فصل 1: معرفی نرم‌افزار Abaqus و کاربردهای آن در مهندسی

Abaqus یکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهای تحلیل اجزای محدود (Finite Element Analysis) است که برای مدل‌سازی، تحلیل و شبیه‌سازی انواع مسائل مکانیک جامدات، سیالات و ترکیبی از این دو در مقیاس‌های مختلف به کار می‌رود. این نرم‌افزار توسط شرکت Dassault Systèmes توسعه یافته و مجموعه‌ای از ابزارهای پیشرفته برای طراحی، تحلیل خطی و غیرخطی، تحلیل حرارتی، دینامیکی و شکست در اختیار کاربر قرار می‌دهد. Abaqus هم در صنایع هوافضا، خودروسازی، عمران و مکانیک کاربرد گسترده دارد و به‌خصوص برای مسائل پیچیده‌ای که نیازمند مدل‌سازی رفتارهای غیرخطی مصالح، تماس پیچیده بین المان‌ها و هندسه پیچیده هستند، بسیار مناسب است. ویژگی متمایز این نرم‌افزار در مقایسه با دیگر نرم‌افزارهای FEA، دقت بالای نتایج و تنوع گسترده المان‌ها و حلگرهاست. Abaqus شامل دو بخش اصلی Abaqus/Standard برای تحلیل‌های ضمنی (Static/Implicit) و Abaqus/Explicit برای تحلیل‌های دینامیکی سریع (Dynamic/Explicit) است. داشتن آشنایی کامل با این دو بخش به مهندس کمک می‌کند تا بسته به نیاز پروژه، بهترین روش تحلیل را انتخاب کند. همچنین Abaqus از اسکریپت‌نویسی با زبان Python پشتیبانی می‌کند که باعث خودکارسازی فرآیندها و افزایش بهره‌وری در پروژه‌های بزرگ خواهد شد.

فصل 2: آشنایی با محیط کاربری Abaqus/CAE

Abaqus/CAE یا Complete Abaqus Environment محیط گرافیکی اصلی نرم‌افزار است که شامل تمام مراحل ایجاد مدل، تحلیل و نمایش نتایج می‌شود. این محیط از چندین ماژول تشکیل شده که هرکدام وظیفه خاصی دارند: ماژول Part برای ایجاد هندسه، ماژول Property برای تعریف مصالح و مقاطع، ماژول Assembly برای مونتاژ قطعات، ماژول Step برای تعریف مراحل تحلیل، ماژول Interaction برای تعریف تماس‌ها و شرایط مرزی پیچیده، ماژول Load برای اعمال بار، ماژول Mesh برای تولید شبکه اجزای محدود، و ماژول Job برای تنظیم و اجرای تحلیل. ابزارهای Abaqus/CAE دارای قابلیت Drag & Drop، نماهای گرافیکی سه‌بعدی، و نوار ابزارهای اختصاصی هستند که کاربر را در ایجاد مدل‌های دقیق همراهی می‌کنند. آشنایی با Shortcutها و منوهای Context می‌تواند سرعت کار را به شکل قابل توجهی افزایش دهد. علاوه بر این، Abaqus/CAE قابلیت Import هندسه از نرم‌افزارهای CAD مانند SolidWorks یا CATIA را دارد که باعث می‌شود فرآیند مدل‌سازی از صفر ساده‌تر و سریع‌تر شود.

فصل 3: ایجاد هندسه و مدل‌سازی قطعات

مدل‌سازی هندسه یکی از مهم‌ترین مراحل در Abaqus است زیرا کیفیت و دقت تحلیل به طور مستقیم به صحت هندسه بستگی دارد. Abaqus/CAE امکان ایجاد هندسه دوبعدی و سه‌بعدی را با استفاده از ابزارهای Sketch و ابزارهای سه‌بعدی مانند Extrude، Revolve، Sweep و Loft فراهم می‌کند. با استفاده از Sketch می‌توان مقاطع پیچیده را با ترسیم خطوط، کمان‌ها و منحنی‌ها تعریف کرد و سپس با ابزارهای سه‌بعدی حجم ایجاد نمود. بهینه‌سازی هندسه شامل حذف جزئیات غیرضروری و استفاده از تقارن‌ها می‌تواند حجم محاسبات را کاهش دهد و زمان حل را بهبود بخشد. همچنین در Abaqus می‌توان چندین Part را به صورت مجزا ایجاد و در ماژول Assembly مونتاژ کرد. در برخی پروژه‌ها نیاز است که از هندسه وارد شده از نرم‌افزارهای CAD استفاده شود که با فرمت‌هایی مانند STEP و IGES این امکان وجود دارد. آشنایی با استراتژی‌های مدل‌سازی و ساده‌سازی هندسه، نقش کلیدی در موفقیت تحلیل دارد.

