آموزش جامع سابروتین‌نویسی در آباکوس

یکی از قابلیت‌های پیشرفتهٔ نرم‌افزار آباکوس، سابروتین‌نویسی هست. سابروتین بهت این امکان رو میده که فراتر از محیط معمول آباکوس، فرآیندها و دستورات مد نظرت رو کدنویسی کنی و با سابروتین‌نویسی اون‌ها رو در نرم‌افزار به کار ببری. نرم‌افزار آباکوس سابروتین‌ها متنوعی برای کاربردهای مختلف داره. توی این آموزش، یه مجموعه از آموزش‌های سابروتین‌نویسی برای سابروتین‌های مختلف آباکوس ارائه شده و گرچه هر کدام بر اساس مثال آموزش سابروتین‌نویسی رو بیان کردن، یه مثال پیشرفته از کاربرد سابروتین هم در کنار این مجموعه اومده. سابروتین‌های این مجموعه شامل دو نسخهٔ متفاوت از آموزش برای سابروتین UMAT (یومت)، یه آموزش سابروتین VUMAT (وی‌یومت)، یه آموزش سابروتین DFLUX (دی‌فلاکس)، یه آموزش سابروتین DLOAD (دی‌لود)، و یه مثال پیشرفته از نحوهٔ پیاده‌سازی برخی از مهم‌ترین دستورات و روابط سابروتین‌نویسی در قالب کاربرد سابروتین UMAT و سابروتین UHARD (یوهارد) میشه.

۱. آموزش سابروتین‌نویسی یومت (UMAT) (دو نسخه)

سابروتین‌نویسی یومت برای تعریف ماده در محیط استاندارد آباکوس (Abaqus/Standard) به کار میره؛ در واقع اگر نیاز داشته باشی ماده‌ای رو تعریف کنی که در خود آباکوس ممکن نباشه، می‌تونی با سابروتین‌نویسی اون ماده رو در قالب یه زیربرنامه کدنویسی کنی و به کار ببری. این دوره، شامل دو نسخهٔ مختلف از آموزش سابروتین‌نویسی یومت در آباکوس میشه. نسخهٔ اول رو فرشته تدریس کرده (آموزش سابروتین UMAT در آباکوس) که با یه بیان روان و ساده، کدهای مربوط به این سابروتین رو برات توضیح میده و در رابطه با هر بخش از این کدها و هر نکته‌اش، بدون شرح و بسط بی‌فایده، صریح و شفاف صحبت می‌کنه. در انتها هم یه مثال الاستیک رو برات حل می‌کنه تا با کدها و روش استفاده از اون‌ها خیلی بهتر آشنا بشی. نسخهٔ دوم از آموزش سابروتین‌نویسی یومت رو هم احسان ارائه کرده که البته به صورت مستقل عرضه‌اش نکردیم و در قالب همین مجموعه آموزش، برای تکمیل مباحث اومده و اضافه بر آموزش‌های موجودمون بهت ارائه میشه.

۲. آموزش سابروتین‌نویسی وی‌یومت (VUMAT)

سابروتین‌نویسی وی‌یومت هم تقریباً کاربرد مشابهی با سابروتین‌نویسی یومت داره، با این تفاوت که برای محیط حل صریح آباکوس (Abaqus/Explicit) باید به کار برده بشه. گرچه این دو سابروتین شباهت‌های زیادی در کدنویسی با هم دارن، اما تفاوت‌های جدی بینشون وجود داره که کار با اون‌ها رو متفاوت می‌کنه. توی این دوره (آموزش سابروتین VUMAT در آباکوس)، احسان سعی کرده سابروتین‌نویسی رو تا حد امکان ساده ارائه بده و کدها و متغیرهای سابروتین VUMAT‌ رو بیان کنه، به تفاوت‌های میان سابروتین یومت و وی‌یومت بپردازه، و نکات مهمی رو که برای کار با این سابروتین نیاز داری رو ارائه بده. در طول آموزشش هم یه مثال در این مورد بیان می‌کنه تا بهتر درک کنی.

