دانشنامه تخصصی مهندسی ایران

دانشنامه تخصصی مهندسی ایران

 engpedia   راه اندازی کانال تلگرام ( EngPedia_ir@ )

                همراه با مطالب ویژه سایت بصورت رایگان

  • نسخه ۱۲.۱ نرم افزار Aveva Marine در سایت قرار گرفت. (اینجا)
  • نسخه ۱۰.۵۲ نرم افزار Plus 2D در سایت قرار گرفت. (اینجا)
  • نسخه ۱۱.۰ نرم افزار AGI Systems Tool Kit-STK در سایت قرار گرفت.(اینجا)

همکاران

المانها در ABAQUS

مدیریت فروردین ۲, ۱۳۹۳ 6375 بازدید ۱دیدگاه

Elements in Abaqus

نرم افزار ABAQUS/CAE محیط کاملی است که فضایی ساده و کاربر پسند برای ساختن مدل‌های آباکوس (ABAQUS)، انجام تحلیل و مشاهده و بررسی مراحل تحلیل و ارزیابی نتایج حاصل از شبیه سازی دارد.

نرم افزار ABAQUS/CAE به چندین ماژول تقسیم شده است و هر ماژول (module) بخشی از پروسه مدل‌سازی را بر عهده دارد. برای مثال ماژول‌هایی برای تعریف هندسه مدل، خصوصیات مصالح و تولید مش بندی اختصاص داده شده است. با انتقال از یک ماژول به ماژول دیگر و انجام عملیات مدل‌سازی مرتبط با آن ماژول و تکرار این کار تا آخرین ماژول، مدل اجزای محدود ساخته خواهد شد. وقتی که ساختن مدل به اتمام رسید، نرم افزار ABAQUS/CAE یک فایل ورودی می‌سازد و مدل ساخته شده را به بخش پردازشگر نرم افزار تحویل می‌دهد. پردازنده های استاندارد آباکوس و صریح آباکوس فایل ورودی را خوانده و تحلیل را انجام می‌دهد و در حین تحلیل پیام‌هایی را به ABAQUS/CAE انتقال می‌دهد تا کاربر در جریان روند تحلیل قرار گیرد. سپس پایگاه داده اطلاعات خروجی ساخته می‌شود. در نهایت از ماژول Visualization برای خواندن از پایگاه داده اطلاعات خروجی و نمایش آن‌ها استفاده می‌شود.

المانهای پوسته ای

در حالتی که یکی از ابعاد مدل (ضخامت آن) در برابر دو بعد دیگر بسیار کوچک‌تر باشد و تنش‌ها در جهت ضخامت مدل قابل طرف نظر کردن باشد، از المان پوسته ای برای مدل‌سازی سازه ها استفاده می‌شود. سازه ای مانند یک مخزن فشار که ضخامت آن کمتر از ۰.۱ ابعاد دیگر آن است را می‌توان با استفاده از المان‌های پوسته ای مدل سازی کرد.

فرض می‌شود که در المان‌های پوسته ای آباکوس مقاطع صفحه ای عمود بر صفحه پوسته به صورت صفحه باقی می‌ماند. در بکار گیری المان‌های پوسته ای ضخامت المان لزوماً نباید کمتر ۰.۱ ابعاد آن المان باشد. در یک مش بندی خیلی ریز ممکن است ضخامت یک المان حتی از دو بعد دیگر آن بیشتر باشد، هرچند که این مورد به طور عمومی توصیه نمی‌شود و بهتر است در این حالت از المان‌های سه بعدی استفاده نمود.

 با توجه به مهم بودن نوع تکنیک مش بندی و نیز نوع المان مورد استفاده ، کاربر می بایست اطلاعات بیشتری در زمینه المان ها داشته باشد.از این رو در این بخش ابتدا به بیان و یژگی های یک المان و توضیحات تئوریک می پردازیم و نحوه پیاده سازی مطالب گفته شده را در محیط Mesh  بررسی خواهیم کرد.

