آباکوس

نرم‌افزار آباکوس از جمله نرم‌افزاری‌های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزاء محدود (FEM) در بازار است. اسم و نشان این نرم‌افزار از لغت abacus در زبان انگلیسی به معنای چرتکه و (abax (ἄ در زبان یونانی به معنای تخته پوشیده شده با ماسه، گرفته شده‌است.
این نرم‌افزار محصول شرکت فرانسوی داسو سیستمز می‌باشد.
آباکوس قابلیت حل مسایل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده‌ترین مدلسازی غیر خطی را دارا می‌باشد. این نرم‌افزار دارای مجموعه المانهای بسیار گسترده‌ای می‌باشد که هر نوع هندسه‌ای را می‌توان توسط این المان‌ها مدل کرد. همچنین دارای مدل‌های رفتاری بسیار زیادی است که در مدلسازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک‌ها، پلیمرها، کامپوزیت‌ها، بتن مسلح، فومهای فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می‌سازد.
نظر به اینکه آباکوس یک ابزار مدلسازی عمومی و گسترده می‌باشد، استفاده از آن تنها محدود به تحلیل مسائل مکانیک جامدات (یعنی مسئله تنش - کرنش) نمی‌شود. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توان مسایل مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الکتریکی، اکوستیک، تراوش و پیزو الکتریک را مورد مطالعه قرار داد.
آباکوس با وجود اینکه مجموعه قابلیتهای بسیار گسترده‌ای را در استفاده از نرم‌افزار اختیار کاربر قرار می‌دهد، کار نسبتا ساده‌ای می‌باشد. پیچیده‌ترین مسایل را می‌توان به آسانی مدل کرد. به عنوان مثال مسایل شامل بیش از یک جزء را می‌توان با ایجاد مدل هندسی هر جزء و سپس نسبت داده رفتار ماده مربوطه به هر جزء و سپس مونتاژ اجزاء مختلف مدل کرد. در اغلب مدلسازی‌ها، حتی مدل‌های با درجه غیر خطی بالا، کاربر می‌بایست تنها داده‌های مهندسی نظیر هندسه مسئله، رفتار ماده مربوط به آن، شرایط مرزی و بارگذاری آن مسئله را تعیین کند. آباکوس در یک تحلیل غیر خطی، به‌طور اتوماتیک میزان نمو بار و رواداری‌های همگرایی را انتخاب و همچنین در طول تحلیل مقادیر آن‌ها را جهت دستیابی به یک جواب صحیح تعدیل می‌کند. در نتیجه کاربر به ندرت می‌بایست مقادیر پارامترهای کنترلی حل عددی مسئله را تعیین کند.
تاریخچه
ایده اصلی نرم‌افزار در تز دکترای دیوید هبیت در سال ۱۹۷۲ میلادی، تحت عنوان ”مکانیک محاسباتی بر پایه روش اجزای محدود“ در دانشگاه براون ارائه شد.
در سال ۱۹۷۸ آقای Hibitt به همراه ۲ شریک خود Karlsson و Sorenson شرکت HKS را تاسیس کردند و اولین ویرایش آباکوس را منتشر ساختند. در سال ۱۹۹۱ شرکت HKS حلگر ABAQUS/Explicit را هم به مجموعه نرم‌افزار اضافه کرد و نرم‌افزار اصلی خود را منتشر ساخت. سرانجام در سال ۱۹۹۹ اولین نسخه گرافیکی تحت عنوان ABAQUS/CAE به بازار عرضه شد. اولین نسخه گرافیکی ABAQUS 6.3 بود که شامل ۹ ماژول برای مدلسازی، حل و استخراج نتایج بود.
بخش‌های آباکوس
Abaqus/CAE که شامل محیطی برای طراحی و مدلسازی (پیش پردازش) و نمایش گرافیکی نتایج حاصل از تحلیل است.
نرم‌افزار آباکوس شامل ۴ بخش است:
Abaqus/Standard که یک تحلیل گر کلی بر مبنای روش اجزای محدود می‌باشد و از رویکرد انتگرال‌گیری ضمنی استفاده می‌کند.
Abaqus/Explicit که یک تحلیل گر خاص اجزای محدود می‌باشد و از رویکرد صریح برای انتگرال‌گیری استفاده می‌کند و برای حل سیستم‌های غیرخطی شامل مسائل تماس و در حالت بارگذاری گذرا کاربرد دارد.
