکوس و Managing Multiple Nonlinear Loads and History Independent Loading in Abaqus

۲۶-Managing Multiple Nonlinear Loads and History Independent Loading in Abaqus

افزایش بهره‌وری با آباکوس (Abaqus): قدرت پایتون در شبیه‌سازی مهندسی

چکیده
​​​​​​​​

این گفتگوی فنی به بررسی این ویژگی جدید می‌پردازد و تعدادی مثال از گردش‌های کاری ارائه می‌دهد که می‌توانند با کمی بهبود قابل توجه، مورد بازنگری قرار گیرند.

Abaqus (و فناوری‌های سازه‌ای مرتبط در 3DEXPERIENCE) از لحاظ تاریخی الگویی از “وابستگی به تاریخچه” در تحلیل داشته‌اند — یک مرحله کلی از مراحل کلی قبلی پیروی می‌کند و اثرات دائمی (پلاستیسیته، تماس و غیره) “به گذشته منتقل می‌شوند”. اگرچه این یک رویکرد عموماً عملی است که اغلب با “واقعیت” سازگار است، اما دسته‌های خاصی از مسائل وجود دارند که چنین رویکردی برای آنها ایده‌آل نیست.

در مورد سازه‌هایی که در معرض انواع “بارهای پوششی بدترین حالت” قرار دارند، ممکن است منطقی باشد که این سناریوهای بارگذاری مختلف را “مستقل” در نظر گرفت تا تنش‌ها و کرنش‌های قبلی انباشته نشوند. سناریوهای دیگر مانند مطالعات پارامتری متغیرهای مختلف در عملکرد سیستم (به عنوان مثال تغییرات اصطکاک و/یا سرعت چرخش در مجموعه‌های ترمز) ممکن است مزایای عملکردی را به همراه داشته باشند اگر این “مطالعات شاخه” مختلف بتوانند به طور مستقل محاسبه شوند، در حالی که همچنان از حالت‌های قبلی مربوطه بهره می‌برند. در گذشته، تابع “*RESTART” یک راه حل کافی برای رسیدگی به چنین رویکردهایی بوده است، به خصوص زمانی که اثرات پیش بارگذاری بر همه راه‌حل‌ها تأثیر می‌گذارد. ویژگی‌های جدیدتر در Abaqus یک راه حل برتر برای این رویکرد کلاسیک ارائه می‌دهند، در عین حال امکان ایجاد “یک مدل و یک مجموعه از نتایج” را نیز فراهم می‌کنند. این امر نه تنها منجر به کارایی عددی می‌شود، بلکه با یکپارچه‌سازی خودکار همه نتایج تحت یک مدل تحلیلی، کارایی پس از پردازش را نیز افزایش می‌دهد.

نکات برجسته:

الگوی جدید “بارگذاری مستقل از تاریخچه” در Abaqus

مدیریت کارآمدتر سناریوهای بارگذاری پیچیده خاص

استحکام و ویژگی‌های پس از پردازش ناشی از این ویژگی جدید

Abstract

​​This Tech Talk will discuss this new feature and provide a number of examples of workflows that can be modestly reconsidered with significant improvement.

Abaqus (and related structural technologies within 3DEXPERIENCE) has historically had a paradigm of “history dependency” in analysis—a general step follows prior general steps, and permanent effects (plasticity, contact, et al) “carry over”.  While this is a generally practical approach most often consistent with “reality”, there are certain classes of problems for which such an approach is not ideal.
In the case of structures exposed to a variety of “worst-case envelope loads”, it may be reasonable to treat these various loading scenarios as “independent” so as to not accumulate prior stresses and strains.  Other scenarios such as parametric studies of different variables into system performance (e.g. changes of friction and/or rotational speeds in brake assemblies) may yield performance benefits if these different “branch studies” can be calculated independently, while still benefitting from relevant prior states.
In the past, the “*RESTART” function has been a sufficient workaround to address such approaches, particularly when pre-loading effects impact all solutions.  More recent features in Abaqus present a superior solution to this classic approach, while also allowing “one model and one set of results” to be created.  This results not only in numerical efficiencies, but also in post-processing efficiencies by automatically unifying all results under one analysis model.

Highlights: 

  • A new paradigm of “history independent loading” in Abaqus
  • More efficient management of certain complex loading scenarios
  • Robustness and post-processing features arising from this new feature

سلام

/توسط

۲۵-“بازی جدی با آباکوس: یادگیری مهندسی با شبیه‌سازی‌های جذاب” و Serious Play in Abaqus

۲۵-Serious Play in Abaqus

چکیده

کدهای حل‌کننده Abaqus، Abaqus/Standard و Abaqus/Explicit، قابلیت‌های زیادی برای شبیه‌سازی واقع‌گرایانه دارند. یکی از بهترین راه‌های یادگیری، انجام دادن است. بنابراین، می‌توانید با ساخت مدل‌های آزمایشی، در مورد این قابلیت‌ها اطلاعات کسب کنید. چرا با Abaqus بازی نمی‌کنید و با ساخت مدل‌های آزمایشی از پدیده‌های جالبی که هر روز می‌بینیم، آنچه را که ارائه می‌دهد، یاد نمی‌گیرید؟ این گفتگوی فنی، نمونه‌های بسیار جالبی از مدل‌های Abaqus از سازه‌های رایج را نشان می‌دهد و در مورد آنچه می‌توانیم از آنها بیاموزیم، صحبت خواهد کرد. بازی با Abaqus عوارض جانبی جدی خواهد داشت. وقتی با Abaqus بازی می‌کنید، همه چیز را در مورد مدل‌های پیشرفته مواد آن، گزینه‌های آن برای اعمال و محدود کردن حرکت، قابلیت‌های تماس آن و غیره یاد خواهید گرفت. همچنین مهارت‌های مدل‌سازی و حل مسئله خود را یاد خواهید گرفت یا بهبود خواهید بخشید. نه تنها همه این موارد را یاد خواهید گرفت، بلکه روش‌هایی که توسعه می‌دهید ممکن است برای شبیه‌سازی‌های جدی که اکنون روی آنها کار می‌کنید یا مشکلاتی که در آینده با آنها روبرو خواهید شد، قابل اجرا باشند.

نکات برجسته:

ویژگی‌های Abaqus/Standard و Abaqus/Explicit
نکات و ترفندهای شبیه‌سازی
مهارت‌های حل مسئله

چه کسانی باید در این دوره شرکت کنند؟

کاربران Abaqus که مایل به افزایش مهارت‌های مدل‌سازی خود هستند

Abstract

The Abaqus solver codes, Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit, have many capabilities for realistic simulation. One of the best ways of learning is by doing. So, you can learn about these capabilities by building test models. Why not play around with Abaqus and learn what is has to offer by building test models of the interesting phenomenon we see everyday? This Tech Talk will show some very interesting examples of Abaqus models of commonplace structures and talk about what we can learn from them. Playing with Abaqus will have some serious side effects. When you play with Abaqus, you will learn all about its advanced material models, its options for enforcing and constraining motion, its contact capabilities, etc. You will also learn or improve you modeling and problem-solving skills. Not only will you learn all of these things, the methods you develop may be applicable to the serious simulations you are working on now or problems that you will encounter is the future.

Highlights:

  • Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit features
  • Simulation tips and tricks
  • Problem solving skills

Who should attend?

Abaqus users wishing to enhance their modeling skills

/توسط

۲۴-شبیه‌سازی چندفیزیکی در ژئومکانیک زیرسطحی: از حفاری تا شکست هیدرولیکی با آباکوس- شبیه سازان امیرکبیر و Coupled Multiphysics Models for Subsurface Geomechanics

Coupled Multiphysics Models for Subsurface Geomechanics24-

چکیده

در سال‌های اخیر، شکست هیدرولیکی به عنوان یک فناوری چندوجهی ظهور کرده است که چشم‌انداز انرژی جهانی را از جهات مختلف متحول کرده است.

شکست هیدرولیکی که عمدتاً در مخازن غیرمتعارف استفاده می‌شود، اپراتورها را قادر می‌سازد تا هیدروکربن‌ها را به طور ایمن و اقتصادی از سازندهای شیل بسیار متراکم – که زمانی بسیار گران تلقی می‌شدند – استخراج کنند. شکست هیدرولیکی همچنین به طور معمول به عنوان بخشی از عملیات دفع – مانند تزریق مجدد برش‌های نفتی (یا CRI) و تزریق مجدد آب تولیدی (یا PWRI) – استفاده می‌شود.

در کاربردهای زمین‌گرمایی، شکست هیدرولیکی به عنوان تکنیکی برای افزایش تماس حرارتی بین سنگ مخزن و سیال در گردش – و در نتیجه افزایش ضریب بازیابی انرژی چنین سیستم‌هایی – استفاده می‌شود.

این گفتگوی فنی با هدف ارائه مروری بر قابلیت‌های مدل‌سازی چندفیزیکی کاملاً جفت‌شده ما برای شبیه‌سازی شکست هیدرولیکی در مخازن متعارف و غیرمتعارف انجام می‌شود.

به طور خاص، ما موارد استفاده و گردش‌های کاری را برای موارد زیر مورد بحث قرار خواهیم داد:

مدل‌سازی تکمیل‌های نامتعارف در مقیاس صنعتی شامل چندین چاه که هر چاه از چندین مرحله و هر مرحله از چندین خوشه عملکردی تشکیل شده است.

پیش‌بینی تعداد شکستگی‌ها، اندازه آنها، مسیرها و انتقال و قرارگیری پروپانت‌ها در داخل آنها – ضمن در نظر گرفتن پارامترهای زمین‌شناسی (مانند سنگ‌شناسی سنگ، تنش‌های برجا و غیره) و عملیاتی (مانند نرخ پمپاژ).

بررسی تأثیر تخلیه بر انتشار شکستگی و تعامل والد-فرزندی متعاقب آن.

Abstract

In recent years, hydraulic fracturing has emerged as a multi-faceted technology that has transformed the global energy landscape in numerous ways.

Primarily used in unconventional reservoirs, hydraulic fracturing enables operators to extract hydrocarbons safely and economically from ultra-tight shale formations – that were once considered prohibitively expensive. Hydraulic fracturing is also routinely used as a part of disposal operations – such as Cuttings Re-Injection (or CRI) and Produced Water Re-Injection (or PWRI ).

In geothermal applications, hydraulic fracturing is used as a technique to increase the thermal contact between reservoir rock and circulating fluid – thus enhancing the energy recovery factor of such systems.

This Tech Talk aims to provide an overview of our fully coupled multi-physics modeling capabilities for the simulation of hydraulic fracturing in conventional and unconventional reservoirs.

Specifically, we will discuss use-cases and workflows for :

  • Modeling of industrial-scale unconventional completions comprising multiple wells with each well consisting of multiple stages and each stage consisting of multiple perf clusters.
  • Predicting the number of fractures, their sizes, trajectories, and transport and placement of proppants inside them – while accounting for geological (e.g. rock lithology, in-situ stresses, etc.) and operational (e.g. pumping rate) parameters.
  • Investigating the effect of depletion on fracture propagation and ensuing parent-child interaction.

لینک منبع

این مقاله به بررسی مدل‌های کوپل‌شده چندفیزیکی برای ژئومکانیک زیرسطحی می‌پردازد و بر فرآیندهای مرتبط با تزریق زیرسطحی تمرکز دارد۱.

تزریق زیرسطحی و کاربردهای آن

تزریق زیرسطحی شامل تزریق سیال به زیر سطح زمین با اعمال فشار است۲. رایج‌ترین نوع آن شکست هیدرولیکی است۳. مراحل کلیدی تزریق زیرسطحی شامل حفاری چاه، تکمیل چاه (نصب روکش و سیمان‌کاری) و عملیات تزریق سیال (مانند سیال شکستگی یا دوغاب) است۴. تزریق در چند مرحله انجام می‌شود: ابتدا سیال با ویسکوزیته پایین برای شروع شکستگی تزریق می‌شود، سپس دوغاب (ماسه مخلوط با ژل) برای پر کردن و باز نگه داشتن شکستگی تزریق می‌شود، و در نهایت یک سیال نوترونی با ویسکوزیته پایین برای بیرون راندن ژل تزریق می‌شود۵.

کاربردهای تجاری تزریق زیرسطحی عبارتند از:

  • شکست هیدرولیکی: برای تحریک مخازن با نفوذپذیری کم و افزایش راندمان با ایجاد مسیرهای رسانا۶.
  • تزریق خرده‌های حفاری: برای دفع خرده‌های حفاری۷.
  • دفع آب تولیدی: برای دفع آب تولیدی۸.
  • ترسیب کربن: برای دفع و ذخیره دی‌اکسید کربن۹.
  • سیستم‌های زمین‌گرمایی پیشرفته: برای افزایش تماس مخزن بین مخزن و سیال در گردش به منظور به حداکثر رساندن بازیابی گرما۱۰.

ملاحظات مهندسی در فرآیند تزریق زیرسطحی

شکست هیدرولیکی یک فرآیند چندرشته‌ای است که شامل تخصص‌های مختلفی می‌شود۱۱.

  • مهندسان حفاری: بر فشار، دمای سیال در گردش، پایداری چاه و محدوده وزن ایمن گل حفاری تمرکز دارند۱۲.
  • مهندسان تکمیل‌کننده: مسئول نصب روکش‌ها و سیمان‌کاری هستند و به یکپارچگی پوشش چاه و سیمان‌کاری و حفظ ایزولاسیون هیدرولیکی بین مراحل اهمیت می‌دهند۱۳.
  • مهندسان شبیه‌سازی: با تعداد، اندازه و مسیر شکستگی‌ها، تأثیر سنگ‌شناسی، زمین‌شناسی و فشار منفذی بر انتشار شکستگی، اثر تداخل والد-فرزند و همچنین انتقال و جایگذاری مواد دوغاب سروکار دارند۱۴.

چالش‌ها در مدل‌سازی فرآیندهای زیرسطحی و راه‌حل آباکوس (Abaqus)

مهندسان مختلف معمولاً از نرم‌افزارهای مدل‌سازی و شبیه‌سازی متفاوتی استفاده می‌کنند که بر پایه فناوری‌های مختلفی هستند (مانند CFD، FA، روش المان مرزی) و این امر مشکلات جدی در یکپارچه‌سازی ابزارها ایجاد می‌کند۱۵.

آباکوس یک ابزار محاسباتی یکپارچه است که به جای استفاده از چندین ابزار، تمام جنبه‌های فرآیند را با یک فناوری واحد به نام FEA (تحلیل المان محدود) مدل‌سازی می‌کند۱۶. این فناوری با همکاری نزدیک با رهبران صنعت توسعه یافته است۱۷.

قابلیت‌های آباکوس در مهندسی حفاری

آباکوس یک المان چاهک مخصوص برای محاسبه فشار، دما و دبی جرمی در هر نقطه از طول چاهک توسعه داده است۱۸. این المان‌ها تعادل جرم، دما و فشار را به شدت برقرار می‌کنند۱۹. با این قابلیت می‌توان تغییرات دما و فشار سیال در امتداد چاه را در حین تماس با سازند مدل‌سازی کرد۲۰. همچنین می‌توان خواص سیال مانند چگالی و ویسکوزیته را به عنوان تابعی از دما مشخص کرد و تأثیر آن را بر فشار مشاهده نمود۲۱. این قابلیت به مهندسان حفاری امکان می‌دهد تا پایداری چاه و پنجره وزن گل ایمن را تخمین بزنند۲۲۲۲۲۲۲۲.

المان‌های گمانه می‌توانند به سازند متصل شوند و چندین قابلیت اتصال از جمله اعمال فشار مضاعف، کوپلینگ دما، کوپلینگ همزمان فشار و دما و کوپلینگ MC ضعیف (تبدیل فشار منفذی به بارگذاری فشاری) را فراهم می‌کنند۲۳. خروجی‌های این المان‌ها شامل اطلاعاتی در مورد فشار، دما، جرم، دبی جریان، فشار کل و افت فشار اصطکاکی است و از انواع رفتارهای سیال زمین‌شناسی (نیوتنی و غیرنیوتنی مانند قانون توانی بینگهام پلاستیک و هرسل باکلی) پشتیبانی می‌کنند۲۴.

آباکوس مدل‌های ماده و شکست را برای تعیین دقیق حدود پایداری چاه ارائه می‌دهد۲۵. حد پایین پنجره گل با پایداری سوراخ تخته در برابر شکست‌های ناگهانی یا شکستگی‌ها تعیین می‌شود و نیاز به مدل پلاستیسیته خاک دارد۲۶. آباکوس طیف گسترده‌ای از مدل‌های پلاستیسیته خاک را ارائه می‌دهد، از جمله مدل مور-کولمب، دراکر-پراگر و مدل تعمیم‌یافته دارو۲۷. حد بالای پنجره گل با شکست شکستگی تعیین می‌شود و آباکوس قابلیت مدل‌سازی شکستگی ناشی از سیال، جریان سیال درون شکستگی، فشار و دمای ضعیف و انتقال دوغاب را دارد۲۸.

کاربرد در سیستم‌های زمین‌گرمایی

در سیستم‌های زمین‌گرمایی، آباکوس می‌تواند تبادل حرارتی و فشار بین سیال تزریق شده و مخزن اطراف را مدل‌سازی کند۲۹. این قابلیت امکان مدل‌سازی افزایش دمای سیال تزریق شده در حلقه زمین‌گرمایی و بررسی فشار و افت فشار را فراهم می‌کند۳۰۳۰۳۰۳۰. همچنین می‌توان مطالعات حساسیت مختلفی مانند تأثیر نرخ تزریق بر افزایش گرما و مقایسه طرح‌های مختلف چاه را انجام داد۳۱.

قابلیت‌های آباکوس در مهندسی تکمیل

مهندسان تکمیل نگران حفظ ایزولاسیون هیدرولیکی بین مراحل مختلف در طول شکست هیدرولیکی با استفاده از بسته‌بندی‌کننده‌های تکمیل‌کننده هستند۳۲. آباکوس توانایی ثبت هر دو نوع تماس مکانیکی و هیدرولیکی را در مدل‌سازی تغییر شکل الاستیک بسته‌بندی‌کننده‌ها دارد و ارزیابی دقیقی از کیفیت آب‌بندی ارائه می‌دهد۳۳.

آباکوس قابلیت مدل‌سازی پیشرفته‌ای برای شبیه‌سازی فرآیند رسوب سیمان و محاسبه تغییر در میدان تنش دارد۳۴. قابلیت فعال‌سازی پیش‌رونده المان به مدل‌سازی رسوب تدریجی سیمان و نمایش تغییرات میدان تنش کمک می‌کند۳۵. همچنین آباکوس می‌تواند نقص‌های سیمانی و تأثیر آنها بر تنش‌های نزدیک چاه را ثبت کند و قابلیت جدا شدن پیوند بین سطوح مشترک را برای مدل‌سازی رشد ترک سطحی بین سیمان و سازند یا لوله جداری به دلیل نفوذ سیال سازند دارد۳۶.

قابلیت‌های مدل‌سازی شکستگی در آباکوس

قابلیت‌های مدل‌سازی شکستگی در آباکوس با همکاری نزدیک با شرکای صنعتی توسعه یافته و از طریق آزمایش‌های مختلف اعتبارسنجی شده است۳۷. آباکوس می‌تواند تمام حالت‌های شکستگی (حالت اول، دوم، سوم و ترکیبی) را مدیریت کند۳۸. شکست هیدرولیکی نمونه‌ای از شکست حالت اول است۳۹.

آباکوس دو تکنیک مدل‌سازی شکستگی دارد:

  • روش ناحیه چسبنده (Cohesive Zone Method): برای سناریوهایی که مسیر شکستگی از قبل مشخص است (مانند شکستگی‌های بین سطحی)۴۰.
  • روش المان محدود توسعه‌یافته (eXtended Finite Element Method – XFEM): که در آن مسیر شکست از راه‌حل فرآیند یا فیزیک زیربنایی استخراج می‌شود و نیازی به مشخص کردن دقیق مسیر شکست از قبل نیست۴۱. XFEM مستقل از شبکه و هندسه ترک باقی می‌ماند۴۲.

دو نوع قابلیت تجزیه و تحلیل برای مدل‌سازی شکستگی وجود دارد:

  • تحلیل ترمومکانیکی: جابجایی و درجات آزادی حرارتی را در نظر می‌گیرد اما درجات آزادی فشار ضعیف را در نظر نمی‌گیرد و برای مواردی استفاده می‌شود که تغییر در فشار ضعیف ناچیز است۴۳.
  • تحلیل مکانیکی ترموپورو (Thermoporo-mechanical analysis): تغییرات جابجایی، فشار منفذی و دما را با استفاده از الاستیسیته بیوت در نظر می‌گیرد و برای مدل‌سازی مواد متخلخل مانند سنگ‌ها استفاده می‌شود۴۴.

مدل شکست هیدرولیکی در آباکوس یک مدل فیزیکی کامل است که شامل:

  • مکانیک ترموپور برای مدل‌سازی کوپل شده دما، فشار و تنش‌های مکانیکی۴۵.
  • مدلی برای شروع و تکامل آسیب با استفاده از قانون جدایی کششی-کششی۴۶.
  • مدلی برای جریان سیال درون شکستگی (مدل جریان شکاف)۴۷.
  • مدلی برای اتلاف سیال از طریق سطوح شکستگی (نشتی)۴۸.
  • مدل‌هایی برای تکیه‌گاه، انتقال و قرارگیری مواد دوغاب۴۹.

اعتبارسنجی مدل‌ها

آباکوس مدل‌های خود را از طریق سطوح مختلف اعتبارسنجی با استفاده از آزمون‌های تجربی و میدانی تأیید کرده است۵۰. مثال‌ها شامل بررسی اثر سایه تنش که در آن شکستگی‌های بیرونی رشد می‌کنند و شکستگی داخلی سرکوب می‌شود۵۱. همچنین بررسی تضاد تنش بین لایه‌ها که منجر به هندسه‌های شکستگی متفاوت می‌شود (مانند شکل گلابی)۵۲. اعتبارسنجی تجربی قابلیت XSVM (اثر فشار پورت) نیز نشان می‌دهد که شکستگی به سمت منطقه پرفشار جذب می‌شود۵۳. همچنین پیش‌بینی برآمدگی نزدیک به محور عمودی که در آن شکستگی به دلیل ناهم‌ترازی با جهت تنش اصلی می‌چرخد۵۴.

کاربردهای فناوری آباکوس

  • شبیه‌سازی چندمرحله‌ای شکست هیدرولیکی: امکان مدل‌سازی فرآیند فرکینگ چندمرحله‌ای را فراهم می‌کند۵۵.
  • بررسی توزیع جرم سیال و خوشه‌های مختلف ضریب توان: آباکوس می‌تواند توزیع جرم سیال را بین خوشه‌های مختلف پرف (Perf) نشان دهد۵۶.
  • شبیه‌سازی تولید: پس از انجام شکافت، می‌توان سناریوی تولید را شبیه‌سازی کرد و تغییر فشار قطب در مجاورت شکستگی را در حین بیرون کشیدن سیال از مخزن مشاهده کرد۵۷.
  • تخلیه انرژی و تغییر جهت‌گیری استرس (تداخل چاه): آباکوس می‌تواند مکانیک تداخل چاه را که معمولاً در اثر تخلیه چاه مادر ایجاد می‌شود، بررسی کند و تأثیر آن را بر هندسه شکستگی چاه فرزند نشان دهد۵۸.
  • انتقال و ته‌نشینی مواد مذاب (دوغاب): آباکوس قابلیت مدل‌سازی انتقال و قرارگیری دوغاب در داخل شکستگی را دارد و می‌تواند الگوهای ته‌نشین شدن ماسه را پیش‌بینی کند۵۹. این قابلیت به تشخیص پدیده‌هایی مانند “خروج نوک سوزن از سوراخ” کمک می‌کند، که در آن رشد شکستگی متوقف شده و فشار شروع به افزایش می‌کند۶۰. همچنین می‌تواند در فرآیند شکست هیدرولیکی چندمرحله‌ای برای تعیین بخش برش خورده از شکستگی‌های مختلف و غلظت مربوط به دوغاب در داخل هر شکستگی استفاده شود۶۱. این دانش برای مهندسان مخزن در پیش‌بینی تولید مفید است۶۲.

کلمات کلیدی فارسی:

ژئومکانیک زیرسطحی، مدل‌های چندفیزیکی، تزریق زیرسطحی، شکست هیدرولیکی، شبیه‌سازی آباکوس، مهندسی حفاری، پایداری چاه، تکمیل چاه، انتقال دوغاب، ترسیب کربن، سیستم‌های زمین‌گرمایی

کلمات کلیدی انگلیسی:

Subsurface Geomechanics, Coupled Multiphysics Models, Subsurface Injection, Hydraulic Fracturing, Abaqus Simulation, Drilling Engineering, Wellbore Stability, Completion Engineering, Proppant Transport, Carbon Sequestration, Geothermal Systems

/توسط

۲۳-شبیه‌سازی ساختاری گوشی‌های هوشمند با Abaqus | طراحی مقاوم بدون نمونه‌سازی فیزیکی- شبیه سازان امیرکبیر و Structural Simulation for Consumer Electronics Design

۲۳-Structural Simulation for Consumer Electronics Design

چکیده

مصرف‌کنندگان دستگاه‌های تلفن همراه هوشمند، خواسته‌های متناقضی را بر تیم‌های مهندسی تحمیل می‌کنند: تلفن‌های هوشمند، رایانه‌ها و ردیاب‌های تناسب اندام باید به اندازه کافی قوی باشند تا در برابر سختی‌های زندگی روزمره مقاومت کنند و در عین حال باید مقرون به صرفه، سبک، شیک و دارای حس خوب باشند. این امر مستلزم رویکردهای نوآورانه برای بهینه‌سازی همه عوامل مختلف است. راه‌حل‌های شبیه‌سازی پیشرفته SIMULIA، آزمایش مجازی سریع را قبل از نمونه‌سازی سخت‌افزار امکان‌پذیر می‌کند. شبیه‌سازی‌های سریع «چه می‌شود اگر» و «طراحی آزمایش‌ها» (DoE) امکان نوآوری را در مقیاس‌های زمانی کوتاه‌تر فراهم می‌کنند و در نهایت منجر به دستگاهی مقاوم‌تر با رتبه‌بندی بالاتر مصرف‌کننده می‌شوند.

نکات برجسته:

کاهش هزینه با جایگزینی آزمایش‌های فیزیکی گران‌قیمت با دوقلوهای مجازی با دقت بالا
مشکلات در مراحل اولیه و با هزینه کمتر شناسایی و برطرف می‌شوند و خرابی‌های مرحله آخر را به حداقل می‌رسانند

بهبود قابلیت اطمینان با استفاده از اصول طراحی قوی و کاوش در فضای طراحی مجازی

Abstract

Consumers of smart mobile devices impose conflicting demands on engineering teams: smartphones, computers and fitness trackers have to be strong enough to withstand the rigors of everyday life and at the same time they need to be affordable, lightweight, stylish and feel good. This requires innovative approaches to optimize all the different factors. SIMULIA’s high tech simulation solutions enable fast-paced virtual testing before hardware prototyping. Rapid what-if and design of experiments (DoE) simulations allow innovation in shorter time-scales and ultimately lead to a more resilient device with higher consumer ratings.