طیف وسیعی از المان ها در اباکوس قابل استفاده است که از این جهت توانایی بسیار زیادی را به کاربر می دهد تا بتواند انواع مختلف مسایل را مدل کرده و تحلیل نماید. در این قسمت با ویژگی های یک المان که رفتار آن را معین می سازند آشنا می شویم.

 

هر المان دارای پنج ویژگی زیر است:

ü     خانواده

ü     درجات آزادی که مستقیما به خانواده المان بستگی دارد

ü     تعداد گره ها

ü     روش فرمول بندی

ü     روش انتگرال گیری

 هر المان در اباکوس دارای یک اسم منحصر به فرد می باشد، مانند S4R یا T2D2 یا C3D8I. نام یک المان بیانگر تمامی پنج خاصیت آن است. حال به بررسی هر یک از ویژگی های بیان شده می پردازیم.

خانواده

در شکل زیر انواع خانواده های المان هایی که در مسایل تحلیل تنش کاربرد دارند را مشاهده می کنید.

abaqus

یکی از تفاوت های اصلی المان های دو خانواده با هم نوع هندسه المان ها آن خانواده ها می باشد. در ادامه با ویژگی های چند خانواده از المانهای فوق آشنا می گردید.

اولین حرف یا حروفی که در نام یک المان مشاهده می شود بیانگر خانواده آن المان است. برای مثال در المان S4R حرف s بیانگر این است که این المان از خانواده Shell می باشد باشد و نیز در خصوص المان C3D8I حرف C بیانگر این است که این المان از خانواده Continuum می باشد.

درجات آزدای

درجات آزادی در واقع متغیر های اصلی می باشند که در هنگام تحلیل محاسبه می گردند.برای یک مدل سازی تنش، تغییر مکان درجات آزادی اصلی تغییر مکان های گره ها می باشند. در خصوص المان های Shell و Beam دوران در گره ها نیز از درجات آزادی است. در یک مدلسازی انتقال حرارت درجات آزادی عبارت اند از دمای گره ها. بنابراین مشخص می گردد که برای یک تحلیل انتقال حرارتی باید المانهای متفاوت با المان های یک تحلیل تنش استفاده کرد. سیستم عدد گذاری زیر برای نمایش دادن درجات آزادی در اباکوس استفاده می شود:

۱      تغییر مکان در جهت ۱

۲      تغییر مکان در جهت ۲

۳      تغییر مکان در جهت ۳

۴      دوران حول محور ۱

۵      دوران حول محور ۲

۶      دوران حول محور ۳

۷      پیچش در مقطه یک المان Beam

۸      فشار آکوستیکی با خالص

۹      پتانسیل الکتریکی

۱۱    دما برای المان های Continuum یا در اولین نقطه در جهت ضخامت یک المان Shell یا Beam

+۱۲  دما در دیگر نقاط ضخامت یک المان Shell یا Beam

 

در خصوص المان های Axisymmetric نماد ها متفاوتند. در این المان ها تغییر مکان ها و دوران ها به شرح زیر نماد گذاری می شوند:

۱      تغییر مکان در جهت r

۲      تغییر مکان در جهت z

۳      دوران در صفحه rz

جهات r و z به ترتیب جهت های شعاعی و محوری می باشند.

تعداد گره ها مرتبه میانیابی

تغییر مکان ها، دوران ها، دما و سایر درجات آزادی اشاره شده در قسمت قبل تنها در گره های یک المان محاسبه می گردند. در هر نقطه دیگر داخل المان تغییر مکان را می بایست از روی مقادیر گرهی میانیابی کرد. معمولا مرتبه این میانیابی از روی تعداد گره های یک المان تعیین می گردد.المان هایی که فقط در گوشه های خود دارای گره می باشند ، مانند المان C3D8 که در شکل زیر نشان داده شده است، از میان یابی خطی در هر جهت استفاده می کنند و از این رو المان های خطی و یا مرتبه اول نامیده می شوند. المان هایی که دارای گره در وسط هر لبه خود می باشند، مانند المان C3D20 نشان داده شده در شکل، از میان یابی سهموی استفاده می کنند و از این رو المان های سهموی و یا مرتبه دوم نام گرفته اند.

abaqus

معمولا تعداد گره های یک المان در نام آن قید می شود. همانگونه که مشاهده می کنید المان هشت گرهی خطی بالا دارای نام C3D8 که می باشد که رقم ۸ در انتهای آن بیانگرد تعداد گره های آن می باشد. این نوع نماد گذاری برای بعضی خانواده ها اندکی متفاوت است. به عنوان مثال در خصوص المان های Beam تعداد گره ها در نام به این صورت می آید. لمان B31 یک المان مرتبه اول سه بعدیست و المان B32 یک المان مرتبه دوم سه بعدیست.

