۴-۱ مقدمه
همان طور که پیش تر اشاره شد در این تحقیق از روش مدل المان محدود جهت تحلیل و بررسی مسئله استفاده شده است. به این منظور جهت مدل سازی نرم افزار Abaqus انتخاب شده که بر اساس روش المان محدود ایجاد شده و نرم افزاری بسیار توانمند است.
مدل ایجاد شده به کمک این نرم افزار شامل سه بخش اصلی سد، مخزن و فونداسیون می شود. هر یک از این بخش ها به شکل مناسب مش بندی شده اند و به آنها المان های مناسب تخصیص داده شده است. تاثیر متقابل این بخش ها بر روی یکدیگر از جمله فرضیات مدل تهیه شده توسط نرم افزار Abaqus است. همچنین شرایط مرزی خاص سیستم در تحلیل های دینامیکی و استاتیکی به شکل مناسب در این مدل لحاظ شده است.
در ادامه مشخاصات نرم افزار مورد استفاده و ویژگی های سیستم و مشخصات مدل شرح داده شده است.
۴-۲ نرم افزار المان محدود Abaqus
4-2-1 کلیات
نرم افزار آباکوس (به انگلیسی: ABAQUS) از جمله نرم افزاری های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش المان محدود (FEM) در بازار است. اسم و نشان این نرم افزار از لغت abacus در زبان انگلیسی به معنای چرتکه و (abax (ἄβαξ در زبان یونانی به معنای تخته پوشیده شده با ماسه، گرفته شده است. این نرم افزار محصول شرکت فرانسوی داسو سیستمز می باشد.
آباکوس قابلیت حل مسایل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدلسازی غیر خطی را دارا می باشد. این نرم افزار دارای مجموعه المانهای بسیار گسترده ای می باشد که هر نوع هندسه ای را می توان توسط این المان ها مدل کرد. همچنین دارای مدل های رفتاری بسیار زیادی است که در مدلسازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک ها، پلیمرها، کامپوزیت ها، بتن مسلح، فومهای فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می سازد. نظر به اینکه آباکوس یک ابزار مدلسازی عمومی و گسترده می باشد، استفاده از آن تنها محدود به تحلیل مسائل مکانیک جامدات (یعنی مسئله تنش – کرنش) نمی شود.
با استفاده از این نرم افزار می توان مسایل مختلفی نظیر انتقال حرارت، نفوذ جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الکتریکی، اکوستیک، تراوش و پیزو الکتریک را مورد مطالعه قرار داد.
آباکوس با وجود اینکه مجموعه قابلیتهای بسیار گسترده ای را در استفاده از نرم افزار اختیار کاربر قرار می دهد، کار نسبتاً ساده ای می باشد. پیچیده ترین مسایل را می توان به آسانی مدل کرد. به عنوان مثال مسایل شامل بیش از یک جزء را می توان 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 مدلسازی ها، حتی مدلهای با درجه غیر خطی بالا، کاربر می بایست تنها داده های مهندسی نظیر هندسه مساله، رفتار ماده مربوط به آن، شرایط مرزی و بار گذاری آن مساله را تعیین کند. آباکوس در یک تحلیل غیر خطی، به طور اتوماتیک میزان نمو بار و رواداری های همگرایی را انتخاب و همچنین در طول تحلیل مقادیر آنها را جهت دستیابی به یک جواب صحیح تعدیل می کند. در نتیجه کاربر به ندرت می بایست مقادیر پارامترهای کنترلی حل عددی مساله را تعیین کند.
۴-۲-۲ تاریخچه
ایده اصلی نرم افزار در تز دکترای دیوید هبیت در سال ۱۹۷۲ میلادی، تحت عنوان ”مکانیک محاسباتی بر پایه روش اجزای محدود“ در دانشگاه براون اریه 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 ساختد. در سال ۱۹۹۱ شرکت HKS حلگر ABAQUS/Explicit را هم به مجموعه نرم افزار اضافه کرد و نرم افزار 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.
۴-۲-۳ بخش های آباکوس
نرم افزار آباکوس شامل ۵ بخش است:
الف) Abaqus/CAE که شامل محیطی برای طراحی و مدلسازی (پیش پردازش) و نمایش گرافیکی نتایج حاصل از تحلیل است.
ب) Abaqus/Standard که یک تحلیل گر کلی بر مبنای روش اجزای محدود می باشد و از رویکرد انتگرال گیری ضمنی استفاده می کند.
پ) Abaqus/Explicit که یک تحلیل گر خاص اجزای محدود می باشد و از رویکرد صریح برای انتگرال گیری استفاده می کند و برای حل سیستم های غیرخطی شامل مسائل تماس و در حالت بارگذاری گذرا کاربرد دارد.
ت) Abaqus/CFD که یک نرم افزار تحلیل دینامیک سیالات است و از نسخه ۶٫۰ به بعد به این مجموعه نرم افزاری اضافه شد.
ث) Abaqus/Electromagnetic که یک نرم افزار تحلیل مسائل الکترومغناطیس است.
همچنین این نرم افزار از زبان برنامه نویس منبع باز پایتون برای برنامه نویسی در داخل نرم افزار پشتیبانی می کند. وجود امکان اسکریپت نویسی در داخل نرم افزار، قابلیت های مدلسازی آن را دو چندان می کند.
یکی از مهمترین قابلیت های نرم افزار آباکوس نسبت به سایر نرم افزارهای اجزای محدود موجود، امکان تغییر و اضافه کردن به امکانات و کتابخانه های نرم افزار است. قابلیتی تحت عنوان «ساب روتین» نویسی
که ابزاری بسیار قدرتمند برای کاربران حرفه ای می باشد. ساب روتین در واقع یک مجموعه کد است که توسط کاربر با استفاده از زبان برنامه نویسی فرترن برای کاربرد خاصی نوشته می شود. با استفاده از این قابلیت می توان مواردی نظیر تعریف مدل های رفتاری جدید، انجام بارگذاری های خاص و… را انجام داد.
۴-۲-۴ مبانی نرم افزار آباکوس
یک تحلیل کامل در برنامه آباکوس معمولاً از سه مرحله تشکیل شده است:
۱- مرحله
پیش پردازش
۲- مرحله پردازش