Highlights:

  • Reduce cost by replacing expensive physical tests with high accuracy virtual twins
  • Issues are identified and fixed early, at lower cost, minimizing late-stage failures
  • Improve reliability using robust design principles and virtual design space exploration

لینک منبع

📱✨ شبیه‌سازی ساختاری در طراحی گوشی‌های هوشمند و لوازم الکترونیکی مصرفی ✨📱

چطور دوقلوهای دیجیتال، عمر باتری، مقاومت در برابر آب و دوام گوشی‌ها را متحول کردند؟

🎁 دانلود رایگان PDF آموزش کامل شبیه‌سازی گوشی‌های هوشمند

🔧 مقدمه: مهندسی پیشرفته در قلب طراحی دستگاه‌های الکترونیکی

در دنیای امروز، لوازم الکترونیکی مصرفی مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و ساعت‌های هوشمند باید نه‌تنها زیبا و سبک، بلکه بسیار مقاوم و قابل‌اعتماد باشند. شرکت‌هایی مانند Apple و Samsung با بهره‌گیری از شبیه‌سازی ساختاری در محیط‌های نرم‌افزاری نظیر Abaqus و 3DEXPERIENCE، طراحی محصولات خود را به سطحی فراتر از نمونه‌سازی سنتی رسانده‌اند.

🎯 چرا شبیه‌سازی ساختاری در طراحی اهمیت دارد؟

  • ⏱ کاهش زمان ورود به بازار

  • 💸 کاهش هزینه‌های توسعه و نمونه‌سازی فیزیکی

  • 🧪 امکان تست شرایط مختلف (سقوط، خمش، آب‌خوردگی و…)

  • 🔍 تحلیل دقیق نقاط ضعف طراحی قبل از تولید واقعی

💡 دوقلو دیجیتال چیست و چه کمکی می‌کند؟

دوقلو دیجیتال (Digital Twin) یک مدل مجازی دقیق از یک دستگاه واقعی است. این مدل امکان اجرای شبیه‌سازی‌هایی مانند:

  • تست سقوط از زوایای مختلف

  • تحلیل خمش سه نقطه‌ای

  • نفوذ آب از دکمه‌ها یا درگاه‌ها

  • شکست شیشه یا جدا شدن قطعات داخلی

را فراهم می‌سازد. به‌طور مثال، در طراحی آیفون، برای هر مدل (Mini, Regular, Pro)، به‌جای ساخت سه نمونه‌ی فیزیکی، با یک مدل دیجیتال می‌توان همه حالات را شبیه‌سازی کرد.

🔬 بررسی ۴ گردش کار کلیدی در طراحی مقاوم موبایل:

🔹 عنوان توضیح
💥 تست سقوط شبیه‌سازی سقوط از زوایای مختلف و بررسی ترک، شکست یا تغییر شکل
🛠 تنش مونتاژ تحلیل فشار ناشی از بستن پیچ‌ها، جا زدن دکمه و فنرها
💧 تست غوطه‌وری پیش‌بینی نفوذ آب از طریق دکمه‌ها یا درزها
📏 تست خمش بررسی دوام گوشی هنگام نشستن یا خم‌شدن در جیب

کلمات کلیدی 
الگوی نقص کامپوزیت در آباکوس, تحلیل نقص کامپوزیت با Abaqus, حمل و نقل هوایی شهری, تحلیل پارامتری کامپوزیت, مدل‌سازی نقص در مواد مرکب, شبیه‌سازی پیشرفته با آباکوس, کامپوزیت در صنعت هوایی, آباکوس و کامپوزیت, شبیه‌سازی نقص در ساختارهای هوافضا, آموزش تحلیل نقص در Abaqus

 keywords:
parametric composite defect modeling, urban air mobility simulation, composite failure in Abaqus, Abaqus composite damage analysis, defect pattern in aerospace structures, parametric study in Abaqus, urban aviation composite modeling, Abaqus for composite materials, simulation of defects in UAM, finite element analysis of composites

/توسط

۲۲-آشنایی با المان‌های رابط (Connector Elements) در آباکوس | آموزش جامع- شبیه سازان امیرکبیر و Connector Elements in Abaqus

۲۲-Connector Elements in Abaqus

چکیده

المان‌های رابط به کاربران اجازه می‌دهند تا ترکیبات مکانیکی از شبکه‌های اجزای محدود ایجاد کنند. این امر، آباکوس را به ابزاری قدرتمند برای شبیه‌سازی سازه‌هایی تبدیل می‌کند که باید شامل مکانیزم‌ها باشند. رابط‌ها توانایی مدل‌سازی اتصالاتی به سادگی پین‌ها و پیوندهای صلب یا به پیچیدگی اتصالات اصطکاکی غیرخطی با خاصیت ارتجاعی و شکست را دارند. شرکت‌کنندگان مروری بر انواع اتصالات، تعاریف اتصالات از نظر کلمات کلیدی آباکوس و چند نمونه از کارهایی که رابط‌ها می‌توانند برای آنها انجام دهند، خواهند داشت.

نکات برجسته:

انواع اتصال را بیاموزید
نحوه استفاده از عناصر رابط را برای ایجاد مکانیزم‌ها بیاموزید
رفتارهای پیشرفته رابط مانند خاصیت ارتجاعی، میرایی و شکست را ببینید

Abstract

Connector elements allow users to create mechanical combinations of finite element meshes. This makes Abaqus a powerful simulation tool for structures that must incorporate mechanisms.  Connectors have the ability to model connections as simple as pins and rigid links or as complicated as nonlinear frictional joints with elasticity and failure. Attendees will see an overview of connection types, the definitions of connections in terms of Abaqus keywords, and some examples of what connectors may able to do for them.

Highlights: 

  •  Learn the connection types
  • Learn how to use connector elements to create mechanisms
  • See advanced connector behaviors like elasticity, damping, and failure

منبع

لینک منبع

آشنایی با المان‌های رابط (Connector Elements) در آباکوس | آموزش جامع

مقدمه

المان‌های رابط یا Connector Elements در نرم‌افزار شبیه‌سازی آباکوس (Abaqus) ابزارهایی حیاتی برای مدل‌سازی اجزای مکانیکی هستند که رفتار آن‌ها با ترکیبی از درجات آزادی مختلف تعریف می‌شود. این عناصر به‌ویژه در شبیه‌سازی‌هایی که شامل مفصل‌ها، سیستم‌های تعلیق، اتصالات مکانیکی و رفتارهای پیچیده دینامیکی هستند، کاربرد فراوانی دارند.

در این مقاله، با کمک تجربه‌ی بیش از ۳۰ ساله‌ی آقای رندی مارلو در تحلیل مهندسی و مکانیک کاربردی، به معرفی کامل این المان‌ها در Abaqus می‌پردازیم.

المان‌های رابط چه هستند؟

المان‌های رابط، عناصر ویژه‌ای در آباکوس هستند که می‌توانند ترکیبی از انتقال، چرخش، فنر، دمپر و سایر ویژگی‌ها را بین دو جسم مدل کنند. این المان‌ها توانایی مدل‌سازی رفتار نسبی میان اجزا را بدون نیاز به مش‌بندی پیچیده فراهم می‌کنند.

مثال‌هایی از کاربردهای این المان‌ها:

  • مدل‌سازی سیستم تعلیق خودرو

  • شبیه‌سازی اتصالات مفصلی در سازه‌ها

  • تحلیل اتصالات مکانیکی در دستگاه‌های صنعتی

مزایای استفاده از Connector Elements در آباکوس

  1. سادگی در پیاده‌سازی: نیاز به مش‌بندی پیچیده را کاهش می‌دهند.

  2. پشتیبانی از درجات آزادی مختلف: قابلیت مدل‌سازی رفتارهای ترکیبی مکانیکی.

  3. افزایش دقت تحلیل دینامیکی: در پروژه‌های دارای حرکت نسبی اجزاء.

  4. پشتیبانی از خواص غیرخطی و وابسته به زمان.

دسته‌بندی المان‌های رابط در Abaqus

المان‌های رابط در آباکوس در دسته‌های زیر قرار می‌گیرند:

  • Connector Section: تعریف خواص اتصال شامل نوع حرکت مجاز، سختی، میرایی و…

  • Connector Elements: المان‌هایی که دو گره را از طریق یک section به هم وصل می‌کنند.

  • Connector Behavior: تنظیم دقیق رفتار اتصال شامل قفل‌ها، اصطکاک، یا تغییر شکل‌های وابسته به بار.

مثال واقعی: تحلیل سیستم تعلیق وانت

در یکی از مثال‌های ارائه‌شده، سیستم تعلیق یک وانت با استفاده از المان‌های رابط مدل‌سازی شده است. این مدل به‌وضوح نشان می‌دهد که چگونه یک سیستم پیچیده مکانیکی را می‌توان با استفاده از چند المان رابط ساده، اما دقیق تحلیل کرد.

نکات مهم در استفاده از المان‌های Connector

  • انتخاب درست نقاط اتصال (nodes)

  • تنظیم مناسب جهت محورها و درجات آزادی

  • بررسی پایداری عددی در حل مسائل دینامیکی

جمع‌بندی

المان‌های رابط در Abaqus یکی از ابزارهای قدرتمند و درعین‌حال ساده برای تحلیل دقیق سازه‌های دارای حرکت نسبی هستند. در پروژه‌های مهندسی که در آن‌ها اتصال مکانیکی بین اجزا اهمیت دارد، استفاده از این المان‌ها می‌تواند سرعت و دقت مدل‌سازی را به شکل چشمگیری افزایش دهد.

سؤالات متداول

آیا المان‌های رابط برای شبیه‌سازی جوش یا چسب هم کاربرد دارند؟
در برخی موارد بله، به‌ویژه اگر هدف مدل‌سازی انتقال نیرو بدون حرکت نسبی باشد، ولی برای تحلیل دقیق جوش یا چسب بهتر است از المان‌های تماس یا کوپلینگ استفاده شود.

در چه ماژول‌هایی از آباکوس می‌توان از المان‌های رابط استفاده کرد؟
در ماژول‌های Standard و Explicit به‌طور کامل پشتیبانی می‌شوند.

کلمات کلیدی سئو:

المان رابط آباکوس، Connector Elements در Abaqus، آموزش المان رابط، شبیه‌سازی سیستم تعلیق، تحلیل دینامیکی در آباکوس، آموزش رایگان Abaqus، اتصال مکانیکی، مهندسی مکانیک

کلمات کلیدی 
الگوی نقص کامپوزیت در آباکوس, تحلیل نقص کامپوزیت با Abaqus, حمل و نقل هوایی شهری, تحلیل پارامتری کامپوزیت, مدل‌سازی نقص در مواد مرکب, شبیه‌سازی پیشرفته با آباکوس, کامپوزیت در صنعت هوایی, آباکوس و کامپوزیت, شبیه‌سازی نقص در ساختارهای هوافضا, آموزش تحلیل نقص در Abaqus

 keywords:
parametric composite defect modeling, urban air mobility simulation, composite failure in Abaqus, Abaqus composite damage analysis, defect pattern in aerospace structures, parametric study in Abaqus, urban aviation composite modeling, Abaqus for composite materials, simulation of defects in UAM, finite element analysis of composites

/توسط

۲۱-شبیه‌سازی الگوی نقص کامپوزیت در حمل‌ونقل هوایی شهری با Abaqus | تحلیل پارامتری پیشرفته- شبیه سازان امیرکبیر و Parametric Composite Defect Template for Urban Air Mobility

۲۱-Parametric Composite Defect Template for Urban Air Mobility

​​​​​​

چکیده

برای اطمینان از یکپارچگی ساختاری، تولیدکنندگان خودروهای حمل و نقل هوایی شهری/پیشرفته (UAM/AAM) ملزم به انجام مطالعات تحمل خستگی و آسیب (F&DT) در مراحل طراحی، تولید و حین خدمت هستند.

در این گفتگوی فنی SIMULIA، ما یک رویکرد کارآمد برای استفاده از قالب‌های مهندسی در پلتفرم 3DEXPERIENCE® برای مدل‌سازی نقص‌های لایه لایه شدن از قبل موجود در سازه‌های موجود به منظور تجزیه و تحلیل تأثیر چنین نقص‌هایی بر عملکرد سازه نشان خواهیم داد. چنین تجزیه و تحلیل تحمل آسیب به ارزیابی سریع انواع و اندازه‌های نقص کامپوزیت قابل قبول کمک می‌کند و به اشتراک‌گذاری تخصص مدل‌سازی را در بین همه کاربران تسهیل می‌کند.

نکات برجسته:

درک روش‌شناسی مدل‌سازی نقص لایه لایه شدن کارآمد و سریع
تجزیه و تحلیل تحمل آسیب سازه‌هایی که دستورالعمل‌هایی برای کتابچه راهنمای تعمیر سازه و صدور گواهینامه ارائه می‌دهند

کسب دانش مهندسی شرکت و به اشتراک گذاشتن دانش فنی بین کاربران

​​​​​​​​

طراحی نسل بعدی هوایپیماهای شهری (eVTOL): مدیریت نقص کامپوزیت با 3DEXPERIENCE و Abaqus

[موسیقی: هیجان‌انگیز و آینده‌نگر]

آینده حمل و نقل شهری در حال شکل‌گیری است و هواپیماهای برقی با قابلیت برخاست و فرود عمودی (eVTOL)، که اغلب با نام “تاکسی هوایی” شناخته می‌شوند، در خط مقدم این تحول قرار دارند. با پتانسیل کاهش چشمگیر آلایندگی‌ها و کارایی بالا، eVTOLها نویدبخش آسمانی سبزتر و شهرهایی متصل‌تر هستند. با این حال، دستیابی به این پتانسیل نیازمند غلبه بر چالش‌های مهندسی بی‌شماری است، از جمله نگرانی‌های مربوط به نویز، محدودیت‌های باتری، ایمنی و مدیریت ترافیک هوایی.

داسو سیستمز (Dassault Systèmes)، با چهار دهه تجربه در توسعه فناوری برای سیستم‌های هوافضا، به تولیدکنندگان eVTOL کمک می‌کند تا این چالش‌ها را با موفقیت پشت سر بگذارند. بسیاری از استارت‌آپ‌های پیشرو در این حوزه، پلتفرم 3DEXPERIENCE را برای طراحی، تولید و مدیریت داده‌های خود انتخاب می‌کنند. این پلتفرم، با ارائه ابزارهای شبیه‌سازی پیشرفته مانند Simulia Abaqus، به بازآفرینی آسمان کمک می‌کند.