فرمولبندی

فرمولبندی یک المان به تئوری ریاضی تعیین رفتار المان باز می گردد. همه المان های مورد استفاده در تحلیل های تنش- تغییر مکان از فرمولبندی لاگرانژی یا جرم کنترل استفاده می کنند. دراین نوع فرمولبندی ماده داخل المان تا انتهای تحلیل داخل المان باقی می ماند و نمی تواند از مرز المان خارج شود. در حالت مقابل فرمولبندی اویلری یا دیدگاه حجم کنترل وجود دارد که در آن المان در فضا ثابت است و ماده از داخل آن جریان پیدا می کند. اباکوس از این نوع فرمولبندی برای مدل کردن مسایل انتقال حرارت استفاده می کند.

برای اینکه بتوان انواع مختلف رفتار مواد را توصیف کرد، بعضی از خانواده المان ها از چندین کلاس متفاوت فرمولبندی استفاده می کنند. به عنوان مثال خانواده المان Shell دارای سه کلاس می باشد: یکی با فرمولبندی عمومی مثل سایر المانها، یکی با فرمولبندی مخصوص پوسته های نازک و دیگری با فرمولبندی مخصوص پوسته های ضخیم.

بعضی از المان ها علاوه بر فرمولبندی استاندارد، از نوعی فرمولبندی دیگر نیز استفاده می کنند. این نوع المان ها در انتهای نام خود دارای کاراکتری می باشند که بیانگر فرمولبندی آنها می باشد. به عنوان مثال خانواده های Truss و Beam ،Continuum دارای المان هایی با فرمولبندی هیبرید می باشند که در آن فشار (برای المانهای continuum ) و نیروی محوری ( برای المانهای Truss و Beam) به عنوان یک مجهول اضافه در نظر گرفته می شود. این المانها با حرف H انتهای آنان شناخته می شوندمثل B31H و C3D8H .

فرمولبندی بعضی المانها به گونه ایست که می توان از آنها در تحلیل های کوپله استفاده کرد. برای مثال المانهایی که با حرف C آغاز و با حرف T به پایان می رسند مثل C3D8T دارای هر دو نوع درجات آزادی مکانیکی و حرارتی می باشند و برای تحلیل های مرکب از بار گذاری مکانیکی و حرارتی استفاده می شوند.

 

انتگرال گیری

آباکوس از روشهای عددی  جهت انتگرال گیری کمیت های مختلف در حجم یک المان استفاده می کند. آباکوس رفتار ماده را در هر Integration Point یک المان با استفاده از روش مربع سازی گوس محاسبه می کند.در صورتی که از المان های continuum استفاده شود، می بایست از دو گزینهFull Integration  و Reduced Integration یکی انتخاب شود. این انتخاب تاثیر به سزایی در دقت حل مساله دارد.

المان هایی که انتگرال گیری آنها از نوع Reduced می باشد در انتهای نام خود دارای حرف R می باشند.  این المانها دارای فرمولبندی هیبریدی می باشند و در انتهای نام آنها RH قرار دارد. برای مثال CAX4 یک المان Full Integration خطی تقارن محوری continuum و CAX4R از نوع Reduced Integration می باشد.

 

مطالب مرتبط
نظرات شما باعث دلگرمی و پیشرفت ما می شود.

telegram: @EngPedia_ir

یک پاسخ به “المانها در ABAQUS”

  1. محمدمهدی گفت:

    با سلام
    مطلب خیلی کاربردی و مفیدی بود
    خیلی ممنون

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *