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

۱۶-اشکال‌زدایی مدل‌های Abaqus و Debugging Abaqus Models

-۱۶ Debugging Abaqus Models

چکیده
​​​​​​​​

حل‌کننده‌های المان محدود آباکوس ابزارهای قدرتمندی هستند که به مهندسان در شبیه‌سازی سازه‌ها کمک می‌کنند تا رفتار واقع‌بینانه آنها را تحت شرایط بارگذاری مختلف تعیین کنند. مدل‌های المان محدود واقعاً جالب، رفتارهایی را نشان می‌دهند که می‌توانند چالش‌هایی را برای روش حل غیرخطی مورد استفاده در آباکوس/استاندارد ایجاد کنند. کاربر آباکوس ممکن است نتواند یک مدل رضایت‌بخش آباکوس/استاندارد برای این موارد بسازد، مگر اینکه از تکنیک‌های اشکال‌زدایی مسائل همگرایی آگاه باشد. این گفتگوی فنی برای کاربران آباکوس/استاندارد که می‌خواهند استراتژی‌های اشکال‌زدایی را یاد بگیرند، جالب خواهد بود.

گفتگوی فنی، استراتژی‌هایی را در زمینه مدل‌های المان محدود خاصی که در ابتدا دارای مشکلات همگرایی هستند، ارائه می‌دهد. فرآیندهای غلبه بر مشکلات با جزئیات مورد بحث قرار خواهد گرفت. جزئیات فنی مربوط به مواردی مانند مواد هایپرپلاستیک، شبیه‌سازی دینامیکی، تماس، کمانش و غیره نیز مورد بحث قرار خواهد گرفت.

نکات برجسته:

دلایل همگرایی آباکوس را بیاموزید

روش‌های حل را بیاموزید

روش‌های شبیه‌سازی قوی آباکوس را بیاموزید

آموزش اشکال‌زدایی مدل‌های آباکوس | راهنمای کامل Debug در Abaqus

اگر تا به حال با نرم‌افزار Abaqus کار کرده باشید، احتمالاً با خطاها و مشکلاتی در هنگام اجرای مدل‌های عددی روبرو شده‌اید. اشکال‌زدایی یا Debug یکی از مهارت‌های حیاتی برای هر مهندس تحلیلگر است. در این مقاله، به‌صورت کامل و به زبان ساده، با اصول و روش‌های اشکال‌زدایی در آباکوس آشنا می‌شویم.

چرا اشکال‌زدایی در آباکوس اهمیت دارد؟

Abaqus نرم‌افزاری قدرتمند برای تحلیل المان محدود (FEM) است، اما مانند هر ابزار شبیه‌سازی دیگری، ممکن است در حین اجرا با خطاهایی مواجه شود. برخی از دلایل نیاز به اشکال‌زدایی عبارت‌اند از:

  • عدم همگرایی حل‌گر (Solver)

  • خطاهای مربوط به شرط مرزی یا المان‌ها

  • مشکلات در تعریف ماده یا مش‌بندی (Mesh)

  • ناسازگاری بارگذاری و قیود

شروع اشکال‌زدایی در Abaqus

در این ویدیو، مدرس از شهر آن‌آربر میشیگان، با رویکردی کاربردی، اشکال‌زدایی را نه به‌صورت تئوری، بلکه با چند مثال عینی آموزش می‌دهد. این روش یادگیری برای کاربران مبتدی و حتی حرفه‌ای بسیار مفید است.

نکات کلیدی آموزش:

  1. بررسی فایل پیام (msg) و dat: اولین قدم در تشخیص خطا، بررسی خروجی‌های متنی است که Abaqus تولید می‌کند.

  2. تجزیه مدل به بخش‌های کوچک‌تر: اگر مدل پیچیده است، آن را ساده کنید تا راحت‌تر منبع مشکل را پیدا کنید.

  3. استفاده از Visualization: گاهی خروجی گرافیکی به‌خوبی محل خطا یا ناپایداری را نشان می‌دهد.

  4. کنترل گام‌های بارگذاری (Steps): یکی از عوامل متداول در خطاهای غیرهمگرا، تنظیمات نادرست stepهاست.