در این مقاله، به بررسی عمیق یک رویکرد پیشگامانه برای مدیریت نقص در مواد کامپوزیت هواپیماهای eVTOL می‌پردازیم که نتیجه یک تلاش مشترک بین متخصصان Simulia است. این کار، که در کنفرانس هوانوردی AIAA منتشر شده، بر روی الگوی نقص کامپوزیت پارامتری تمرکز دارد که به طراحان امکان می‌دهد تا تأثیر نقص‌های ساختاری را بر عملکرد ایمنی هواپیما پیش‌بینی و مدیریت کنند.

چرا کامپوزیت‌ها برای eVTOLها ضروری هستند؟

حمل و نقل هوایی شهری بر وسایل نقلیه الکتریکی برای عملیات پاک، سبز و کارآمد متمرکز است. در این راستا، مواد سبک وزن کلید افزایش کارایی هستند. کامپوزیت‌های فیبر کربن، با ویژگی‌های برتری مانند نسبت استحکام به وزن بالا و عملکرد کلی، انتخاب ایده‌آلی برای eVTOLها محسوب می‌شوند. استفاده از کامپوزیت‌ها مزایای متعددی را به همراه دارد:

  • کاهش وزن سازه: منجر به افزایش ظرفیت مسافر یا بار و افزایش برد پروازی می‌شود.
  • کاهش نیاز به انرژی: عملیات پروازی بهینه و مصرف انرژی کمتر.
  • بهبود ردپای کربن: به طور کلی، سازگاری بیشتر با محیط زیست.

مدیریت نقص در کامپوزیت‌ها: چالش‌ها و راه حل‌ها

با وجود مزایای فراوان، مواد کامپوزیت مستعد طیف وسیعی از عیوب هستند که می‌توانند به طور قابل توجهی استحکام و سختی باقیمانده قطعه را کاهش دهند. این عیوب می‌توانند ناشی از:

  • فرآیند تولید: مانند تخلخل (حفره‌های کوچک در ماتریس) یا عیوب اتصال (عدم هم‌ترازی الیاف).
  • حین سرویس: عمدتاً ناشی از ضربه (برخورد پرنده، آوار، ضربه انفجاری) که منجر به ترک، لایه‌لایه شدن (Delamination) یا شکستگی الیاف می‌شود.

برای تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان، درک و مدیریت این نقص‌ها حیاتی است. شبیه‌سازی اجزای محدود (FEA) نقش کلیدی در این فرآیند ایفا می‌کند. Abaqus، به عنوان بخشی از Simulia، انواع تکنیک‌های مدل‌سازی را برای نقص‌ها ارائه می‌دهد:

  • VCCT (Virtual Crack Closure Technique): برای پیش‌بینی نرخ رشد ترک و مسیر آن.
  • Cohesive Behavior: برای مدل‌سازی اتصالات بین لایه‌ها یا بخش‌های مختلف کامپوزیت.
  • CZONE (Crushing Zone): برای مدل‌سازی رفتار خردشدگی کامپوزیت تحت بارگذاری فشاری یا ضربه‌ای.
  • XFEM (Extended Finite Element Method): امکان مطالعه رشد ترک در امتداد هر مسیر دلخواهی را بدون نیاز به مش‌بندی مجدد مدل فراهم می‌کند.

لایه‌لایه شدن (Delamination) یکی از رایج‌ترین و بحرانی‌ترین نقص‌ها در کامپوزیت‌ها است که می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود. بنابراین، ارزیابی شروع و گسترش این پدیده از اهمیت بالایی برخوردار است.

تحمل آسیب و گواهینامه: استانداردهای ایمنی برای eVTOLها

تولیدکنندگان eVTOL ملزم به رعایت الزامات گواهینامه از سوی سازمان‌هایی مانند FAA (اداره هوانوردی فدرال) و EASA (آژانس ایمنی هوانوردی اروپا) هستند. استاندارد تحمل آسیب (Damage Tolerance) بر این نکته تأکید دارد که خرابی فاجعه‌بار در هواپیماها به دلیل خستگی ناشی از تولید یا آسیب تصادفی باید اجتناب شود.

تحمل آسیب (Damage Tolerance) به معنای ارزیابی توانایی سازه برای مقاومت در برابر بارها در صورت وجود نقص است. این تحلیل‌ها نه تنها به تضمین ایمنی کمک می‌کنند، بلکه از تدوین “راهنمای تعمیر سازه” (Structural Repair Manuals) نیز پشتیبانی می‌کنند، که برای عملیات فراتر از عمر طراحی هواپیما و به حداکثر رساندن سود شرکت‌ها ضروری است.

چالش‌ها در شبیه‌سازی ایمنی eVTOLها:

  • مدل‌سازی مجازی آسیب در کامپوزیت‌ها: چگونگی انجام این کار به سادگی و کارآمدی.
  • به اشتراک‌گذاری دانش: چگونگی انتقال دانش مدل‌سازی آسیب در داخل سازمان.
  • اثربخشی شبیه‌سازی: چگونگی استفاده مؤثر از شبیه‌سازی برای ارزیابی تحمل آسیب.
  • تعریف دستورالعمل‌های تعمیر: آیا شبیه‌سازی می‌تواند به تعریف این دستورالعمل‌ها کمک کند؟

الگوی نقص کامپوزیت پارامتری: راه حل نوآورانه Simulia

برای غلبه بر این چالش‌ها، Simulia یک رویکرد مبتنی بر قالب‌های مهندسی (Engineering Templates) را ارائه می‌دهد. این قالب‌ها، برنامه‌های کاربردی در پلتفرم 3DEXPERIENCE هستند که به کاربر امکان می‌دهند عملیات مدل‌سازی ذخیره‌شده را به طور مؤثر در سایر اجزای پایگاه داده (مانند محصولات یا شبیه‌سازی‌ها) اعمال کنند.

نحوه عملکرد الگوی مهندسی:

  1. تعریف الگو: ابتدا، یک هندسه ساده (مثلاً یک سطح با یک نقطه مرجع) به عنوان مرجع استفاده می‌شود. عملیات مدل‌سازی نقص (مانند ایجاد یک برش دایره‌ای برای شبیه‌سازی لایه‌لایه شدن، مش‌بندی مناطق اطراف نقص، و تعریف تماس‌های چسبنده) در این الگو ذخیره می‌شوند.
  2. پارامتری کردن نقص: این الگو به شما امکان می‌دهد تا پارامترهایی مانند شعاع نقص، اندازه مش، و ضخامت قطعه را تعریف کنید، که کنترل کاملی بر اندازه و محل نقص در مدل نهایی فراهم می‌کند.
  3. انتشار (Publication): در پلتفرم 3DEXPERIENCE، از “نشریات” برای ایجاد روابط بین اجزا استفاده می‌شود. این امر به الگو اجازه می‌دهد تا عملیات ذخیره‌شده را به طور خودکار بر روی هندسه‌های جدیدی که دارای نام‌های انتشار مشابه هستند، اعمال کند.
  4. اتوماسیون فرآیند: از آنجایی که برخی قابلیت‌ها (مانند تعاریف تماس VCCT یا تغییر خواص ماده CZONE) ممکن است نیاز به تعامل با پشت‌زمینه داشته باشند، از ابزارهای اتوماسیون فرآیند استفاده می‌شود. این ابزارها با اسکریپت‌نویسی، مدل شبیه‌سازی را از پلتفرم گرفته، اصلاحات لازم را انجام داده، آن را حل کرده و نتایج را به پلتفرم بازمی‌گردانند. این قابلیت “حل خارجی” (External Solve) نامیده می‌شود و امکان دسترسی به نتایج را به صورت همزمان با اجرای تحلیل فراهم می‌کند.

کاربرد عملی: شبیه‌سازی مقاومت در برابر تصادف eVTOL با نقص

در این مطالعه، یک نقص (لایه‌لایه شدن اولیه) در مدل کابین یک eVTOL برای شبیه‌سازی مقاومت در برابر تصادف پیاده‌سازی شد. هدف، درک تأثیر چنین نقصی بر شتاب مسافر بود.

الزامات مقاومت در برابر تصادف برای eVTOLها:

اگرچه استانداردهای گواهینامه برای eVTOLها هنوز در حال تدوین هستند، اما انتظار می‌رود که آن‌ها مشابه هواپیماهای کوچک‌تر (مانند هلیکوپترهای هوانوردی عمومی) باشند. الزامات کلی شامل:

  • ایجاد یک پوسته محافظ در اطراف سرنشینان.
  • نگه داشتن اقلام سنگین برای جلوگیری از خطر.
  • جلوگیری از آتش‌سوزی پس از تصادف.
  • امکان تخلیه ایمن سرنشینان.
  • کاهش شتاب وارده به مسافر به سطح قابل تحمل برای انسان.

مدل شبیه‌سازی تصادف شامل پوسته بیرونی، سازه کف (قاب‌های جانبی و طولی، سکوی کف) و سایر سازه‌های تقویتی بود. خواص مواد کامپوزیت با استفاده از تکنیک CZONE مدل‌سازی شد تا رفتار خردشدگی جذب‌کننده انرژی در هنگام ضربه را نمایش دهد.

سناریوهای نقص و نتایج:

چهار سناریوی مختلف با تغییر محل (پوسته بیرونی، قاب‌های جانبی) و اندازه نقص لایه‌لایه شدن بررسی شدند. نتایج نشان دادند:

  • تغییر شتاب مسافر: وجود نقص لایه‌لایه شدن، به ویژه با افزایش اندازه آن، ظرفیت جذب انرژی مدل را کاهش می‌دهد و منجر به افزایش قابل توجه شتاب مسافر می‌شود که می‌تواند از آستانه‌های ایمنی فراتر رود.
  • کاهش جذب انرژی: نقص‌ها به طور مستقیم بر توانایی سازه در جذب انرژی ضربه از طریق رفتار خردشدگی تأثیر می‌گذارند.

مزایای کلیدی رویکرد Simulia برای طراحی eVTOL ایمن

این رویکرد مبتنی بر الگو و اتوماسیون فرآیند، مزایای متعددی را برای تولیدکنندگان eVTOL به ارمغان می‌آورد:

  • قابلیت استفاده مجدد از دانش مهندسی: الگوها، دانش شرکت در مورد مدل‌سازی نقص را به صورت استاندارد ذخیره و به اشتراک می‌گذارند.
  • افزایش کارایی شبیه‌سازی: تحلیل‌گران می‌توانند به جای تمرکز بر جزئیات مدل‌سازی هندسه و تعاریف تماس، بر مطالعه اثر نقص و ارزیابی سناریوهای “چه می‌شود اگر” تمرکز کنند.
  • بهبود طراحی برای ایمنی: درک دقیق تأثیر نقص‌ها بر عملکرد سازه به طراحان کمک می‌کند تا طرح‌های ایمن‌تری ایجاد کنند و ریسک‌های ناشی از تصادفات را کاهش دهند.
  • پشتیبانی از دستورالعمل‌های تعمیر: نتایج تحلیل تحمل آسیب به تعریف دقیق دستورالعمل‌های مربوط به راهنمای تعمیر سازه کمک می‌کند که برای فرآیند گواهینامه نوع حیاتی هستند.

آینده حمل و نقل هوایی شهری با Simulia و 3DEXPERIENCE

همانطور که حمل و نقل هوایی شهری به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود، ابزارهای شبیه‌سازی پیشرفته مانند آنهایی که توسط Simulia در پلتفرم 3DEXPERIENCE ارائه می‌شوند، نقش حیاتی در تضمین ایمنی، کارایی و قابلیت اطمینان این وسایل نقلیه نوآورانه ایفا خواهند کرد. با استفاده از قابلیت‌های مدل‌سازی نقص پارامتری و اتوماسیون فرآیند، مهندسان می‌توانند با چالش‌های پیچیده طراحی کامپوزیت‌ها مقابله کرده و آینده‌ای سبزتر و متصل‌تر را در آسمان رقم بزنند.

برای اطلاعات بیشتر و دسترسی به مقالات کامل در این زمینه، می‌توانید به انجمن Simulia و صفحه ترند حمل و نقل هوایی شهری در پلتفرم 3DEXPERIENCE مراجعه کنید. تیم Simulia آماده پاسخگویی به سوالات و راهنمایی شما در این مسیر هیجان‌انگیز است.

کلمات کلیدی 
الگوی نقص کامپوزیت در آباکوس, تحلیل نقص کامپوزیت با Abaqus, حمل و نقل هوایی شهری, تحلیل پارامتری کامپوزیت, مدل‌سازی نقص در مواد مرکب, شبیه‌سازی پیشرفته با آباکوس, کامپوزیت در صنعت هوایی, آباکوس و کامپوزیت, شبیه‌سازی نقص در ساختارهای هوافضا, آموزش تحلیل نقص در Abaqus

 keywords:
parametric composite defect modeling, urban air mobility simulation, composite failure in Abaqus, Abaqus composite damage analysis, defect pattern in aerospace structures, parametric study in Abaqus, urban aviation composite modeling, Abaqus for composite materials, simulation of defects in UAM, finite element analysis of composites

🚁 طراحی نسل بعدی هواپیماهای شهری (eVTOL): مدیریت نقص کامپوزیت با 3DEXPERIENCE و Abaqus

🎵 موسیقی: هیجان‌انگیز و آینده‌نگر

آینده حمل‌ونقل شهری در حال شکل‌گیری است و هواپیماهای برقی با قابلیت برخاست و فرود عمودی (eVTOL) نویدبخش آسمانی پاک‌تر هستند. اما موفقیت آن‌ها، نیازمند حل چالش‌هایی نظیر ایمنی، نویز و دوام سازه‌ای است.

پلتفرم 3DEXPERIENCE داسو سیستمز، با ابزارهایی مانند Abaqus، نقش محوری در توسعه این وسایل نقلیه هوایی ایفا می‌کند.