فصل 4: تعریف خواص مصالح و رفتار مواد

در Abaqus، ماژول Property مسئول تعریف خواص مصالح و مقاطع است. کاربر ابتدا باید ماده (Material) را تعریف کرده و سپس خواص مکانیکی، حرارتی یا سایر ویژگی‌های مورد نیاز را وارد کند. برای مواد الاستیک خطی، پارامترهای اصلی شامل مدول یانگ (E) و ضریب پواسون (ν) هستند. برای مواد غیرخطی، Abaqus امکان تعریف رفتار پلاستیک، ویسکوالاستیک، هیپرالاستیک و شکست را فراهم می‌کند. این ویژگی اجازه می‌دهد تا رفتار واقعی مصالح (مانند بتن، فولاد، پلیمر یا کامپوزیت) با دقت زیاد شبیه‌سازی شود. علاوه بر تعریف ماده، ایجاد Section و نسبت دادن آن به قطعه یا اجزای مدل ضروری است. Abaqus قابلیت مدل‌سازی خواص وابسته به دما، کرنش و نرخ کرنش را نیز دارد. همچنین می‌توان جداول تست آزمایشگاهی را برای تعریف رفتار تنش-کرنش وارد کرد تا تحلیل‌ها به واقعیت نزدیک‌تر شوند.

فصل 5: مونتاژ قطعات و آماده‌سازی مدل

پس از ایجاد اجزای مدل و تعریف خواص مصالح، باید قطعات را در ماژول Assembly مونتاژ کرد. در این مرحله موقعیت قطعات نسبت به یکدیگر تعیین می‌شود و در صورت نیاز از قیدهای مونتاژی (Constraints) مانند Translational یا Rotational استفاده می‌شود. Abaqus دو روش مونتاژ را ارائه می‌دهد: مونتاژ وابسته (Dependent) که تغییرات Part به‌صورت مستقیم روی Assembly اعمال می‌شود، و مونتاژ مستقل (Independent) که از نسخه کپی‌شده و جداگانه استفاده می‌کند. برخی پروژه‌ها نیاز به استفاده از Instanceهای چندگانه از یک Part دارند که می‌تواند زمان مدل‌سازی را کاهش دهد. در این مرحله باید بررسی کرد که تمام قطعات در موقعیت درست قرار دارند و هیچ تداخل هندسی وجود ندارد. چیدمان صحیح مدل و تعریف درست قیدهای مونتاژی بر کیفیت مش و نتایج تحلیل تاثیر مستقیم دارد.

فصل 6: تعریف مراحل تحلیل (Steps) در Abaqus

در ماژول Step، کاربر نوع تحلیل و شرایط زمانی آن را مشخص می‌کند. در Abaqus دو گروه کلی از مراحل تحلیل وجود دارد: تحلیل‌های ضمنی (Implicit) برای مسائل استاتیکی یا نیمه‌استاتیکی، و تحلیل‌های صریح (Explicit) برای مسائل دینامیکی با سرعت‌بالا یا تغییرشکل‌های بزرگ. هر Step می‌تواند شامل بارگذاری ثابت، افزایش تدریجی بار، یا اعمال تغییر در خواص مدل باشد. کاربر باید پارامترهایی مانند مدت زمان تحلیل، تعداد و اندازه گام‌های زمانی (Increments)، معیارهای همگرایی (Convergence) و کنترل عددی را به‌دقت تنظیم کند. همچنین امکان استفاده از چند Step متوالی وجود دارد، مثلاً برای اعمال پیش‌بارگذاری و سپس بار اصلی. این مرحله تعیین‌کننده رفتار پاسخ مدل به بارگذاری است و نیاز به دانش کافی از جزئیات تحلیل اجزای محدود دارد.