مثال‌های واقعی Debug در آباکوس

در طول آموزش، مدرس مثال‌هایی از مدل‌هایی که دچار خطا شده‌اند را بررسی می‌کند، مانند:

  • مدل‌هایی با تماس ناقص (Incomplete Contact)

  • تعریف اشتباه شرایط مرزی (BCs)

  • ناسازگاری در واحدها یا زمان تحلیل

این مثال‌ها نه‌تنها مشکل را نمایش می‌دهند، بلکه راه‌حل دقیق آن را نیز ارائه می‌دهند.

جمع‌بندی

یادگیری اشکال‌زدایی در Abaqus یک مهارت ضروری برای تمام مهندسین مکانیک، عمران و سایر رشته‌هایی است که با تحلیل FEM سر و کار دارند. با درک صحیح فایل‌های خروجی، مشاهده رفتار مدل و به‌کارگیری تکنیک‌های ساده، می‌توان بیشتر خطاها را به‌راحتی حل کرد.

🔍 کلمات کلیدی :

  • آموزش اشکال‌زدایی آباکوس

  • Debug در Abaqus

  • خطای Non-convergence در Abaqus

  • آموزش تحلیل المان محدود

  • حل خطا در نرم‌افزار

/توسط

۱۵-پادشاهان، جنگ ستارگان و یوری گلر: انتخاب عناصر به طور خلاصه و Kings Star Wars, and Uri Geller Element Selection in a Nutshell

-۱۵ Kings, Star Wars, and Uri Geller: Element Selection in a Nutshell

چکیده
​​​​​​​

آیا تفاوت بین انواع المان‌های C3D20R و C3D8 را می‌دانید؟ آیا در مورد المان‌های PSI مرموز چیزی شنیده‌اید؟ آیا معتقدید المان‌های WARP علمی تخیلی هستند؟ چرا المان R2D2 وجود دارد، اما C3PO وجود ندارد؟ کتابخانه‌های بزرگ المان در Abaqus می‌توانند گیج‌کننده باشند، به خصوص برای مبتدیانی که با جزئیات نظریه المان آشنا نیستند.

این گفتگوی فنی، قوانین تقریبی و آماده‌ای را برای انتخاب المان در تحلیل‌های سازه‌ای در Abaqus به شما ارائه می‌دهد که با دهه‌ها تجربه و درس‌های هزاران سوال پشتیبانی تقویت شده است. توصیه‌های ساده ارائه شده، با کمک به شما در انتخاب نوع المان مناسب برای کار مورد نظر، شما را به سرعت و به طور قوی به موفقیت بیشتر در شبیه‌سازی هدایت می‌کند. همچنین حقایق سرگرم‌کننده و جوک‌های بی‌مزه زیادی خواهید شنید. قدرت المان‌های قوی و حل‌کننده‌های قوی با مثال بلندپروازانه یک لوله لاستیکی که به بیرون برگردانده شده است، نشان داده خواهد شد. برای کاربران بسته‌های المان محدود کمتر: “بچه‌ها، این را در خانه امتحان نکنید!”

نکات برجسته:

دستورالعمل‌های انتخاب ساده و قوی
معتبر برای Abaqus/Standard و Abaqus/Explicit
خلاصه تک اسلایدی به عنوان نمودار جریان برای مراجعه بعدی

سخنران
اکسل رایشرت | متخصص ارشد مشاور فرآیند صنعتی SIMULIA

اکسل متخصص ارشد مشاور فرآیند صنعتی SIMULIA است. او در رشته مهندسی مکانیک و ریاضیات تحصیل کرده و دارای مدرک دکترا (PhD) از دانشگاه هانوفر است.

اکسل در سال ۲۰۰۰ به شرکت Dassault Systèmes پیوست و سمت‌های مختلفی را بر عهده داشت.

او در حال حاضر در بخش پیش فروش مشغول به کار است.