🌱 چرا کامپوزیت‌ها برای eVTOL ضروری هستند؟

  • کاهش وزن و افزایش برد پروازی
  • مصرف انرژی پایین‌تر
  • سازگاری بیشتر با محیط زیست

🛠 چالش‌های مدیریت نقص کامپوزیت‌ها

عیوب ناشی از تولید یا سرویس، مانند Delamination، ترک یا تخلخل می‌توانند سازه را تضعیف کنند. برای مدل‌سازی این آسیب‌ها در Abaqus از تکنیک‌هایی چون:

  • VCCT – تحلیل رشد ترک
  • Cohesive Behavior – رفتار لایه‌ها
  • CZONE – خردشدگی تحت ضربه
  • XFEM – رشد ترک بدون بازسازی مش

🧩 الگوی نقص کامپوزیت پارامتری: نوآوری Simulia

این رویکرد شامل تعریف الگوهای مهندسی قابل‌توسعه است که می‌توانند در سناریوهای مختلف با پارامترهای متغیر (مثل اندازه نقص، ضخامت، نوع مش) اعمال شوند. از طریق:

  • تعریف پارامتریک هندسه نقص
  • انتشار خودکار در مدل‌های جدید
  • استفاده از ابزارهای اتوماسیون برای حل خارجی

📊 شبیه‌سازی تصادف eVTOL با نقص ساختاری

در یک مطالعه موردی، تأثیر Delamination در پوسته بیرونی و قاب‌های داخلی کابین مدل‌سازی شد. نتایج نشان دادند:

  • افزایش شتاب مسافر در اثر نقص
  • کاهش توانایی سازه در جذب انرژی

🔍 مزایای کلیدی برای طراحی ایمن‌تر

  • استفاده مجدد از دانش مهندسی
  • افزایش سرعت و دقت شبیه‌سازی
  • پشتیبانی از گواهینامه و استانداردهای ایمنی
نتیجه‌گیری:
ابزارهای مدل‌سازی نقص و شبیه‌سازی ساختاری Simulia در پلتفرم 3DEXPERIENCE، امکان طراحی eVTOLهای ایمن، هوشمند و قابل اعتماد را فراهم می‌کنند – آینده حمل‌ونقل هوایی شهری همین‌جاست.

🌐 برای اطلاعات بیشتر به سایت Simulia یا پلتفرم 3DEXPERIENCE مراجعه کنید.

/توسط

۲۰-آموزش شبیه‌سازی ارتعاش ناشی از گرداب (VIV) در آباکوس – شبیه سازان امیرکبیر و Vortex Induced Vibration

۲۰-Vortex Induced Vibration

چکیده

حل یک مسئله VIV سه‌بعدی عموماً نیازمند شبیه‌سازی عددی است و چالش‌های مدل‌سازی وجود دارد که برای انجام کارآمد این کار باید بر آنها غلبه کرد. کاربردهای معمول VIV معمولاً شامل سازه‌های نسبتاً بلند و باریک مانند لوله‌ها/بالابرها/کابل‌ها می‌شود. برای کنترل کارایی راه‌حل هنگام مش‌بندی دامنه سیال (FMK) و دامنه سازه (SYE) توجه دقیقی لازم است. ماهیت حل‌کننده سیال و حرکت مورد انتظار سازه مستلزم آن است که هرگونه تغییر شکل با «ریخت‌زایی مش» تطبیق داده شود، زیرا عناصر نمی‌توانند ایجاد یا از بین بروند و FMK شامل قابلیت‌هایی برای کمک به کنترل این فرآیند است.

کلید عملکرد و کیفیت شبیه‌سازی مشترک، اتصال بین حل‌کننده‌های سیال و جامد است و تعدادی روش برای تأمین این فرآیند در دسترس است. بسته به ماهیت فیزیک مدل‌سازی شده، اتصال در شبیه‌سازی‌های مشترک VIV ممکن است به عنوان اتصال متوسط ​​طبقه‌بندی شود که برای اطمینان از سطوح معقول دقت، به یک تکنیک اتصال ضمنی نیاز دارد.

بررسی مسائل VIV سه‌بعدی دشوار است زیرا ماهیت مسئله، تنظیمات تجربی را پرهزینه می‌کند، اما مقایسه‌ای با نتایج منتشر شده از مقاله‌ای که یک لوله کامپوزیتی عمودی تحت کشش را در یک مخزن آزمایشی در نظر می‌گیرد، انجام شده است.

نکات برجسته:

روش‌شناسی ساخت شبیه‌سازی مشترک VIV در 3DX

ویژگی‌های کلیدی مؤثر بر فرآیند

مقایسه شبیه‌سازی با نتایج منتشر شده

سمینارهای الکترونیکی ۲۰۲۲ Abaqus

این گفتگوی فنی در این پست، در انجمن SIMULIA ما برگزار خواهد شد و به شما امکان می‌دهد تا به صورت زنده با ارائه‌دهنده ما تعامل داشته باشید و همچنین در صورت تمایل، ارائه را دوباره تماشا کنید.

ارتعاش القایی گردابی (VIV): شبیه‌سازی دقیق سازه‌ها در محیط‌های سیال با 3DEXPERIENCE

[موسیقی: آرام و متفکرانه، با زیرمتن هیجان‌انگیز]

صبح بخیر، عصر بخیر، شب بخیر به تمامی شرکت‌کنندگان در این کاوش عمیق درباره ارتعاش القایی گردابی (Vortex Induced Vibration – VIV). انگیزه اصلی این ارائه، توسعه چشمگیر روش‌های کوپلینگ ضمنی (Implicit Coupling) در سالیان اخیر است که امکان انجام این نوع شبیه‌سازی‌های پیچیده را به شیوه‌ای دقیق و کارآمد فراهم آورده است. VIV یک پدیده فیزیکی حیاتی است که در کاربردهای مختلف مهندسی، از پل‌ها و دودکش‌ها گرفته تا خطوط لوله زیردریایی، نقش تعیین‌کننده‌ای ایفا می‌کند.

در این مقاله، قصد داریم با ارائه چندین مثال از ارتعاش القایی گردابی، که با استفاده از نقش‌های مهندس دینامیک سیالات (Fluid Mechanics Engineer – FMK) و مهندس تحلیل سازه (Structural Analysis Engineer – SYE) در پلتفرم 3DEXPERIENCE داسو سیستمز انجام شده‌اند، این پدیده را تشریح کنیم.

مقدمه‌ای بر VIV: درس‌های تاریخی و پدیده‌های فیزیکی

تصویر یک خط لوله معلق که در معرض جریان آب قرار دارد، برای بسیاری از مهندسان آشناست. اما شاید هیچ نمونه‌ای به اندازه فاجعه پل تاکوما ناروز در سال ۱۹۴۰، اهمیت درک VIV را به وضوح نشان ندهد. این پل ۶ میلیون دلاری، تنها چند ماه پس از افتتاح، در معرض باد جانبی ۳۵ مایل بر ساعت قرار گرفت و فرو ریخت. علت اصلی؟ ارتعاش القایی گردابی، که در نهایت به فلاتر آیروالاستیک (Aeroelastic Flutter) منجر شد. این حادثه، یکی از بزرگترین نمونه‌های طراحی ناکافی در تاریخ مهندسی سازه است و تاکید می‌کند که چگونه یک پدیده فیزیکی شناخته شده، در صورت عدم کنترل، می‌تواند منجر به نتایج ویرانگر شود.

VIV چیست؟

ارتعاش القایی گردابی، یک فرآیند فیزیکی است که هرگاه جسمی در معرض جریان متقاطع سیال (مانند هوا یا آب) قرار گیرد، رخ می‌دهد. در سرعت‌های پایین جریان، گردابه‌ها به صورت متقارن از سطح جسم جدا می‌شوند. اما با افزایش سرعت و در نتیجه افزایش عدد رینولدز، گردابه‌ها به طور متناوب از طرف‌های مخالف جسم جدا می‌شوند. این پدیده‌ای است که به “خیابان گردابه‌ای کارمن” (Karman Vortex Street) معروف است.

این جدایش متناوب گردابه‌ها، منجر به نوسان فشار در دو طرف جسم می‌شود. اگر جسم قابلیت حرکت داشته باشد، این نوسان فشار می‌تواند باعث ارتعاش آن شود. این پدیده را می‌توان در دودکش‌های بلند دید، جایی که شیارهایی برای برهم زدن تشکیل این گردابه‌ها طراحی می‌شوند تا از مشکلات ارتعاش جلوگیری کنند.

VIV در کاربردهای زیردریایی: چالش‌های خطوط لوله دریایی

همان فرآیندی که در هوا (مانند پل‌ها و دودکش‌ها) رخ می‌دهد، دقیقاً در محیط‌های آبی نیز، به ویژه در تأسیسات زیردریایی، اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، در نصب خطوط لوله در بستر دریا، هدف طراحی این است که لوله به صورت صاف روی بستر قرار گیرد. اما حتی با بررسی‌های دقیق بستر دریا، ممکن است بخش‌هایی از لوله بین دو نقطه تکیه‌گاه، معلق بماند. علاوه بر این، با گذشت زمان، فرآیندی به نام “آب‌شویی بستر دریا” (Seabed Scour) می‌تواند رخ دهد که در آن، حرکت جزر و مد باعث فرسایش و حذف تکیه‌گاه زیر خط لوله می‌شود و منجر به ایجاد طول‌های بدون تکیه‌گاه می‌شود. این بخش‌های معلق، کاندیدای اصلی برای ارتعاش القایی گردابی ناشی از جریان آب هستند.

فیزیک VIV برای خطوط لوله به خوبی درک شده است، به ویژه با توجه به هندسه نسبتاً ساده (مقطع دایره‌ای) و اعداد رینولدز پایین در جریان‌های معمولی. بسیاری از کارهای نظری و تجربی در این زمینه بر اساس جریان‌های دوبعدی استوار هستند که برای اطمینان از نصب صحیح خط لوله کافی است. اما برای بررسی دقیق‌تر اثرات سه‌بعدی، نیاز به یک روش شبیه‌سازی جامع داریم.

شبیه‌سازی VIV سه‌بعدی با 3DEXPERIENCE: چالش‌ها و راه حل‌ها

برای مدل‌سازی یک مسئله VIV سه‌بعدی، به سه عنصر کلیدی نیاز داریم:

  1. مدل سیال سه‌بعدی: برای نمایش جریان آب دریا بر روی خط لوله، با در نظر گرفتن اثرات آشفتگی و تولید گردابه‌ها.
  2. مدل سازه‌ای سه‌بعدی: برای نمایش رفتار غیرخطی احتمالی خط لوله تحت بارهای متناوب.
  3. روش اندرکنش سیال-سازه (Fluid-Structure Interaction – FSI): برای کوپلینگ دقیق پاسخ مدل‌های سیال و سازه.

در پلتفرم 3DEXPERIENCE، از نقش‌های FMK (مهندس دینامیک سیالات) و SYE (مهندس تحلیل سازه) برای انجام این شبیه‌سازی‌ها استفاده می‌شود. همچنین، به طور اختیاری می‌توان از نقش MCK (شبیه‌سازی مشترک Multi-Scale) برای پیوند دادن این دو حوزه به یکدیگر بهره برد.

چالش‌های کلیدی در شبیه‌سازی مشترک FSI سه‌بعدی و راه حل‌های 3DEXPERIENCE:

چالش ۱: شبکه‌بندی کارآمد دامنه سیال ایجاد یک شبکه (Mesh) کافی و در عین حال کارآمد برای حوزه سیال، یک چالش بزرگ است. به ویژه در مدل‌های طولانی خط لوله که نیاز به المان‌های بسیار کوچک در نزدیکی لایه مرزی دارند، تکنیک‌های مش‌بندی سنتی (مانند Hex Dominant) می‌توانند ناکارآمد باشند.

  • راه حل 3DEXPERIENCE: استفاده از تکنیک‌های مش‌بندی Swept (رفت و برگشتی) که امکان تولید المان‌های با نسبت ابعاد بالا را فراهم می‌کند. این روش اجازه می‌دهد که المان‌ها در جهت شعاعی کوچک و در جهت طولی بزرگ باشند، که برای جریان‌های عمدتاً مسطح (مانند جریان در امتداد لوله) کارآمد است. استفاده از مش‌های ساختمانی (Construction Meshes) نیز این فرآیند را ساده می‌کند.

چالش ۲: تطبیق حرکت لوله با شبکه سیال لوله در طول شبیه‌سازی ارتعاش خواهد کرد، و شبکه سیال باید این حرکت را بدون اعوجاج شدید یا از بین رفتن المان‌ها تطبیق دهد.

  • راه حل 3DEXPERIENCE: در FMK، از یک قانون سختی تعریف‌شده توسط کاربر (User-Defined Stiffness Law) برای شبکه استفاده می‌شود که به شبکه اجازه می‌دهد تا مانند یک فوم الاستیک تغییر شکل دهد. این روش به طور خاص طراحی شده تا المان‌های نزدیک به مرز (مانند لایه مرزی) شکل خود را حفظ کنند، در حالی که اعوجاج بیشتر در المان‌های دورتر رخ می‌دهد. این فرآیند کاملاً داخلی است و هیچ نیروی اضافی به حل سیال یا سازه منتقل نمی‌کند.

چالش ۳: کوپلینگ قوی بین سیال و سازه انتقال دقیق داده‌ها (جابجایی‌ها، نیروها، سرعت‌ها) بین حوزه سیال و جامد از طریق یک رابط (Port Region) برای مسائل با کوپل قوی (مانند VIV) بسیار مهم است. این چالش زمانی دشوارتر می‌شود که نسبت چگالی سیال و جامد در یک مرتبه باشند و فرکانس و دامنه نوسانات بالا باشد.

  • راه حل 3DEXPERIENCE: پلتفرم 3DEXPERIENCE یک طرح کوپلینگ ضمنی (Implicit Coupling Scheme) پیشرفته را ارائه می‌دهد. این طرح تکراری است و در هر گام زمانی، نه تنها شرایط جریان و ساختاری، بلکه شرط تعادل دینامیکی در سطح مشترک نیز حل می‌شود تا به همگرایی برسد. روش‌هایی مانند “Similar Accelerated Relaxation” به بهبود استحکام، سرعت و همگرایی در مسائل با کوپل قوی کمک می‌کنند. این طرح کوپلینگ، راهی قوی و دقیق برای پیوند دادن حوزه‌های سیال و جامد فراهم می‌کند.