فصل 7: تعریف تماس‌ها و قیود در Abaqus

ماژول Interaction به کاربر اجازه می‌دهد تا انواع تماس‌ها (Contact) و قیود (Constraints) بین اجزای مدل را تعریف کند. تماس‌ها می‌توانند به‌صورت سطح-سطح (Surface-to-Surface)، نقطه-سطح (Point-to-Surface) یا گره-گره (Node-to-Node) تعریف شوند. Abaqus قابلیت مدل‌سازی تماس با اصطکاک (Frictional) یا بدون اصطکاک، همچنین لغزش محدود یا کامل را فراهم می‌کند. قیود مونتاژی مانند Tie، Coupling یا Equation نیز برای اتصال هندسه‌ها یا درجات آزادی مختلف استفاده می‌شوند. تعریف دقیق تماس‌ها برای تحلیل مسائل پیچیده مانند برخورد (Impact)، کمانش موضعی و رفتار غیرخطی مصالح حیاتی است. Abaqus الگوریتم‌های مختلف تماس مانند Penalty یا Kinematic را ارائه می‌دهد که انتخاب مناسب آن‌ها بر دقت و پایداری تحلیل تاثیرگذار است.

فصل 8: اعمال بارها و شرایط مرزی

در ماژول Load، انواع بارگذاری‌ها و شرایط مرزی (Boundary Conditions) تعریف می‌شوند. بارها می‌توانند استاتیکی (Static)، دینامیکی (Dynamic)، حرارتی یا فشار سیال باشند. برای سازه‌ها، بارهای متمرکز، توزیع‌شده، گرانشی یا اینرسی متداول هستند. شرایط مرزی برای محدود کردن درجات آزادی گره‌ها به کار می‌روند، مانند گیره کامل (Encastre) یا قید جابجایی در یک یا چند جهت. Abaqus امکان تعریف بارهای وابسته به زمان یا وابسته به Step را دارد و می‌توان از جداول و توابع برای تعریف الگوهای بارگذاری پیچیده استفاده کرد. تعریف درست بار و قید مرزی، تضمین‌کننده پایداری مدل و نتایج واقع‌بینانه‌تر خواهد بود.

فصل 9: مش‌بندی (Meshing) و انتخاب نوع المان

ماژول Mesh مسئول تولید شبکه اجزای محدود برای مدل است. انتخاب مش مناسب تعادلی بین دقت و هزینه محاسبات ایجاد می‌کند. Abaqus انواع المان‌های دوبعدی، سه‌بعدی، پوسته‌ای (Shell)، تیر (Beam) و المان‌های ویژه تماس را ارائه می‌کند. بخش مهمی از کیفیت تحلیل به انتخاب اندازه المان، نوع المان (C3D8، C3D4، S4R و غیره) و تکنیک مش‌بندی بستگی دارد. مش خیلی درشت ممکن است دقت را کم کند، و مش خیلی ریز باعث افزایش زمان تحلیل می‌شود. Abaqus ابزارهایی برای کنترل کیفیت مش، ریز کردن در نواحی بحرانی و استفاده از مش تطبیقی (Adaptive Meshing) دارد. همچنین کاربران حرفه‌ای اغلب با انجام آنالیز حساسیت اندازه مش، بهینه‌ترین حالت را برای مدل پیدا می‌کنند.

فصل 10: اجرای تحلیل و مدیریت شغل‌ها (Jobs)

در ماژول Job، کاربر فایل ورودی تحلیل را ایجاد و اجرا می‌کند. هر Job شامل تنظیمات فایل، مسیر ذخیره‌سازی نتایج و پارامترهای اجرای حلگر است. Abaqus به‌صورت داخلی فرآیند حل (Solver) را اجرا کرده و در پنجره Monitor پیشرفت تحلیل، زمان باقیمانده، تعداد مراحل و وضعیت همگرایی را نمایش می‌دهد. در صورت بروز خطا یا هشدار، کاربر باید گزارش پیام‌ها (Message File) و فایل Log را بررسی کند تا مشکل شناسایی و رفع شود. امکان اجرای موازی (Parallel Processing) برای سرعت‌بخشیدن تحلیل در سیستم‌های چند‌هسته‌ای یا خوشه‌ای نیز وجود دارد. اجرای موفق تحلیل منوط به آماده‌سازی درست مدل، تعریف کامل پارامترها و مدیریت بهینه منابع محاسباتی است.