خلاصه ارائه: انتخاب عناصر در آباکوس – طنز علمی با چاشنی جنگ ستارگان

سخنران: ناشناس (ارائه در کنفرانس RUM، سال ۲۰۱۸)
موضوع: مشکلات کاربران در انتخاب صحیح المان‌ها در Abaqus و راه‌حل‌های عملی با نگاهی طنزآمیز و آموزشی

✅ مقدمه

  • مقدمه‌ای غیررسمی و طنزآمیز با عنوان‌هایی مانند “Kings, Star Wars, and Uri Geller”

  • هدف: بررسی مشکل انتخاب عنصر مناسب در شبیه‌سازی با آباکوس و معرفی راه‌حل‌ها

🔧 مشکلات شایع در انتخاب المان‌ها

  1. تنوع بیش‌ازحد:

    • آباکوس ۲۰۱۸ دارای ۵۷۷ نوع المان است.

    • از این میان، ۴۸۵ نوع در کد ضمنی (standard) و فقط ۱۰ عدد منحصر به صریح (explicit) هستند.

  2. سردرگمی کاربران:

    • کاربران اغلب به‌دلیل تعداد زیاد المان‌ها، نمی‌دانند کدام را انتخاب کنند.

    • بیش از ۸۲ المان در هر دو کد استفاده می‌شوند.

  3. عدم آشنایی با تئوری یا مستندات:

    • کاربران نمی‌دانند که برخی المان‌ها فرضیات خاصی دارند (مثلاً تنش صفحه‌ای، کرنش صفحه‌ای، عدم توانایی در تحمل فشار و غیره).

    • مثال: استفاده از C3D4 در مدل‌های خمشی یا استفاده نادرست از shell به‌جای solid.

  4. اصطلاحات اشتباه کاربران:

    • مثال: ارجاع به المان Hex8 که به این نام در آباکوس وجود ندارد، بلکه نام دقیق مانند C3D8R استفاده می‌شود.

📊 راه‌حل‌های پیشنهادی

  1. تمرکز روی ۲۰ المان پرکاربرد:

    • تنها ۲۰ نوع عنصر بیش از ۵۰٪ از پایگاه داده نمونه‌ها را پوشش می‌دهند.

  2. مطالعه مستندات فنی:

    • مستندات شامل Example Guide، Verification Guide و Benchmark Guide هستند.

  3. درک تئوری پشت عناصر:

    • تفاوت بین المان‌های سرندیپیتی (Serendipity) و لاگرانژ (Lagrange) توضیح داده می‌شود.

  4. شناخت اصطلاحات مهم:

    • مانند: Reduced Integration, Hourglass Control, Volumetric Locking و Incompatible Mode Elements (مانند C3D8I).

😂 شوخی‌ها و ارجاعات فرهنگی

  • اشاره به المان‌هایی مانند:

    • R2D2 → تیر صلب (rigid beam)

    • R3D3 → مثلث صلب (rigid triangle)

    • MX1, MX2 → المان‌های غشایی خاص، با ارجاع به پادشاهان بایرن

    • DS3, DS4 → پوسته‌های حرارتی عجیب

    • SI → المان‌هایی که “خودبه‌خود ناپدید می‌شوند!”

  • کنایه به عدم وجود C3PO در آباکوس با شوخی «تخم‌مرغ عید پاک» نرم‌افزاری

📌 جمع‌بندی

  • انتخاب عنصر مناسب یک موضوع حیاتی در شبیه‌سازی است.

  • اگرچه کتابخانه‌ی آباکوس بسیار گسترده و پیچیده است، اما با تمرکز بر تعداد محدودی المان پرکاربرد و درک بهتر مفاهیم تئوریک و مستندات، می‌توان انتخاب‌های هوشمندانه‌تری داشت.

  • طنز و داستان‌گویی، ابزاری برای آموزش مفاهیم فنی خشک و پیچیده است.

🎯 راهنمای انتخاب المان در آباکوس (Abaqus Element Selection Guide)

✅ المان‌های قابل اطمینان برای مسائل کلی

  • C3D8R: خطی، شش‌وجهی، با انتگرال‌گیری کاهش‌یافته (Reduced Integration).
    🔹 مناسب برای استفاده هم در Abaqus Standard و هم Explicit.
    🔹 گزینه‌ی امن و منعطف در بسیاری از شرایط.
    🔹 باید مراقب قفل حجمی و آرتیفکت‌های hourglass باشید (با کنترل کیفیت مش مناسب).