مطالعه موردی: شبیه‌سازی VIV در یک خط لوله زیردریایی و مقایسه با آزمایش‌ها

برای نشان دادن کاربرد این روش، یک خط لوله فولادی به طول ۳۰ متر (به دلیل تقارن ۱۵ متر مدل‌سازی شد) که بین دو تکیه‌گاه در بستر دریا معلق است و تحت تأثیر جریان متقاطع آب با سرعت ۲ متر بر ثانیه قرار دارد، شبیه‌سازی شد. پارامترهای این شبیه‌سازی از داده‌های واقعی (مشتریان Petrobras) الهام گرفته شده‌اند.

نتایج و اعتبارسنجی:

  • مشاهدات کیفی: انیمیشن‌ها، “خیابان گردابه‌ای کارمن” مورد انتظار و حرکات قابل توجه خط لوله را در سرعت پایین ۲ متر بر ثانیه آب نشان دادند. این نتایج به صورت کیفی معتبر به نظر می‌رسند.
  • بررسی کمی: برای افزایش اعتماد به نفس، نتایج با یک فرمول تجربی ارائه شده توسط وینسن جنسن استرو (Wincent Jensen Strouhal) مقایسه شدند. این فرمول فرکانس ریزش گردابه‌ها را به قطر مقطع و سرعت جریان مرتبط می‌کند. در حالی که فرمول استروهال برای استوانه ثابت، فرکانس ۲ هرتز را پیش‌بینی می‌کند، برای استوانه‌ای که در حال نوسان است، انتظار فرکانس کمی پایین‌تر داریم. فرکانس ۱.۵ هرتز که در شبیه‌سازی به دست آمد، با این نظریه مطابقت دارد.
  • مقایسه با داده‌های آزمایشگاهی: یک مطالعه موردی دیگر، شبیه‌سازی یک آزمایش آزمایشگاهی منتشر شده توسط Hara و Hata (2009) بود که شامل یک استوانه بلند انعطاف‌پذیر در یک کانال آب می‌شد. این شبیه‌سازی با مدل‌سازی دقیق ویژگی‌های استوانه (مانند سختی خمشی و محوری) و استفاده از تکنیک‌های کوپلینگ ضمنی، نتایج قابل قبولی را در مقایسه با داده‌های تجربی فرکانس ارتعاش و دامنه‌های جابجایی ارائه داد.

نتیجه‌گیری: آینده شبیه‌سازی VIV با 3DEXPERIENCE

توانایی پلتفرم 3DEXPERIENCE در تولید شبکه‌های کارآمد با نسبت ابعاد بالا، مدیریت حرکت مش بدون تخریب راه‌حل، و ارائه طرح‌های کوپلینگ ضمنی قوی، امکان انجام شبیه‌سازی‌های FSI پیچیده، از جمله VIV، را فراهم می‌کند. این پیشرفت‌ها به مهندسان این امکان را می‌دهند که نه تنها پدیده‌های فیزیکی را با دقت بی‌نظیری مدل‌سازی کنند، بلکه ابزاری قدرتمند برای پیش‌بینی و کاهش ریسک‌های مرتبط با VIV در طراحی سازه‌های حیاتی در محیط‌های سیال در اختیار داشته باشند.

این نوع تحلیل‌ها، به ویژه برای صنایعی مانند نفت و گاز (برای خطوط لوله و رایزرها)، انرژی‌های تجدیدپذیر دریایی و طراحی پل‌ها، حیاتی هستند و به مهندسان کمک می‌کنند تا با چالش‌های پیچیده دنیای واقعی مقابله کنند و به طراحی‌های ایمن‌تر و کارآمدتر دست یابند.

/توسط

۱۹-شعبده‌بازان روی تک‌چرخ‌ها – Abaqus/Explicit به طور خلاصه و Jugglers on Unicycles Abaqus Explicit in a Nutshell

۱۹-Jugglers on Unicycles – Abaqus/Explicit in a Nutshell

چکیده

گاهی اوقات حتی یک کد ضمنی قدرتمند مانند Abaqus/Standard برای مسائل غیرخطی دشوار شکست می‌خورد. در بسیاری از این موارد نادر، یک کد صریح مانند Abaqus/Explicit سلاح خوبی برای اضافه کردن به زرادخانه یک تحلیلگر پرشور است. روش‌های صریح قدرتمند هستند، اما به خوبی استفاده نمی‌شوند: از آنجا که اغلب در دوره‌های دانشگاهی نادیده گرفته می‌شوند، بسیاری از کاربران از به کارگیری آنها می‌ترسند. این سخنرانی اعتماد به نفس و دانش شما را در مورد تئوری و عمل این ابزار عالی افزایش می‌دهد، به طوری که طیف مسائلی که می‌توانید به عنوان یک مهندس شبیه‌سازی با آنها روبرو شوید، به طور قابل توجهی گسترش می‌یابد. به هر حال، Abaqus/Standard و Abaqus/Explicit هر دو Abaqus هستند!

نکات برجسته:

یادگیری تئوری یک کد صریح به روش سرگرم‌کننده
یادگیری بهترین شیوه‌ها برای یک کد صریح
یادگیری فیلتر کردن نتایج نویزی از یک کد صریح

سمینارهای الکترونیکی ۲۰۲۲ Abaqus #Abaqus Explicit #گفتگوی فنی

این گفتگوی فنی در همین پست، در انجمن SIMULIA ما برگزار خواهد شد و به شما امکان می‌دهد تا به صورت زنده با ارائه‌دهنده ما تعامل داشته باشید و همچنین بتوانید ارائه را در صورت تقاضا دوباره تماشا کنید.

Abaqus Explicit: کاوشی عمیق در شبیه‌سازی دینامیکی (2022X و 2023X)

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه محصولات پیچیده و نوآورانه امروزی طراحی می‌شوند؟ پشت هر پیشرفت مهندسی، ابزارهای قدرتمندی مانند نرم‌افزار اجزای محدود Abaqus FEA نهفته‌اند. Abaqus، به عنوان هسته فناوری شبیه‌سازی سازه‌ای در داسو سیستمز، نقش حیاتی در تبدیل ایده‌ها به واقعیت ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی عمیق و هیجان‌انگیزترین قابلیت‌ها و بهبودهای جدید اضافه شده به حل‌کننده‌های Abaqus در نسخه‌های 2022X و 2023X می‌پردازد. این به‌روزرسانی‌ها نتیجه تلاش‌های گسترده تیم تحقیق و توسعه Abaqus هستند که شامل متخصصان برجسته در زمینه‌هایی مانند مکانیک محاسباتی، علم مواد و دینامیک سازه می‌شوند.

هدف ما در Abaqus همواره افزایش دقت، سرعت و کارایی شبیه‌سازی‌ها بوده است. در ادامه، این پیشرفت‌ها را در دسته‌بندی‌های مختلف بررسی می‌کنیم.

۱. مواد و مدل‌سازی پیشرفته: تعریف واقعیت با جزئیات بیشتر

در طول سال گذشته، Abaqus قابلیت‌های مدل‌سازی مواد خود را به طور قابل توجهی ارتقا داده است تا بتوانید رفتار مواد را با دقت بیشتری شبیه‌سازی کنید:

  • مدل‌های هایپرالاستیک جدید و بهبود یافته:
    • والیس-لندل (Yeoh-Landell) در Abaqus/Explicit: این مدل پیشرفته که بر اساس داده‌های آزمایشگاهی تعریف می‌شود، اکنون در حل‌کننده صریح (Explicit) نیز قابل استفاده است و به شما امکان می‌دهد پاسخ کششی و فشاری مواد لاستیکی را با دقت بی‌نظیری مدل‌سازی کنید. همچنین، قابلیت واردات بین حل‌کننده‌های استاندارد و صریح، گردش کار شما را آسان‌تر می‌کند.
    • مواد هایپرالاستیک ناهمسانگرد تخصصی: دو مدل جدید Helpoul Ogden Anisotropic Hyperelastic برای بافت‌های بیولوژیکی (مانند بافت قلب) و Kichki Schmid Anisotropic Hyperelastic برای الاستومرهای تقویت‌شده (مانند لاستیک‌های صنعتی) اضافه شده‌اند. این مدل‌ها برای کاربردهایی نظیر دستگاه‌های پزشکی و مهندسی تایر، بینش‌های ارزشمندی را فراهم می‌کنند.
  • پیشرفت در خشک شدن چسب (Adhesive Curing): رابط کاربری ساده‌تر شده، خروجی‌های جدیدی برای وضعیت پخت مواد اضافه شده و پشتیبانی از رویه‌های کوپل شده مکانیکی و ویسکوکوسیت اکنون امکان‌پذیر است. این قابلیت به شما امکان می‌دهد تا فرآیندهای پیچیده پخت چسب را با دقت بیشتری مدل‌سازی کنید.
  • قابلیت‌های دیگر:
    • پلاستیسیته کلاهک (Cap Plasticity) بر اساس چگالی نسبی: ایده‌آل برای مدل‌سازی فرآیندهای فشرده‌سازی در صنایع داروسازی.
    • مدل‌های پیشرفته Drucker-Prager: اکنون خروجی‌های دقیق‌تری برای تنش تسلیم در دسترس است.
    • ویسکوالاستیسیته ناهمسانگرد در حوزه فرکانس: برای مدل‌سازی میرایی وابسته به فرکانس در مواد کامپوزیت و سیستم‌های ارتعاشی.
    • تعریف مستقیم مواد ایزوتروپیک عرضی: فرآیند تعریف این نوع مواد خاص را برای مهندسان کامپوزیت ساده‌تر می‌کند.

۲. شبیه‌سازی باتری: گامی بلند در فناوری انرژی

Abaqus به طور فزاینده‌ای بر شبیه‌سازی باتری تمرکز کرده است، چرا که این حوزه نیاز به مدل‌سازی چندفیزیکی (Multiphysics) پیچیده‌ای دارد:

  • مدل‌سازی دقیق‌تر باتری‌ها: اکنون می‌توانید اثرات فشار ضعیف (Pore Pressure) را در شبیه‌سازی‌های الکتروشیمیایی و جابجایی-دمایی کوپل شده لحاظ کنید، که برای مدل‌سازی تورم و رفتار یون‌ها در باتری‌ها حیاتی است.
  • پشتیبانی از باتری‌های آند لیتیوم جامد: مدل‌سازی تخصصی رابط بین جداکننده و آند لیتیوم جامد، پیشرفت مهمی در این فناوری نوظهور است.
  • المان‌های چندفیزیکی جدید: المان‌های جدیدی اضافه شده‌اند که مدل‌سازی اشکال پیچیده‌تر باتری را آسان‌تر می‌کنند و امکان در نظر گرفتن جذب یون‌های لیتیوم را فراهم می‌آورند.
  • کنترل گام (Step Control): یک قابلیت جدید و بسیار کاربردی که به شما اجازه می‌دهد تا پایان یک مرحله تحلیل را بر اساس مقادیر خاصی از نتایج شبیه‌سازی کنترل کنید. این ویژگی، نیاز به برنامه‌نویسی پیچیده (UAMP) را برای چرخه‌های شارژ/دشارژ باتری و سایر سناریوهای وابسته به پاسخ مدل از بین می‌برد.
  • نقشه‌برداری میدان‌های متغیر با زمان: اکنون می‌توانید میدان‌های خارجی (مانند دما یا سرعت) را که در طول زمان تغییر می‌کنند، از یک تحلیل به تحلیل صریح دیگر نگاشت (Map) کنید. این امکان، کوپلینگ‌های پیچیده بین تحلیل‌های مختلف را تسهیل می‌کند.

۳. بهبودهای عملکرد و پایداری: سریع‌تر، قوی‌تر، دقیق‌تر

عملکرد همواره یک اولویت اصلی در Abaqus بوده است، و پیشرفت‌های اخیر در این زمینه قابل توجه است:

  • موازی‌سازی بسته‌بندی‌کننده (Packager) در Explicit: مرحله آماده‌سازی مدل برای حل‌کننده Explicit اکنون به صورت موازی اجرا می‌شود، که زمان راه‌اندازی شبیه‌سازی‌های بزرگ را به شدت کاهش می‌دهد.
  • افزایش سرعت شبیه‌سازی‌های کوپل شده اوولری-لاگرانژی (CEL): عملکرد این نوع شبیه‌سازی‌ها، مانند مدل‌سازی هیدروپلنینگ تایر، به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
  • AL Multi با موازی‌سازی چند دامنه‌ای: این قابلیت، سرعت محاسبات برای دامنه‌های اوولری را افزایش می‌دهد و امکان تحلیل مدل‌های بزرگ‌تر را فراهم می‌آورد.
  • معیارهای همگرایی بهینه شده: برای مدل‌هایی با اجسام صلب، از باقیمانده گره‌ای نرمال‌شده (Normalized Nodal Residual) استفاده می‌شود تا از همگرایی بیش از حد سخت‌گیرانه که می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد، جلوگیری شود.
  • مقیاس‌بندی انبوه تماس (Contact Mass Scaling): این ویژگی جدید به شما امکان می‌دهد تا جرم را به نواحی تماس اضافه کنید تا پایداری گام زمانی تحلیل را حفظ کنید، حتی زمانی که سختی تماس بالایی را اعمال می‌کنید. این امر به کاهش نفوذ بیش از حد کمک کرده و در عین حال زمان تحلیل را مدیریت می‌کند.

۴. تماس و محدودیت‌ها: بهبود تعاملات پیچیده

تماس، یکی از پیچیده‌ترین جنبه‌های شبیه‌سازی، نیز شاهد پیشرفت‌هایی بوده است:

  • تماس عمومی (General Contact) به عنوان استاندارد: به شدت توصیه می‌شود که در Abaqus/Explicit از تماس عمومی استفاده کنید. این فرمولاسیون عملکرد بهتری دارد، مقیاس‌پذیری موازی بسیار بهتری ارائه می‌دهد، تنظیم آن آسان‌تر است و به طور مداوم در حال توسعه است.
  • بهبود ردیابی چین‌خوردگی (Fold Tracking) در شبیه‌سازی کیسه هوا: رفتار پیش‌فرض ردیابی چین‌خوردگی در کیسه‌های هوا بهبود یافته است، که نیاز به تعریف کنترل‌های تماسی پیچیده را از بین می‌برد و منجر به نتایج فیزیکی‌تر می‌شود.
  • توصیه برای استفاده از سطوح مبتنی بر عنصر: استفاده از سطوح مبتنی بر عنصر (Element-Based Surfaces) به جای سطوح مبتنی بر گره، نتایج پایدارتر و دقیق‌تری در تحلیل‌های تماس فراهم می‌کند.

۵. بهبودهای فناوری پرتو (Beam Technology)

  • میلگرد (Rebar) در Abaqus/Explicit: قابلیت مدل‌سازی میلگردها اکنون در حل‌کننده صریح نیز در دسترس است، که امکان تحلیل دقیق سازه‌های بتن مسلح تحت بارهای دینامیکی (مانند زلزله) را فراهم می‌کند.
  • افست مقطع تیر (Beam Section Offset): این ویژگی که به شما امکان می‌دهد پرتو را از محور المان جابجا کنید، اکنون در Abaqus/Explicit نیز قابل استفاده است.

نتیجه‌گیری: قدرت Abaqus در دستان شما

پیشرفت‌های اخیر در Abaqus نشان‌دهنده تعهد داسو سیستمز به ارائه ابزارهای شبیه‌سازی پیشرفته و کارآمد است. این ویژگی‌های جدید به شما امکان می‌دهند تا مدل‌های پیچیده‌تر را با سرعت و دقت بیشتری حل کنید، که در نهایت به تسریع فرآیند طراحی، کاهش هزینه‌ها و نوآوری در صنایع مختلف کمک می‌کند.

آیا سوالی در مورد نحوه بهره‌گیری از این قابلیت‌های جدید در پروژه‌های شبیه‌سازی خود دارید؟ تیم ما آماده راهنمایی شماست.

/توسط

۱۸-انتشار R2023x | بهبودهای شبیه‌سازی سازه‌های SIMULIA و Release R2023xSIMULIA Structures Simulation Enhancements

۱۸-Release R2023x | SIMULIA Structures Simulation Enhancements

چکیده

حل‌کننده‌های المان محدود Abaqus، فناوری اصلی پشت قابلیت شبیه‌سازی سازه‌های واقع‌گرایانه و پیشرو در کلاس خود در نرم‌افزار SIMULIA هستند و به مشتریان ما این امکان را می‌دهند تا با استفاده از پلتفرم 3DEXPERIENCE یا برنامه‌های Abaqus Unified FEA، به چالش‌برانگیزترین مسائل مهندسی امروزی بپردازند.

این گفتگوی فنی SIMULIA، به‌روزرسانی‌ها و پیشرفت‌های اخیر در حل‌کننده‌های Abaqus را پوشش می‌دهد، از قابلیت‌های جدید در تحلیل‌های میدانی کوپل شده مورد نیاز برای فعال کردن موج جدید برق‌رسانی گرفته تا بهبودهای عملکردی که تحلیلگران را قادر می‌سازد تا به سرعت مسائل بزرگ‌تر را حل کنند.

نکات برجسته:

مروری کلی بر به‌روزرسانی‌ها و بهبودهای انجام‌شده در حل‌کننده‌های المان محدود Abaqus

بررسی گردش‌های کاری جدید در پلتفرم 3DEXPERIENCE که به لطف پیشرفت‌های اخیر فناوری Abaqus امکان‌پذیر شده‌اند

اطلاعاتی در مورد تغییرات مهم رابط برنامه‌نویسی Abaqus ارائه می‌دهد

گفتگوی فنی
گفتگوی فنی
ساختارها
انتشار 2023x

از ارائه شما متشکریم @Ross MCLENDON

آباکوس (Abaqus FEA): پیشرفت‌های کلیدی در شبیه‌سازی مهندسی (2022X و 2023X)

[موسیقی متن]

آیا می‌دانستید که پشت طراحی‌های پیچیده و محصولات نوآورانه امروزی، ابزارهای قدرتمندی مانند نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس (Abaqus FEA) قرار دارند؟ آباکوس، به عنوان هسته فناوری شبیه‌سازی سازه‌ای در داسو سیستمز، نقشی حیاتی در تبدیل ایده‌ها به واقعیت ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی عمیق و هیجان‌انگیزترین قابلیت‌ها و بهبودهای جدید اضافه شده به حل‌کننده‌های آباکوس در نسخه‌های 2022X و 2023X می‌پردازد. این به‌روزرسانی‌ها نتیجه تلاش‌های گسترده تیم تحقیق و توسعه آباکوس هستند که شامل متخصصان برجسته در زمینه‌هایی مانند مکانیک محاسباتی، علم مواد و دینامیک سازه می‌شوند.

هدف ما در آباکوس همواره افزایش دقت، سرعت و کارایی شبیه‌سازی‌ها بوده است. در ادامه، این پیشرفت‌ها را در دسته‌بندی‌های مختلف بررسی می‌کنیم.

۱. مواد و مدل‌سازی پیشرفته: تعریف واقعیت با جزئیات بیشتر

در طول سال گذشته، آباکوس قابلیت‌های مدل‌سازی مواد خود را به طور قابل توجهی ارتقا داده است تا بتوانید رفتار مواد را با دقت بیشتری شبیه‌سازی کنید:

  • مدل‌های هایپرالاستیک جدید و بهبود یافته:
    • والیس-لندل (Yeoh-Landell) در Abaqus/Explicit: این مدل پیشرفته که بر اساس داده‌های آزمایشگاهی تعریف می‌شود، اکنون در حل‌کننده صریح (Explicit) نیز قابل استفاده است و به شما امکان می‌دهد پاسخ کششی و فشاری مواد لاستیکی را با دقت بی‌نظیری مدل‌سازی کنید. همچنین، قابلیت واردات بین حل‌کننده‌های استاندارد و صریح، گردش کار شما را آسان‌تر می‌کند.
    • مواد هایپرالاستیک ناهمسانگرد تخصصی: دو مدل جدید Helpoul Ogden Anisotropic Hyperelastic برای بافت‌های بیولوژیکی (مانند بافت قلب) و Kichki Schmid Anisotropic Hyperelastic برای الاستومرهای تقویت‌شده (مانند لاستیک‌های صنعتی) اضافه شده‌اند. این مدل‌ها برای کاربردهایی نظیر دستگاه‌های پزشکی و مهندسی تایر، بینش‌های ارزشمندی را فراهم می‌کنند.
  • پیشرفت در خشک شدن چسب (Adhesive Curing): رابط کاربری ساده‌تر شده، خروجی‌های جدیدی برای وضعیت پخت مواد اضافه شده و پشتیبانی از رویه‌های کوپل شده مکانیکی و ویسکوکوسیت اکنون امکان‌پذیر است. این قابلیت به شما امکان می‌دهد تا فرآیندهای پیچیده پخت چسب را با دقت بیشتری مدل‌سازی کنید.
  • قابلیت‌های دیگر:
    • پلاستیسیته کلاهک (Cap Plasticity) بر اساس چگالی نسبی: ایده‌آل برای مدل‌سازی فرآیندهای فشرده‌سازی در صنایع داروسازی.
    • مدل‌های پیشرفته Drucker-Prager: اکنون خروجی‌های دقیق‌تری برای تنش تسلیم در دسترس است.
    • ویسکوالاستیسیته ناهمسانگرد در حوزه فرکانس: برای مدل‌سازی میرایی وابسته به فرکانس در مواد کامپوزیت و سیستم‌های ارتعاشی.
    • تعریف مستقیم مواد ایزوتروپیک عرضی: فرآیند تعریف این نوع مواد خاص را برای مهندسان کامپوزیت ساده‌تر می‌کند.

۲. شبیه‌سازی باتری: گامی بلند در فناوری انرژی

آباکوس به طور فزاینده‌ای بر شبیه‌سازی باتری تمرکز کرده است، چرا که این حوزه نیاز به مدل‌سازی چندفیزیکی (Multiphysics) پیچیده‌ای دارد:

  • مدل‌سازی دقیق‌تر باتری‌ها: اکنون می‌توانید اثرات فشار ضعیف (Pore Pressure) را در شبیه‌سازی‌های الکتروشیمیایی و جابجایی-دمایی کوپل شده لحاظ کنید، که برای مدل‌سازی تورم و رفتار یون‌ها در باتری‌ها حیاتی است.
  • پشتیبانی از باتری‌های آند لیتیوم جامد: مدل‌سازی تخصصی رابط بین جداکننده و آند لیتیوم جامد، پیشرفت مهمی در این فناوری نوظهور است.
  • المان‌های چندفیزیکی جدید: المان‌های جدیدی اضافه شده‌اند که مدل‌سازی اشکال پیچیده‌تر باتری را آسان‌تر می‌کنند و امکان در نظر گرفتن جذب یون‌های لیتیوم را فراهم می‌آورند.
  • کنترل گام (Step Control): یک قابلیت جدید و بسیار کاربردی که به شما اجازه می‌دهد تا پایان یک مرحله تحلیل را بر اساس مقادیر خاصی از نتایج شبیه‌سازی کنترل کنید. این ویژگی، نیاز به برنامه‌نویسی پیچیده (UAMP) را برای چرخه‌های شارژ/دشارژ باتری و سایر سناریوهای وابسته به پاسخ مدل از بین می‌برد.
  • نقشه‌برداری میدان‌های متغیر با زمان: اکنون می‌توانید میدان‌های خارجی (مانند دما یا سرعت) را که در طول زمان تغییر می‌کنند، از یک تحلیل به تحلیل صریح دیگر نگاشت (Map) کنید. این امکان، کوپلینگ‌های پیچیده بین تحلیل‌های مختلف را تسهیل می‌کند.

۳. بهبودهای عملکرد و پایداری: سریع‌تر، قوی‌تر، دقیق‌تر

عملکرد همواره یک اولویت اصلی در آباکوس بوده است، و پیشرفت‌های اخیر در این زمینه قابل توجه است:

  • موازی‌سازی بسته‌بندی‌کننده (Packager) در Explicit: مرحله آماده‌سازی مدل برای حل‌کننده Explicit اکنون به صورت موازی اجرا می‌شود، که زمان راه‌اندازی شبیه‌سازی‌های بزرگ را به شدت کاهش می‌دهد.
  • افزایش سرعت شبیه‌سازی‌های کوپل شده اوولری-لاگرانژی (CEL): عملکرد این نوع شبیه‌سازی‌ها، مانند مدل‌سازی هیدروپلنینگ تایر، به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
  • AL Multi با موازی‌سازی چند دامنه‌ای: این قابلیت، سرعت محاسبات برای دامنه‌های اوولری را افزایش می‌دهد و امکان تحلیل مدل‌های بزرگ‌تر را فراهم می‌آورد.
  • معیارهای همگرایی بهینه شده: برای مدل‌هایی با اجسام صلب، از باقیمانده گره‌ای نرمال‌شده (Normalized Nodal Residual) استفاده می‌شود تا از همگرایی بیش از حد سخت‌گیرانه که می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد، جلوگیری شود.
  • مقیاس‌بندی انبوه تماس (Contact Mass Scaling): این ویژگی جدید به شما امکان می‌دهد تا جرم را به نواحی تماس اضافه کنید تا پایداری گام زمانی تحلیل را حفظ کنید، حتی زمانی که سختی تماس بالایی را اعمال می‌کنید. این امر به کاهش نفوذ بیش از حد کمک کرده و در عین حال زمان تحلیل را مدیریت می‌کند.

۴. تماس و محدودیت‌ها: بهبود تعاملات پیچیده

تماس، یکی از پیچیده‌ترین جنبه‌های شبیه‌سازی، نیز شاهد پیشرفت‌هایی بوده است:

  • تماس عمومی (General Contact) به عنوان استاندارد: به شدت توصیه می‌شود که در Abaqus/Explicit از تماس عمومی استفاده کنید. این فرمولاسیون عملکرد بهتری دارد، مقیاس‌پذیری موازی بسیار بهتری ارائه می‌دهد، تنظیم آن آسان‌تر است و به طور مداوم در حال توسعه است.
  • بهبود ردیابی چین‌خوردگی (Fold Tracking) در شبیه‌سازی کیسه هوا: رفتار پیش‌فرض ردیابی چین‌خوردگی در کیسه‌های هوا بهبود یافته است، که نیاز به تعریف کنترل‌های تماسی پیچیده را از بین می‌برد و منجر به نتایج فیزیکی‌تر می‌شود.
  • توصیه برای استفاده از سطوح مبتنی بر عنصر: استفاده از سطوح مبتنی بر عنصر (Element-Based Surfaces) به جای سطوح مبتنی بر گره، نتایج پایدارتر و دقیق‌تری در تحلیل‌های تماس فراهم می‌کند.

۵. بهبودهای فناوری پرتو (Beam Technology)

  • میلگرد (Rebar) در Abaqus/Explicit: قابلیت مدل‌سازی میلگردها اکنون در حل‌کننده صریح نیز در دسترس است، که امکان تحلیل دقیق سازه‌های بتن مسلح تحت بارهای دینامیکی (مانند زلزله) را فراهم می‌کند.
  • افست مقطع تیر (Beam Section Offset): این ویژگی که به شما امکان می‌دهد پرتو را از محور المان جابجا کنید، اکنون در Abaqus/Explicit نیز قابل استفاده است.

نتیجه‌گیری: قدرت آباکوس در دستان شما

پیشرفت‌های اخیر در آباکوس نشان‌دهنده تعهد داسو سیستمز به ارائه ابزارهای شبیه‌سازی پیشرفته و کارآمد است. این ویژگی‌های جدید، به شما امکان می‌دهند تا مدل‌های پیچیده‌تر را با سرعت و دقت بیشتری حل کنید، که در نهایت به تسریع فرآیند طراحی، کاهش هزینه‌ها و نوآوری در صنایع مختلف کمک می‌کند.

آیا سوالی در مورد نحوه بهره‌گیری از این قابلیت‌های جدید در پروژه‌های شبیه‌سازی خود دارید؟ تیم ما آماده راهنمایی شماست.