فصل 11: بررسی و تفسیر نتایج تحلیل

پس از اتمام اجرای Job، نتایج تحلیل در محیط Visualization ماژول Abaqus/CAE قابل مشاهده هستند. این بخش به کاربر امکان می‌دهد تا خروجی‌ها را به صورت گرافیکی (Contour Plots)، نمودارها (XY Plots)، جداول داده و انیمیشن‌ها بررسی کند. نتایج می‌توانند شامل جابجایی‌ها، تنش‌ها، کرنش‌ها، انرژی، یا متغیرهای تعریف‌شده کاربر باشند. تغییر مقیاس نمایش (Deformation Scale Factor) به کاربر کمک می‌کند تا تغییر شکل‌ها را بهتر درک کند. مقایسه نتایج با مقادیر تحلیلی یا آزمایشگاهی برای اعتبارسنجی مدل ضروری است. در تحلیل‌های پیچیده، بررسی نتایج مرحله‌به‌مرحله یا Frame به Frame اهمیت ویژه‌ای دارد.

فصل 12: استخراج خروجی‌های عددی و گزارش‌گیری

Abaqus امکان استخراج نتایج عددی در قالب فایل‌های متنی، CSV یا Excel را فراهم می‌کند. این خروجی‌ها می‌توانند برای پردازش‌های بعدی یا تحلیل‌های آماری مورد استفاده قرار گیرند. کاربر می‌تواند با استفاده از ابزار Field Output یا History Output نوع و محل داده‌ها را مشخص کند. Field Output معمولاً برای مشاهده توزیع پارامترها روی کل مدل استفاده می‌شود، در حالی که History Output برای داده‌های زمانی یا گره/المان خاص مناسب است. گزارش‌گیری ساختاریافته با درج جداول، نمودارها و تصاویر گرافیکی کمک می‌کند تا نتایج تحلیل به‌صورت علمی و قابل ارائه در پروژه‌ها یا مقالات باشد.

فصل 13: اعتبارسنجی مدل و کنترل همگرایی

اعتبارسنجی مدل شامل مقایسه نتایج با داده‌های واقعی و تحلیل حساسیت نسبت به پارامترهای مدل است. Abaqus ابزارهای گزارش همگرایی را در فایل پیام (Message) و پنجره Monitor ارائه می‌دهد. بررسی همگرایی در تحلیل‌های غیرخطی اهمیت بالایی دارد، چرا که عدم همگرایی ممکن است ناشی از انتخاب مش نامناسب، پارامترهای تماس غلط یا تعریف نادرست بارها و قیود باشد. در صورت مشکل همگرایی، کاربر می‌تواند از کاهش اندازه گام زمانی، بهبود کیفیت مش یا تغییر الگوریتم حلگر استفاده کند. کنترل دقیق این بخش ضامن تولید نتایج قابل اعتماد خواهد بود.

فصل 14: تحلیل خطی و غیرخطی

در Abaqus، تحلیل‌ها می‌توانند خطی (Linear) یا غیرخطی (Nonlinear) باشند. تحلیل خطی زمانی به کار می‌رود که روابط بین بار و پاسخ سازه در محدوده الاستیک باقی می‌ماند و تغییرات شکل کوچک هستند. تحلیل غیرخطی برای مدل‌سازی رفتار مصالح پلاستیک، تماس‌های پیچیده و تغییرشکل بزرگ استفاده می‌شود. نوع غیرخطی می‌تواند مصالحی (Material Nonlinearity)، هندسی (Geometric Nonlinearity) یا ناشی از شرایط مرزی باشد. انتخاب صحیح بین این دو نوع تحلیل نیازمند شناخت کامل رفتار سیستم تحت مطالعه است، چون تحلیل غیرخطی نسبت به خطی زمان و منابع محاسباتی بیشتری مصرف می‌کند.