🔶 المان‌های مرتبه دوم مفید

  • C3D20R: شش‌وجهی، مرتبه دوم، با انتگرال‌گیری کاهش‌یافته.
    ✔️ عملکرد بسیار خوب در Abaqus Standard
    ❌ در Abaqus Explicit قابل استفاده نیست
    ✔️ دقت بالا در مدل‌سازی تغییر شکل‌های بزرگ

  • C3D10: چهاروجهی، مرتبه دوم واقعی
    ✔️ مناسب برای هندسه‌های پیچیده
    ✔️ مناسب برای Abaqus Explicit
    ❌ گران‌تر از C3D8R
    ✔️ انتخاب توصیه‌شده برای مدل‌سازی‌های پیچیده سه‌بعدی با تغییرشکل زیاد

  • C3D10M: شبه‌مرتبه دوم، ساختاری شبیه به چند C3D8R چسبیده
    ❌ عملکرد ضعیف‌تر در هندسه‌های منحنی
    ❌ نه یک المان مرتبه دوم واقعی
    ❌ گران‌تر از چیزی که انتظار می‌رود

  • C3D10HS: هیبریدی، مخصوص مواد تقریباً تراکم‌ناپذیر
    ✔️ توزیع تنش سطحی بهتر
    ❌ در Abaqus Explicit در دسترس نیست

  • C3D8RH / C3D20RH / C3D10H: نسخه‌های هیبریدی برای مواد تراکم‌ناپذیر (مثل لاستیک)
    ✔️ راه‌حل دقیق برای جلوگیری از قفل حجمی
    ✔️ در صورت لزوم استفاده از فشار به عنوان متغیر اضافی

❗ نکات مهم در مدل‌سازی سازه‌های خاص

  • سازه‌های نازک و نیاز به چین‌خوردگی/فولدینگ:
    ❌ استفاده از المان پوسته توصیه نمی‌شود.
    ✅ از المان پیوسته با مش‌بندی دقیق استفاده کنید (مثلاً C3D10).

  • اجسام تقریباً صلب (Rigid):
    🔸 به جای مدل‌سازی ضخامت با المان پوسته یا غشایی → استفاده از R3D4 / R3D3 / M3D4R / SFM3D4R برای صرفه‌جویی
    🔸 اما بهترین حالت: استفاده از جسم صلب Solid و عدم انتزاع با پوسته برای دقت بهتر در تماس و جرم.

🧩 شبیه‌سازی پیچیده: برگرداندن لوله لاستیکی (Inversion of a Rubber Tube)

  • هدف: بررسی عملکرد آباکوس استاندارد و صریح در مدل‌سازی چین‌خوردگی‌ها

  • شرایط:

    • ماده: نئوهوک، تقریباً تراکم‌ناپذیر

    • المان: C3D10

    • شرایط مرزی: پین‌گذاری لبه بیرونی، جابه‌جایی کنترل‌شده داخلی

    • تماس: General Contact با اصطکاک

    • تکنیک‌ها: Self-contact، مقیاس‌بندی جرم در Explicit، گام شبه‌استاتیکی در Standard

  • نتیجه:

    • Abaqus/Standard و Abaqus/Explicit نتایج متفاوتی دارند (۴ تاخوردگی vs. 5 تاخوردگی)

    • علت: حساسیت شدید به تقارن عددی و نبود نقص هندسی (imperfection sensitivity)

🚫 عناصر نامناسب یا جایگزین‌شدنی

  • Spring/Dashpot Elements:
    ❌ توصیه نمی‌شود
    ✅ به جای آن، از عناصر Interface (مثل COH3D2) استفاده کنید که از سال ۲۰۰۱ در آباکوس موجودند.

📝 نتیجه‌گیری نهایی

  • برای بیشتر کاربردها، C3D8R امن‌ترین انتخاب است.

  • برای دقت بالاتر، C3D20R (Standard) یا C3D10 (Explicit) بهتر هستند.

  • در هندسه‌های منحنی یا پیچیده، از C3D10 واقعی استفاده کنید، نه نسخه M.

  • برای مواد تراکم‌ناپذیر، همیشه نسخه‌های هیبریدی H را در نظر بگیرید.

  • از المان‌های ساده صلب برای جلوگیری از پیچیدگی‌های تماس و جرم در پوسته‌ها استفاده کنید.

  • از المان‌های رابط برای جایگزینی فنر و دمپر بهره ببرید.