/توسط

۱۷-مطالعه یکپارچه توسعه از طراحی مفهومی تا طراحی سازه‌ای تفصیلی برای حمل و نقل هوایی شهری و Unified Development Study from Conceptual to Detailed Structural Design for Urban Air Mobility

۱۷-Unified Development Study from Conceptual to Detailed Structural Design for Urban Air Mobility

چکیده

در طول طراحی هواپیما، مدل‌های سازه‌ای در سطوح مختلف سیستم ساخته می‌شوند. نمایش‌های کلی از کل سازه برای فعالیت‌های اولیه تعیین اندازه استفاده می‌شوند، در حالی که مدل‌های اصلاح‌شده زیرسیستم‌ها بعداً برای تعیین اندازه دقیق ساخته می‌شوند. داده‌های بار معمولاً در سطح کل وسیله نقلیه تولید می‌شوند و باید به طور دقیق به مدل‌های زیرسیستم دقیق منتقل شوند. همگام‌سازی همه مدل‌ها با آخرین داده‌های طراحی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.

برای پرداختن به این چالش‌ها، ما در این ارائه یک گردش کار یکپارچه در پلتفرم 3DEXPERIENCE پیشنهاد می‌کنیم که مدل‌های سازه‌ای را در سطوح مختلف سیستم به هم متصل می‌کند و انتقال بار یکپارچه را امکان‌پذیر می‌سازد و در عین حال ارتباط با داده‌های طراحی پارامتری را تضمین می‌کند.

ما نشان می‌دهیم که چگونه یک مدل مفهومی از یک وسیله نقلیه eVTOL کامل و یک مدل دقیق از بال آن ساخته شده و با یک مدل طراحی پارامتری در CATIA مرتبط می‌شوند، با یک اندازه دقیق از ساختار بال که توسط داده‌های بار از مدل کامل وسیله نقلیه هدایت می‌شود. یک مطالعه اکتشافی طراحی برای ساختار بال با هدف برآورده کردن الزامات از نظر کمانش پوسته انجام می‌شود و بهترین گزینه از طریق یک شبیه‌سازی دقیق پس از کمانش اعتبارسنجی می‌شود.

نکات برجسته:

همبستگی مدل‌های سازه‌ای کل هواپیما و زیرسیستم با مدل داده یکپارچه
انتقال بار یکپارچه از مطالعه مفهومی به مدل بال دقیق برای تحلیل کمانش
بررسی طراحی برای بهترین پیکربندی بال که الزامات کمانش پوسته را برآورده می‌کند
اعتبارسنجی رفتار سازه‌ای بال از طریق یک تحلیل پس از کمانش کاملاً غیرخطی

انقلاب در طراحی هواپیما با “Modsim”: از کانسپت تا واقعیت در EVTOL

[موسیقی متن]

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه هواپیماهای پیشرفته امروزی، به خصوص وسایل نقلیه هوایی شهری (UAM) مانند EVTOL، از یک ایده اولیه به محصولی پروازی تبدیل می‌شوند؟ پاسخ در رویکردی نوین به نام مدل‌سازی و شبیه‌سازی یکپارچه (Modsim) نهفته است. در این مقاله به بررسی عمیق چگونگی استفاده از Modsim، از طراحی مفهومی تا تحلیل سازه‌ای دقیق، برای تسریع فرآیند توسعه در صنعت هوانوردی، به ویژه برای EVTOL‌ها، می‌پردازیم. این مقاله بر اساس ارائه‌ای در انجمن AIAA Scitec است و شما می‌توانید برای جزئیات بیشتر به مقاله کامل آن مراجعه کنید.

Modsim چیست و چرا در صنعت هوانوردی حیاتی است؟

برای دهه‌ها، آزمایش‌های فیزیکی ابزار اصلی برای ارزیابی عملکرد، قابلیت تولید و پایداری یک محصول بودند. این آزمایش‌ها اما کند، گران و پرخطر هستند و به نمونه‌های اولیه فیزیکی نیاز دارند. شبیه‌سازی گام بزرگی در مجازی‌سازی این فرآیند بود و هزینه‌ها را به شدت کاهش داد. با این حال، مشکل اصلی در این بود که ابزارها، افراد و بخش‌ها هنوز از هم جدا بودند. تبادل داده‌ها از طریق فایل‌های جداگانه و ایمیل انجام می‌شد که منجر به کندی و عدم انسجام می‌شد.

اینجاست که Modsim وارد عمل می‌شود. Modsim یک پلتفرم تجربه سه‌بعدی است که ابزارهای مختلف را در یک محیط واحد گرد هم می‌آورد. این رویکرد یکپارچه، امکان همکاری بی‌نظیر بین تیم‌های مختلف را فراهم می‌کند و زمان ایجاد مفهوم و اعتبارسنجی را از هفته‌ها به چند روز کاهش می‌دهد.

مزایای کلیدی Modsim:

  • یکپارچگی CAD و CAE: طراحی و تحلیل در یک محیط مشترک، امکان به‌روزرسانی خودکار مدل‌های شبیه‌سازی با هر تغییر در هندسه را فراهم می‌کند.
  • پایگاه داده متمرکز: تمام ذینفعان به یک پایگاه داده مرکزی متصل هستند و لینک‌های داده را به اشتراک می‌گذارند، که همکاری و پیگیری پیشرفت پروژه را تسهیل می‌کند.
  • تسریع فرآیند توسعه: کاهش زمان از ایده تا اعتبارسنجی به دلیل ارتباط و هماهنگی بی‌درنگ.

لایه‌های Modsim: از محصول تا پروژه

Modsim فراتر از شبیه‌سازی صرف است و یک اکوسیستم جامع را در چهار لایه اصلی ارائه می‌دهد:

  1. لایه مهندسی محصول (Product Engineering): این هسته Modsim است که شامل مدل‌ها، شبیه‌سازی‌ها و ارتباط بین مدل و شبیه‌سازی می‌شود. در اینجا، مدل‌های شبیه‌سازی به طور خودکار با تغییرات در هندسه (CAD) به‌روز می‌شوند و نتایج کل فضای طراحی در دسترس هستند.
  2. لایه مدیریت تست (Test Management): این لایه فرآیندهای تست و اعتبارسنجی را مدیریت می‌کند. مشخصات تست، نتایج و گزارش‌ها در این لایه پیگیری می‌شوند. همچنین امکان اجرای بهینه‌سازی‌های چند رشته‌ای و دموکراتیزه کردن شبیه‌سازی‌ها وجود دارد.
  3. لایه مدیریت حرفه‌ای محصول (Professional Product Management): این لایه به طراحی محصول بر اساس الزامات و مشخصات خاص می‌پردازد. هر گونه عدم انطباق یا نیاز به تغییر، در این لایه ردیابی می‌شود.
  4. لایه مدیریت پروژه (Project Management): بالاترین لایه که امکان ردیابی پیشرفت پروژه، تخصیص وظایف به کاربران خاص و مدیریت تغییرات بر اساس نتایج را فراهم می‌کند.

این لایه‌ها در هماهنگی کامل بر روی پلتفرم تجربه سه‌بعدی کار می‌کنند و یک رویکرد یکپارچه برای توسعه محصول ارائه می‌دهند.

کاربردهای Modsim در حمل و نقل هوایی شهری (UAM)

Modsim راه حل‌های قدرتمندی را برای چالش‌های مختلف در صنعت UAM ارائه می‌دهد:

  • پیش‌بینی عملکرد آیرودینامیکی و پیشرانش: استفاده از حلگرهای CFD دقیق برای پیش‌بینی دقیق رفتار پروازی.
  • کاهش آلودگی صوتی: شبیه‌سازی سناریوهای مختلف برای طراحی وسایل نقلیه EVTOL بی‌صداتر و یافتن منابع اصلی سر و صدا.
  • طراحی وسایل نقلیه ایمن‌تر: طراحی کامپوزیت‌های مناسب، تعریف زیرسیستم‌ها و بررسی آسیب‌پذیری سازه در حوادثی مانند برخورد پرنده یا صاعقه.
  • ارتقاء فناوری باتری: طراحی مواد برای پیش‌بینی رفتار باتری در شرایط اتصال کوتاه و مطالعه استحکام، سختی و دوام بسته‌های ماژول سلول باتری.
  • برنامه‌ریزی زیرساخت‌های شهری: مکان‌یابی بهینه پورت‌های عمودی (ورتی‌پورت‌ها) یا آسمان‌بندها و همکاری مؤثر بین ذینفعان شهری.

سفر از طراحی مفهومی تا طراحی سازه‌ای دقیق در EVTOL

با ظهور فناوری‌های برخاست و فرود عمودی تمام الکتریکی (EVTOL)، بازار UAM به شدت رقابتی شده است. برای موفقیت در این بازار، استارتاپ‌ها و تولیدکنندگان اصلی (OEM) باید از ابزارها و روش‌های جدیدی مانند Modsim برای ساده‌سازی فرآیند توسعه خود استفاده کنند.

چالش اصلی: در فرآیند طراحی یک هواپیما، مدل‌های سازه‌ای در سطوح مختلف سیستم (از کل وسیله نقلیه تا اجزا) ساخته می‌شوند. انتقال بارهای طراحی و اطمینان از همبستگی مدل‌ها در رویکردهای سنتی بسیار دشوار بود.

راه‌حل Modsim: Modsim یک گردش کار یکپارچه را پیشنهاد می‌کند که مدل‌های سازه‌ای را در سطوح مختلف سیستم به هم متصل کرده و انتقال بار یکپارچه بین مدل‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد، در حالی که ارتباط با داده‌های طراحی پارامتریک را تضمین می‌کند.

مراحل کلیدی در طراحی سازه‌ای EVTOL با Modsim:

  1. مدیریت پروژه یکپارچه: ایجاد یک پروژه اصلی با استفاده از لایه مدیریت پروژه Modsim، تعریف وظایف و الزامات برای مهندسان طراحی و شبیه‌سازی.
  2. تعریف الزامات در سطح هواپیما: مانند حفظ وزن وسیله نقلیه در یک محدوده خاص و ارزیابی مشخصات باتری.
  3. طراحی مفهومی با بهینه‌سازی پارامتریک:
    • استفاده از برنامه Generative KIA X برای تولید داده‌های طراحی پارامتریک.
    • ترکیب اسکریپت‌نویسی گرافیکی و مدل‌سازی سه‌بعدی برای ایجاد مدل‌های پارامتری برای تمام اجزای هواپیما (دنده‌ها، ستون‌ها، تیرک‌ها و…).
    • بررسی فضای طراحی برای الزامات مختلف.
  4. محاسبه فشارهای آیرودینامیکی: اجرای شبیه‌سازی‌های CFD برای زوایای حمله مختلف برای محاسبه ضرایب لیفت و درگ و تعیین فشارهای آیرودینامیکی بر روی سطح خارجی EVTOL.
  5. بهینه‌سازی بال با ترکیب بهینه‌سازی پارامتری و ناپارامتری:
    • اجرای بهینه‌سازی برای دو حالت بارگذاری (مثبت و منفی) به صورت موازی.
    • تغییر پارامترهایی مانند تعداد میله‌ها/دنده‌ها و پیکربندی جعبه بال.
    • انجام بهینه‌سازی اندازه‌گیری (ناپارامتری) برای دستیابی به توزیع بهینه ضخامت پوسته بیرونی و تعداد سازه‌های داخلی.
    • هدف: حداقل کردن وزن و در عین حال برآورده کردن الزامات مربوط به تنش‌ها در جعبه بال و محل اتصال بال به بدنه.
  6. انتقال بار یکپارچه و زیرمدل‌سازی:
    • اتصال مدل سازه‌ای مفهومی (مدل جهانی) به مدل سازه‌ای دقیق زیرسیستم بال (زیرمدل) از طریق تکنیک زیرمدل‌سازی.
    • این تکنیک امکان مطالعه بخش محلی مدل را بر اساس درونیابی حل جابجایی از مدل کلی فراهم می‌کند.
    • بارهای اینرسی، فشار آیرودینامیکی و نیروهای روتور به مدل دقیق بال منتقل می‌شوند.
  7. تحلیل کمانش خطی و بررسی طراحی:
    • انجام تحلیل کمانش خطی برای تعیین کمترین بار کمانش پوسته در بال دقیق.
    • اجرای طراحی آزمایش (DOE) برای بررسی فضای طراحی با تغییر پارامترهای هندسی و ضخامت پوسته.
    • هدف: حداقل کردن جرم بال با اطمینان از عدم کمانش پوسته زیر بار حد مجاز.
    • نتایج نشان داد که می‌توان وزن بال را تا ۲۴ درصد کاهش داد، در حالی که الزامات کمانش برآورده می‌شود.
  8. اعتبارسنجی نهایی با تحلیل پس‌کمانش غیرخطی:
    • انجام تحلیل کاملاً غیرخطی بر روی بهترین پیکربندی بال با استفاده از استاندارد Abaqus.
    • بررسی دقیق رفتار پس از کمانش و فروپاشی سازه بال، چرا که کمانش پوسته لزوماً به معنای شکست فوری سازه نیست.

نتیجه‌گیری: آینده توسعه هواپیما با Modsim

Modsim با یکپارچه‌سازی فرآیند توسعه از طراحی مفهومی تا تحلیل سازه‌ای دقیق، تحولی در صنعت هوانوردی، به ویژه در زمینه EVTOL‌ها، ایجاد کرده است. این رویکرد نه تنها زمان و هزینه توسعه را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه امکان طراحی محصولات ایمن‌تر، کارآمدتر و سبک‌تر را فراهم می‌کند. توانایی Modsim در اتصال مدل‌ها، انتقال یکپارچه بارها و تضمین ارتباط با داده‌های طراحی پارامتریک، آن را به ابزاری ضروری برای رقابت در بازار پرشتاب UAM تبدیل کرده است.

اگر علاقه‌مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد کاربردهای Modsim در حمل و نقل هوایی شهری هستید، می‌توانید از صفحه روند حمل و نقل هوایی شهری داسو سیستمز دیدن کنید و یا با انجمن‌های Simulia در ارتباط باشید.

/توسط