فصل 15: تحلیل دینامیکی و شبه‌استاتیکی

تحلیل‌های دینامیکی در Abaqus برای شبیه‌سازی بارگذاری‌هایی که با زمان تغییر می‌کنند (مانند ضربه، زلزله یا ارتعاش) به کار می‌روند. Abaqus دو رویکرد برای تحلیل دینامیکی ارائه می‌دهد: Implicit Dynamics در Abaqus/Standard برای مسائل فرکانسی پایین و مدت زمان طولانی، و Explicit Dynamics در Abaqus/Explicit برای پدیده‌های با سرعت‌بالا و تغییرشکل بزرگ. همچنین تحلیل شبه‌استاتیکی (Quasi-static) حالتی است که تغییرات باری به اندازه کافی آهسته‌اند تا اثرات اینرسی ناچیز باشند. انتخاب رویکرد مناسب به ماهیت مساله و اهداف پروژه بستگی دارد و دقت در تنظیمات زمانی و میرایی (Damping) ضروری است.

فصل 16: تحلیل حرارتی در Abaqus

در Abaqus، تحلیل حرارتی به‌منظور شبیه‌سازی انتقال حرارت (Heat Transfer) در سازه‌ها و قطعات انجام می‌شود. این تحلیل می‌تواند به‌صورت پایدار (Steady-State) یا گذرا (Transient) باشد. در تحلیل پایدار، توزیع دما در طول زمان ثابت است، در حالی که در تحلیل گذرا تغییرات دما با گذشت زمان بررسی می‌شوند. ویژگی‌هایی مانند رسانایی حرارتی (Thermal Conductivity)، ظرفیت حرارتی ویژه (Specific Heat) و چگالی مصالح، نقش کلیدی در نتایج ایفا می‌کنند. Abaqus همچنین امکان تعریف شرایط مرزی حرارتی مانند دمای ثابت، شار حرارتی و همرفت (Convection) را فراهم می‌کند. تحلیل‌های حرارتی می‌توانند به‌صورت مستقل یا به‌صورت کوپل‌شده با تحلیل‌های مکانیکی انجام شوند تا اثرات انبساط یا انقباض حرارتی بر سازه نیز بررسی گردد.

فصل 17: تحلیل کوپل حرارتی-مکانیکی

تحلیل کوپل حرارتی-مکانیکی در Abaqus این امکان را می‌دهد که اثرات متقابل میدان دما و تغییرشکل مکانیکی بررسی شود. در این تحلیل، تغییرات دما باعث ایجاد تنش‌های حرارتی شده و همچنین تغییرشکل‌ها می‌توانند بر میدان دمایی اثر بگذارند (به‌خصوص در مسائل جریان یا اصطکاک). این نوع تحلیل در شبیه‌سازی‌هایی مانند فرآیندهای جوشکاری، شکل‌دهی فلزات و خمش تحت دما کاربرد دارد. پارامترهای حلگر در این روش باید دقیق تنظیم شود زیرا دو میدان دما و مکانیک به‌صورت هم‌زمان محاسبه می‌شوند. Abaqus قابلیت اجرای همزمان یا ترتیبی این کوپل را دارد که انتخاب آن به پیچیدگی مسأله و منابع محاسباتی بستگی دارد.

فصل 18: تحلیل کمانش (Buckling Analysis)

تحلیل کمانش در Abaqus برای پیش‌بینی بار بحرانی و رفتار سازه پس از گذر از این بار استفاده می‌شود. کمانش می‌تواند خطی (Eigenvalue Buckling) یا غیرخطی (Nonlinear Buckling) باشد. در روش خطی، ضرایب بار بحرانی از طریق حل مقادیر ویژه محاسبه می‌شوند، ولی این روش محدودیت‌هایی در پیش‌بینی رفتار پس از کمانش دارد. تحلیل غیرخطی که شامل Imperfection و مسیر بارگذاری واقعی است، نتایج دقیق‌تری ارائه می‌دهد. در Abaqus، امکان ترکیب تحلیل کمانش با دیگر تحلیل‌ها مانند حرارتی یا دینامیکی نیز وجود دارد. دقت در تعریف مش، Imperfection اولیه و بارگذاری برای گرفتن نتایج معتبر بسیار مهم است.

