مدلسازی ترک با استفاده از نرم‌افزار آباکوس Abaqus

در این مقاله قصد بررسی یک پروژه اباکوس Abaqus  را داریم که راستای ترک را با دو زاویه ، یکبار با ۳۰ درجه و یکبار با ۵۰ درجه جداگانه  مدلسازی شده و روش حل مطابق توضیحات است که در ادامه قابل مشاهده است و روند کار به صورت کامل و قدم به قدم توضیح داده شده است .اما قبل از شروع توضیحات درباره مدلسازی ترک در دو زاویه چنانچه قصد بیرون سپاری و استخدام مجری برای پروژه خودتان را دارید میتوانید از طریق دکمه های زیر از واتساپ ، تلگرام و ایتا یا شماره تماس ۰۹۱۲۵۰۱۳۰۹۴ با ما در تماس باشید .

ارتباط با ما در تلگرام ارتباط با ما در واتساپ ارتباط با ما در ایتا ارتباط با ما در روبیکا

یک فایل ZIP حاوی:

. فایل گزارش شامل مراحل مدلسازی، نتایج و بحث به صورت فایل PDF
. فایل های CAE، JNL و DAT

برای دانلود فایل های مدلسازی ۳۰ درجه و ۵۰ درجه به صورت زیپ کلیک کنید!

نرم افزار آباکوس یک نرم افزار تجاری برای تحلیل المان محدود و مهندسی به کمک کامپیوتر است. به کمک این نرم افزار که دارای قابلیت های بسیار می‌باشد می‌توان بسیاری از مسائل مکانیک را شبیه سازی و تحلیل کرد. آباکوس دارای ماژول های مختلف است که قدم به قدم فرآیند شبیه سازی را کامل می‌کند.

۱- مدل سازی هندسی

اولین گام برای تحلیل به کمک آباکوس، مدل سازی هندسی است. در این قسمت باید مشخصات مدل به صورت کامل وارد نرم‌افزار شده تا بتوان بر روی آن انواع بارگذاری‌ها و شرایط مرزی اعمال شود، و در نهایت با مش بندی و انجام فرآیند حل، تحلیل مورد نظر تکمیل شود. در این مسئله جسم به صورت دو بعدی تحلیل شد و مشخصات جسم تحلیل شده در شکل شماره ۱ قابل مشاهده است.

 

ابعاد و اندازه جسم تحلیل شده در شکل شماره ۲ مشخص است. این جسم به صورت دقیق در ماژول پارت آباکوس مدل شد. (شکل شماره ۳).

 

 

همانطور که از روی شکل۲  نیز مشخص است، شعاع این ورق نیم دایره‌ای ۵ سانتی‌متر می‌باشد.  توجه شود که مشخصات مربوط به ترک و بارگذاری‌ها و شرایط مرزی‌ای که در شکل ۲ مشاهده می‌شود و در شکل ۳ نیستند، در ادامه و در ماژول‌های بعدی آباکوس آورده شده است.

همچنین ابعاد و اندازه‌های مربوط به این مسئله، در دستگاه یکای SI وارد آباکوس شده و ابعاد و اندازه‌های طولی با واحد متر و نیرو در واحد نیوتن می‌باشد.

 

۲- تعریف مواد

پس از وارد کردن هندسه،  باید خواص مربوطه وارد آباکوس شود. خواص مربوط به ماده در شکل ۴ قابل مشاهده است.

همانطور که می‌بینید، مدول الاستیسیته مربوط به ماده برابر ۹۵/۲ گیگاپاسکال و ضریب پواسون آن ۳۸/۰ می‌باشد. در این تحلیل فقط خواص الاستیک مربوط به ماده آورده شده و چون تحلیل استاتیکی است و از اثرات اینرسی صرف نظر می‌شود، لزومی به وارد کردن چگالی نیز نمی‌باشد.

در ماژول مربوط به انتخاب متریال، کار دیگری که باید انجام دهیم تعیین سکشن است. باید توجه داشت چون تحلیل به صورت دو بعدی انجام می‌شود، باید تیک مربوط به گزینه تنش صفحه‌ای یا کرنش صفحه‌ای فعال شده که تنظیمات مربوطه در شکل ۵ مشاهده می‌شود.

همانطور که از شکل ۲ قابل مشاهده است، ضخامت ورقی که تحلیل شده ۵ میلی‌متر است است و این ضخامت در تنظیمات سکشن وارد شده است.