/توسط

۱۴-فناوری بدنه انعطاف‌پذیر Abaqus و Simpack و The Abaqus and Simpack Flexible Body Technology

-۱۴ The Abaqus and Simpack Flexible Body Technology

چکیده

برخلاف روش‌های المان محدود با وضوح بالا، یکی از نقاط قوت مدل‌های سیستم چندجسمی، توصیف سیستم‌های مکانیکی پیچیده با تعداد نسبتاً کمی از درجات آزادی است که منجر به تلاش محاسباتی کم می‌شود. این امر برای تجزیه و تحلیل انواع مختلف طراحی ضروری است. از این رو، ادغام مدل‌های ساختاری ساخته شده در Abaqus در مدل‌های سیستم چندجسمی Simpack نیاز به استفاده از تکنیک‌های مدل‌سازی مرتبه کاهش‌یافته دارد. سطوح مختلف دقت مدل‌سازی، تعادل بهینه بین زمان محاسبه و عمق نتایج حاصل را ممکن می‌سازد. این تکنیک‌ها از مدل‌سازی میدان جابجایی خطی بر اساس بردارهای حالت جابجایی از طریق مدل‌های مرتبه کاهش‌یافته که اثرات جابجایی بزرگ را ثبت می‌کنند تا شبیه‌سازی همزمان با یک مدل غیرخطی Abaqus با اندازه کامل را شامل می‌شود. این ارائه برخی از این تکنیک‌های مدل‌سازی، مانند انتخاب خودکار حالت‌های جابجایی، انتخاب حالت برای تعاملات سطحی (نیروهای تماسی)، مونتاژ چندین مدل المان محدود کاهش‌یافته در یک جسم انعطاف‌پذیر واحد، کاهش غیرخطی پره روتور توربین بادی و در نهایت آماده‌سازی اجسام انعطاف‌پذیر خطی و بررسی‌های کیفی لازم در برنامه‌های سازه‌ای پلتفرم 3DEXPERIENCE را توضیح خواهد داد.

نکات برجسته:

شبیه‌سازی واقع‌گرایانه سیستم‌های مکانیکی شامل انعطاف‌پذیری سازه‌ای
محاسبه خستگی و استحکام با در نظر گرفتن زمینه یک سیستم مکانیکی و سناریوهای شبیه‌سازی واقع‌گرایانه
رفتار سازه‌ای غیرخطی در شبیه‌سازی‌های دینامیکی چندجسمی

Abaqus Simpack​​​​​​

سخنران
استفان دیتز | مدیر فناوری SIMULIA

ماموریت استفان دیتز، کاوش و در دسترس قرار دادن فیزیک چندمقیاسی جدید برای سازه‌ها و شبیه‌سازی حرکت، به منظور حفظ و گسترش فناوری موجود است. استفان رهبری تیم تحلیل بدنه انعطاف‌پذیر را بر عهده دارد که به Abaqus و حل‌کننده Simpack کمک می‌کند.

قبل از خرید Simpack AG توسط Dassault Systèmes، استفان مسئول مدیریت محصول، پشتیبانی مشتری و آموزش برای بدنه‌های انعطاف‌پذیر در کد سیستم چندجسمی Simpack بود. استفان در سال ۱۹۹۹ مدرک دکترا در مهندسی هوافضا دریافت کرد.

/توسط

۱۳-ویرایش فایل ورودی Abaqus با پایتون و inpR و Abaqus Input File Editing with Python and inpR

۱۳-Abaqus Input File Editing with Python and inpR

چکیده
​​​​​​​​

پیش‌پردازنده‌های تولید فایل‌های ورودی Abaqus (مانند پلتفرم 3DEXPERIENCE، Abaqus/CAE یا ابزارهای شخص ثالث) اغلب از همه ویژگی‌های حل‌کننده Abaqus پشتیبانی نمی‌کنند یا ممکن است از نیازها و رویکردهای خاص مشتری پشتیبانی نکنند. برای رفع چنین محدودیت‌هایی، کاربران Abaqus اغلب یا به صورت دستی یک فایل ورودی Abaqus را ویرایش می‌کنند تا این ویژگی‌های از دست رفته را اضافه کنند یا اسکریپت‌هایی را برای خودکارسازی این ویرایش‌ها می‌نویسند. این فرآیندها می‌توانند زمان‌بر و مستعد خطا باشند، یا نیاز به سرمایه‌گذاری زمانی زیادی از سوی کاربر داشته باشند.

inpRW یک ابزار هسته پایتون برای تجزیه، اصلاح و نوشتن فایل‌های ورودی Abaqus است. این ابزار به کاربران اجازه می‌دهد تا بسیاری از وظایف ویرایش فایل ورودی خسته‌کننده را خودکار کنند و بسیاری از عملیات رایج در همه گردش‌های کاری ویرایش کلمات کلیدی از قبل برنامه‌ریزی شده‌اند. این ابزار اطلاعات موجود در فایل ورودی را سازماندهی می‌کند و توابعی را ارائه می‌دهد که به طور موثر داده‌های تجزیه شده را جستجو و پرس‌وجو می‌کنند. بیشتر کار خسته‌کننده‌ی خواندن و نوشتن در یک فایل ورودی، قبلاً در این ابزار انجام شده است که به کاربر اجازه می‌دهد تلاش‌های خود را بر جنبه‌های منحصر به فرد گردش‌های کاری خاص خود متمرکز کند.

این ابزار را می‌توان از طریق هر مفسر پایتون ۳.۷+ اجرا کرد و می‌توان آن را در ابزار ویرایش کلمات کلیدی 3DEXPERIENCE گنجاند. این گفتگوی فنی، مروری سطح بالا بر این ابزار و ویرایش کلمات کلیدی در 3DEXPERIENCE خواهد بود و شامل چند نمونه گردش کاری است که از این ابزار استفاده می‌کنند.

​​​​​​​​پایتون

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد inpRW به اینجا مراجعه کنید.

سخنران

اریک کین | متخصص فرآیند صنعت تحقیق و توسعه SIMULIA

اریک کین متخصص فرآیند صنعت تحقیق و توسعه SIMULIA در تیم گردش کار سازه‌ها در Dassault Systèmes است. او در فرآیند ساخت مدل برای شبیه‌سازی‌های سازه‌ای (با استفاده از پلتفرم 3DEXPERIENCE و Abaqus/CAE) و اسکریپت‌نویسی پایتون تخصص دارد. او دارای مدرک کارشناسی مهندسی مکانیک از دانشگاه سیدارویل است.

/توسط

۱۲-بهبودهای شبیه‌سازی سازه‌ها در R2024x و Structures Simulation Enhancements in R2024x

۱۲-Structures Simulation Enhancements in R2024x

چکیده

​​​​​​​​

حل‌کننده‌های المان محدود Abaqus، فناوری اصلی پشت قابلیت شبیه‌سازی سازه‌ای واقع‌گرایانه و پیشرو در کلاس 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، به‌روزرسانی‌ها و بهبودهای اخیر انجام شده در حل‌کننده‌های Abaqus و همچنین پیشرفت‌های حاصل شده در برنامه‌های سازه‌ای در پلتفرم 3DEXPERIENCE را پوشش خواهد داد.

نکات برجسته:

مروری بر پیشرفت‌های اخیر در حل‌کننده‌های Abaqus را بررسی کنید.

برخی از پیشرفت‌های جدید در پلتفرم 3DEXPERIENCE را که تجربه کاربری بهبود یافته‌ای را برای تحلیلگران ارائه می‌دهد، برجسته کنید.

اطلاعات به‌روز شده مربوط به رابط اسکریپت‌نویسی Abaqus

سخنران

جیمی ویت | مدیر متخصص فرآیند صنعت حمل و نقل و جابجایی

@Jamie WHEAT مدیر متخصص فرآیند صنعت در گروه SIMULIA IPS T&M است. او تقریباً ۲۰ سال سابقه کار در حوزه ساختاری دارد، از جمله ۱۳ سال کار در صنعت فرمول یک برای رد بول. او با فلسفه کارایی و به حداکثر رساندن راه‌حل‌های نوآورانه فناوری پیش می‌رود و در حرفه خود به شدت در ایجاد بهترین شیوه‌ها، بهینه‌سازی و مدیریت گردش کار با HPC مشارکت داشته است.

/توسط