فصل 19: تحلیل مودال (Modal Analysis)

تحلیل مودال به‌منظور تعیین شکل‌مودها (Mode Shapes) و فرکانس‌های طبیعی یک سازه انجام می‌شود. این تحلیل در Abaqus بر اساس روش حل مقادیر ویژه (Eigenvalue Extraction) پیاده‌سازی شده است. نتایج شامل تعدادی مود ارتعاشی است که هر یک فرکانس و شکل‌کمان خاص خود را دارند. این اطلاعات برای ارزیابی رفتار دینامیکی سازه، طراحی مقاوم در برابر ارتعاشات یا جلوگیری از پدیده تشدید (Resonance) حیاتی است. کاربر باید تعداد مودهای مورد نیاز را تعیین کند و از مناسب بودن شرایط مرزی و مش‌بندی برای کسب نتایج دقیق اطمینان حاصل نماید. همچنین می‌توان این تحلیل را به‌صورت ورودی برای تحلیل‌های دینامیکی پیشرفته استفاده کرد.

فصل 20: تحلیل ضربه و برخورد (Impact & Contact Simulation)

یکی از کارهای قدرتمند Abaqus شبیه‌سازی برخورد و ضربه بین اجسام است. این تحلیل‌ها معمولاً در محیط Explicit انجام می‌شوند زیرا رفتار دینامیکی سریع و تماس‌های پیچیده را بهتر مدیریت می‌کنند. کاربر باید خواص تماس، ضرایب اصطکاک، میرایی و پارامترهای عددی مانند گام زمانی بسیار کوچک را به دقت تعریف کند. برخورد می‌تواند بین اجسام سخت (Rigid) یا نرم (Deformable) مدل‌سازی شود. کاربردهای این تحلیل شامل تست سقوط اجسام، برخورد خودروها، شبیه‌سازی پنجره‌های ضدگلوله یا بررسی خسارات ناشی از ضربات در هوافضا است. نتایج به‌صورت گرافیکی، شامل تغییرشکل‌ها، سرعت‌ها و تنش‌ها بعد از برخورد، قابل بررسی و استخراج هستند.

فصل 21: تحلیل خستگی (Fatigue Analysis)

تحلیل خستگی در Abaqus به منظور پیش‌بینی عمر قطعات تحت بارگذاری‌های سیکلی انجام می‌شود. این نوع بارگذاری حتی در مقادیر زیر حد تسلیم می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های ریز و در نهایت شکست قطعه شود. Abaqus مستقیماً ماژول خستگی اختصاصی ندارد اما می‌توان نتایج تنش و کرنش را از تحلیل‌های استاتیکی یا دینامیکی استخراج و در نرم‌افزارهای تخصصی خستگی مانند fe-safe که قابلیت یکپارچه‌سازی با Abaqus دارد پردازش کرد. پارامترهایی مانند عدد سیکل تا شکست (Nf)، نسبت بارگذاری (R-ratio) و منحنی‌های S-N یا ε-N در تعیین عمر خستگی حیاتی هستند. انتخاب مدل مناسب و استفاده از ضرایب اطمینان باعث افزایش دقت پیش‌بینی می‌شود.

فصل 22: مدل‌سازی مواد مرکب (Composite Materials)

مواد مرکب به دلیل نسبت مقاومت به وزن بالا در صنایع هوافضا، خودروسازی و دریایی کاربرد وسیعی دارند. Abaqus ابزارهای پیشرفته‌ای برای مدل‌سازی لایه‌ای (Laminate) و تعریف خواص مکانیکی هر لایه (مانند مدول الاستیسیته در راستاهای مختلف، ضریب پواسون و مقاومت برشی) فراهم می‌کند. قابلیت تعریف چیدمان الیاف (Fiber Orientation) و مدل‌سازی رفتار شکست لایه‌ای از ویژگی‌های مهم این ماژول است. همچنین می‌توان از معیارهای شکست هاشین (Hashin) یا Puck برای پیش‌بینی آسیب استفاده کرد. تحلیل دقیق نیازمند مش‌بندی مناسب و در نظر گرفتن اثرات تماس بین لایه‌ای و دلامینیشن است.