Abaqus/CFD که یک نرم‌افزار تحلیل دینامیک سیالات است و از نسخه ۶٫۰ به بعد به این مجموعه نرم‌افزاری اضافه شد.
Abaqus/Electromagnetic که یک نرم‌افزار تحلیل مسائل الکترومغناطیس است.
همچنین این نرم‌افزار از زبان برنامه‌نویس منبع باز پایتون برای برنامه‌نویسی در داخل نرم‌افزار پشتیبانی می‌کند. وجود امکان اسکریپت نویسی در داخل نرم‌افزار، قابلیت‌های مدلسازی آن را دو چندان می‌کند.
یکی از مهمترین قابلیت‌های نرم‌افزار آباکوس نسبت به سایر نرم‌افزارهای اجزای محدود موجود، امکان تغییر و اضافه کردن به امکانات و کتابخانه‌های نرم‌افزار است. قابلیتی تحت عنوان «ساب روتین» نویسی که ابزاری بسیار قدرتمند برای کاربران حرفه‌ای می‌باشد. ساب روتین در واقع یک مجموعه کد است که توسط کاربر با استفاده از زبان برنامه‌نویسی فرترن برای کاربرد خاصی نوشته می‌شود. با استفاده از این قابلیت می‌توان مواردی نظیر تعریف مدل‌های رفتاری جدید، انجام بارگذاری‌های خاص و… را انجام داد.
مبانی نرم‌افزار آباکوس
یک تحلیل کامل در برنامه آباکوس معمولا از سه مرحله تشکیل شده‌است:
مرحله پیش پردازش
مرحله پردازش
مرحله پس پردازش
انواع پردازش در آباکوس به سه مرحله مطابق شکل زیر به وسیله تعدادی فایل با یکدیگر ارتباط دارند.
مرحله پیش پردازش (Abaqus/CAE)
در این مرحله شما باید مدل مسئله را ساخته و یک فایل ورودی آباکوس ایجاد کنید. مدل را معمولا می‌توان به صورت گرافیکی با استفاده از ABAQUS/CAE یا سایر پیش پردازنده‌ها ایجاد کرد یا می‌توان فایل ورودی آباکوس را با استفاده از یک ویرایشگر متن مثل Notepad ساخت.
مرحله پردازش (Abaqus Standard/Explicit)
پردازش که معمولا به صورت یک روند در پس زمینه اجرا می‌شود، مرحله‌ای است که در آن آباکوس استاندارد یا صریح مسئله عددی را که در مدل تعریف شده حل می‌کند. مثالهایی از خروجی تحلیل تنش عبارت است از تغییرمکانها و تنشهایی که در فایلهای باینری ذخیره می‌شود و برای مرحله پس از پردازش مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسته به پیچیدگی مسئله‌ای که باید تحلیل شود و قدرت رایانه‌ای که تحلیل را انجام می‌دهد، زمان تحلیل می‌تواند بین چند ثانیه تا چند روز طول بکشد.
مرحله پس پردازش (Abaqus/Viewer)
ارزیابی نتایج را می‌توان بعد از اتمام مرحله پردازش یعنی وقتی که تنشها تغییرمکانها و سایر متغیرهای اساسی محاسبه شده‌اند انجام داد. ارزیابی معمولا با استفاده از مدول بصری یا سایر پس‌پردازنده‌ها انجام می‌شود. مدول بصری داده‌های فایل خروجی باینری را می‌خواند و گزینه‌های متفاوتی مانند کانتورهای رنگی، انیمیشن، فرم تغییرشکل یافته یا نمایش داده‌ها به صورت نمودار برای نمایش نتایج دارد.
نرم افزارهایی با کاربرد مشابه
Code Aster (open source: GPL)
Advanced Simulation Library (open source: AGPL)
ANSYS
CalculiX
CLAWPACK
Code Saturne (GPL)
Coolfluid (LGPLv3)
COMSOL Multiphysics
deal.II
FEAP
FEATool Multiphysics
FreeCFD
Gerris Flow Solver
Nektar++
OpenFVM
SimScale
SU2 code (LGPL)
Nogrid points (proprietary software, )