۳- انتخاب حلگر

در سومین گام از حل مسئله با آباکوس، باید حلگر مناسبی برای تحلیل انتخاب شود. با توجه به اینکه هدف مسئله یافتن ضریب شدت تنش است، از حلگر استاتیکی آباکوس استفاده شده است. تنظیمات مربوط به حلگر استاتیکی از ماژول استپ در شکل ۶ نشان داده شده است.

۴- تعریف ترک

برای تعریف ترک باید از ماژول اینتراکشن و تب اسپشیال استفاده کرد. مراحل کار به این صورت است که در ابتدا با استفاده از ابزار پارتیشن یک خط روی جسم ایجاد کرده و سپس آن خط به عنوان ترک معرفی می‌شود. سپس مشخصات ترک وارد شده و کار به سرانجام می‌رسد. شکل ۷ ترک با زاویه ۳۰ درجه را نشان می‌دهد.

برای فهماندن ترک به آباکوس، نیاز است تا ناحیه ای به عنوان ناحیه راس ترک مشخص شود. شکل ۸ دوایری را در اطراف راس ترک نشان می‌دهد که اولین دایره برای مشخص کردن ناحیه راس ترک ایجاد شده و دو دایره دیگر برای مش زنی بهتر به وجود آمده‌اند.

مشخصات و تنظیمات مربوط به ترک در شکل ۹ نشان داده شده است. در این مسئله برای تعریف ترک از گزینه کانتور انتگرال استفاده شده است.

پس از تعریف ترک، در ماژول استپ و از قسمت history output باید خروجی مدنظر تعیین گردد. تنظیمات این بخش در شکل ۱۰ مشخص است. خروجی های مد نظر براین این مسئله ضرایب شدت تنش می‎‌باشد. با توجه به اینکه ترک زاویه دار است، علاوه بر مود اول، مود دوم نیز دخیل بوده و علاوه بر ضریب شدت تنش مود اول، ضریب شدت تنش مود دوم نیز در تعیین تنش نوک ترک دخیل است.

۵- شرایط مرزی و بارگذاری

پس از انتخاب حلگر و تعریف ترک، باید شرایط مرزی مناسب برای مسئله انتخاب شود. در این مسئله و همانطور که در شکل ۲ مشخص است، بر روی ۳ گره شرط مرزی تعریف می‌شود که در شکل ۱۱ نشان داده شده است. همچنین یک بار نقطه ای و به اندازه ۲۴۰۰ نیوتن در بالا به جسم اعمال شده که آن هم در همان ماژول لود تعریف گردیده است.

۴- مش بندی

قبل از اینکه مسئله برای حل فرستاده شود، ابتدا باید توجه کرد که قطعه به صورت کامل مش خورده باشد. برای مش زنی می‌توان از ماژول مش آباکوس استفاده کرد. نکته‌ای که باید به آن دقت شود این است که مش ناحیه راس ترک باید به صورت sweep و مثلثی بوده و المان آن از مرتبه دوم باشد. مش سایر نواحی به صورت free و چهارضلعی بوده و المان آن‌ها از مرتبه اول می‌باشد. مش sweep به رنگ زرد در می‌آید و در شکل ۱۲ مشخص است.

در شکل‌های ۱۳ و ۱۴ تنظیمات مش ناحیه راس ترک و سایر نواحی نشان داده شده است. همانطور که می‌بینید، در ناحیه راس ترک از المان CPS8R استفاده شده است و برای سایر نواحی المان CPS4 مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین المان‌ها از نوع تنش صفحه‌ای می‌باشند.

۵- نتایج

در شکل‌های ۱۶ و ۱۷، بازشدگی ترک و مقدار تنش مایسز مشخص شده است.

در جدول ۱ و ۲ مقدار مربوط به ضرایب شدت تنش برای حالت ترک ۳۰ درجه و ترک ۵۰ درجه مشخص شده است.

جدول۱: ضرایب شدت تنش برای ترک ۳۰ درجه

ترک ۳۰ درجه
KI	۱۹/۴ مگاپاسکال
KII	۴/۱- مگاپاسکال

 

جدول۲: ضرایب شدت تنش برای ترک ۵۰ درجه

ترک ۵۰ درجه
KI	۶۵/۲ مگاپاسکال
KII	۵/۱- مگاپاسکال

 

می‌دانیم در حالتی که ترک صفر درجه باشد، مقدار ضریب شدت تنش مود دوم برابر صفر خواهد بود. با توجه به نتایج به دست آمده، هرچقدر که زاویه ترک بیشتر شود، مقدار ضریب شدت تنش مود اول کمتر شده و مقدار ضریب شدت تنش مود دوم بیشتر می‌گردد.