فصل 23: شبیه‌سازی فرآیند جوشکاری

فرآیند جوشکاری شامل توزیع حرارت بالا، انبساط و انقباض حرارتی و تغییرات ریزساختار است که Abaqus قابلیت مدل‌سازی آن را دارد. در این تحلیل، ابتدا توزیع منبع حرارت (Heat Source) بر اساس مدل‌هایی مانند گلدکمپ (Goldak) تعریف می‌شود. سپس تحلیل حرارتی گذرا برای توزیع دما در طول عملیات اجرا شده و نتایج آن به تحلیل مکانیکی کوپل می‌شود تا تنش‌های پسماند و تغییر شکل‌ها محاسبه گردند. تعریف دقیق خصوصیات وابسته به دما و جدول هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی و ضرایب انبساط، برای نتایج واقع‌گرا ضروری است. این تحلیل در پیش‌بینی اعوجاج و بهینه‌سازی توالی جوشکاری بسیار مفید است.

فصل 24: مدل‌سازی شکست و ترک‌خوردگی

مدل‌سازی شکست در Abaqus می‌تواند به صورت مکانیک شکست خطی الاستیک (LEFM)، مکانیک شکست الاستوپلاستیک یا مدل‌های آسیب (Damage Models) انجام شود. این بخش برای پیش‌بینی شروع، رشد و گسترش ترک‌ها کاربرد دارد. کاربر می‌تواند از المان‌های Cohesive یا XFEM (Extended Finite Element Method) برای شبیه‌سازی ترک استفاده کند بدون آنکه نیاز به مش‌بندی مجدد داشته باشد. تعریف معیارهای شکست (مانند توانایی جذب انرژی یا تنش بحرانی) و نحوه نرم شدن مصالح پس از شکست (Softening) برای دقت نتایج حیاتی است. این روش‌ها در تحلیل سازه‌های تحت بارهای تصادفی یا خستگی نیز به کار می‌روند.

فصل 25: تحلیل‌های چندفیزیکی (Multiphysics)

تحلیل چندفیزیکی به شبیه‌سازی همزمان چند پدیده فیزیکی مانند حرارت، مکانیک، الکترومغناطیس و جریان سیالات گفته می‌شود. Abaqus به صورت مستقیم برخی کوپل‌ها مانند حرارتی-مکانیکی و ساختاری-جریان سیال (با استفاده از قابلیت‌های Fluid-Structure Interaction) را پشتیبانی می‌کند. برای مسائلی که نیاز به فیزیک‌های پیچیده‌تر دارند، می‌توان Abaqus را با سایر نرم‌افزارها مانند STAR-CCM+، Ansys Fluent یا CST یکپارچه نمود. این رویکرد در شبیه‌سازی‌هایی مانند ترمز خودرو (گرمایش اصطکاکی + تغییر شکل) یا هدایت حرارتی در تجهیزات الکتریکی زیر بار بسیار موثر است. تنظیم پارامترها و ترتیب اجرای تحلیل‌ها اهمیت ویژه‌ای برای جلوگیری از خطا دارد.

فصل 26: بهینه‌سازی سازه‌ها در Abaqus

بهینه‌سازی در Abaqus با هدف یافتن طرحی انجام می‌شود که وزن، هزینه یا مصرف انرژی را کاهش دهد و در عین حال معیارهای ایمنی و عملکردی برآورده شوند. در این فرآیند می‌توان از روش‌های بهینه‌سازی سایه‌زنی (Shape Optimization)، توپولوژی (Topology Optimization) و اندازه (Sizing Optimization) استفاده کرد. Abaqus با ماژول TOSCA Structure امکان انجام بهینه‌سازی مستقیم بر روی مدل اجزای محدود را فراهم می‌کند. کاربر باید قیود هندسی، شرایط مرزی و معیارهای هدف را به وضوح تعریف کند. پس از انجام بهینه‌سازی، نتایج به صورت هندسه جدید یا پیشنهاد تغییرات در مدل ارائه می‌شوند که می‌تواند در فرآیند طراحی نهایی اعمال شود.

فصل 27: شبیه‌سازی فرآیندهای تولید

فرآیندهای تولید مانند ریخته‌گری، شکل‌دهی غلتکی، اکستروژن و پرسکاری را می‌توان در Abaqus مدل‌سازی کرد تا اثر پارامترهای فرآیند بر کیفیت محصول پیش‌بینی شود. برای این کار، ابتدا باید مدل سه‌بعدی ابزار و قطعه تعریف و شرایط تماس و اصطکاک تنظیم گردد. سپس شرایط ترمومکانیکی فرآیند، مانند جریان مواد و تغییرات دما، در شبیه‌سازی لحاظ می‌شود. انتخاب المان‌های مناسب (C3D8R، S4R و غیره)، تنظیم نرخ تغییرشکل و در نظر گرفتن تغییر خواص ماده با دما از عوامل کلیدی در دقت این‌گونه تحلیل‌ها هستند. این شبیه‌سازی‌ها به کاهش هزینه آزمایش‌های واقعی و بهینه‌سازی خط تولید کمک می‌کنند.

فصل 28: ماژول CFD در Abaqus

Abaqus دارای قابلیت‌های محاسبات دینامیک سیالات (CFD) است که به کاربر اجازه می‌دهد جریان سیال را در تعامل با سازه تحلیل کند. این قابلیت به‌ویژه در شبیه‌سازی‌های کوپل ساختاری-سیالی (FSI) کاربرد دارد. کاربر می‌تواند شرایط ورودی و خروجی سیال، ویسکوزیته، چگالی و شرایط مرزی دیواره‌ها را تعریف کند. اگرچه Abaqus CFD نسبت به نرم‌افزارهای تخصصی CFD (مانند Fluent یا OpenFOAM) محدودتر است، اما برای مسائل FSI که نیاز به یکپارچگی کامل با تحلیل مکانیکی دارند گزینه‌ای قدرتمند محسوب می‌شود. این ماژول امکان شبیه‌سازی جریان‌های لزج، تراکم‌پذیر و چندفازی را نیز دارد.

فصل 29: برنامه‌نویسی و اسکریپت‌نویسی در Abaqus

یکی از نقاط قوت Abaqus قابلیت سفارشی‌سازی و اتوماسیون وظایف با استفاده از زبان Python است. با استفاده از اسکریپت‌های Python می‌توان مدل‌سازی، تحلیل و پردازش نتایج را خودکار کرد. این قابلیت برای پروژه‌های بزرگ که نیاز به تغییرات تکراری در مدل دارند بسیار ارزشمند است. کتابخانه‌های داخلی Abaqus Scripting Interface همراه با API قدرتمند به کاربر اجازه می‌دهند تمام اجزای مدل از قبیل هندسه، مش، بارگذاری و خروجی‌ها را کنترل کند. همچنین می‌توان گزارش‌ها و نمودارهای دلخواه را مستقیماً از داده‌های تحلیل تولید نمود.

فصل 30: مدیریت و تفسیر نتایج

تحلیل بدون تفسیر دقیق نتایج ارزشی ندارد. در Abaqus، نتایج به صورت خروجی‌های کامل (ODB Files) ذخیره می‌شوند که شامل همه اطلاعات تنش، کرنش، تغییر شکل و انرژی هستند. کاربر می‌تواند از Abaqus/Viewer برای بررسی گرافیکی، ایجاد برش‌های مقطعی، انیمیشن‌سازی تغییر شکل‌ها و تولید نمودارها و جداول استفاده کند. توجه به مقیاس‌های نمایش، بررسی نقاط بحرانی و صحت‌سنجی اعداد با نتایج آزمایشگاهی یا تجربی برای جلوگیری از برداشت نادرست حیاتی است. مستندسازی این نتایج، با تصاویر و جداول واضح، بخش مهمی از فرآیند طراحی و تحلیل مهندسی به شمار می‌رود.