۳. آموزش سابروتین‌نویسی دی‌فلاکس (DFLUX)

زمانی که در نرم‌افزار آباکوس قصد حل یک مسألهٔ انتقال حرارت رو داری که یه شار حرارتی خاص باید در اون تعریف بشه، سابروتین‌نویسی DFLUX می‌تونه این کار رو انجام بده. آباکوس برای تعریف بارگذاری‌های حرارتی خاص در محیط خودش امکانات کافی نداره، پس وقتی بخوای یه بارگذاری حرارتی با شار ثابت خاص و یا شار متغیر رو انجام بدی، این سابروتین رو نیاز داری. احسان مدرس این آموزشه (آموزش سابروتین‌نویسی DFLUX در آباکوس) و با حل گام‌به‌گام یه مثال انتقال حرارت، سابروتین‌نویسی برای شبیه‌سازی شار حرارتی ثابت و متغیر رو بیان می‌کنه.

۴. آموزش سابروتین‌نویسی دی‌لود (DLOAD)

سابروتین‌نویسی DLOAD برای تعریف بارهای سطحی یا حجمی خاص با وابستگی به پارامترهایی نظیر مختصات و یا زمان به کار میره. همانطور که مشخصه، این سابروتین می‌تونه دستت رو برای تعریف بارگذاری‌های مختلف خیلی بازتر کنه و از سابروتین‌های مهم و کاربردی آباکوس محسوب میشه. برای آموزش این سابروتین‌نویسی (آموزش سابروتین‌نویسی DLOAD در آباکوس)، احسان همچنان تلاش کرده آموزش رو با ارائهٔ دو مثال مختلف و شبیه‌سازی بارگذاری‌های سطحی و حجمی متغیر همراه کنه و نکات مختلف رو در چارچوب بیان این مثال‌ها ارائه بده.

۵. مثال پیشرفته برای آموزش سابروتین‌نویسی یومت (UMAT) به همراه سابروتین‌نویسی یوهارد (UHARD)

علیرضا در این آموزش که به کدنویسی هاردنینگ آیزوتروپیک (سخت‌شوندگی ایزوتروپیک، Isotropic Hardening) در ناحیهٔ پلاستیک در سابروتین UMAT می‌پردازه و از سابروتین‌نویسی UHARD هم در ذیل اون استفاده می‌کنه، در واقع یه مثال پیشرفته از کاربرد سابروتین‌نویسی و نکاتی که باید برای سابروتین رعایت بشن رو مطرح کرده. کدنویسی فرترن (Fortran) این مدل‌سازی بر مبنای سابروتین UMAT آغاز میشه، کدنویسی مربوط به دریافت خواص مکانیکی توضیح داده میشه، به کدهای مربوط به تعریف ژاکوبین پرداخته میشه، دستگاه مختصات دوران داده میشه، و تنش‌ها محاسبه میشن. در نهایت هم کدها برای همگرایی پاسخ‌ها (Convergence) بر اساس روش نیوتن-رافسون بیان میشن. این آموزش و این مثال (آموزش سابروتین‌نویسی هاردنینگ آیزوتروپیک سابروتین UMAT) در کمک می‌کنه برخی از عملیات‌های رایج در سابروتین‌نویسی UMAT نظیر دریافت خواص مکانیکی، تعریف ژاکوبین، دوران دستگاه مختصات، دریافت کرنش‌ها و محاسبهٔ تنش‌ها، به‌روز کردن تنش‌ها در هر گام، فراخوانی یه سابروتین (UHARD) در داخل یه سابروتین دیگه (UMAT)، بررسی همگرایی نتایج شبیه‌سازی و کلی رابطهٔ مورد نیاز دیگه رو فرابگیری.

بخشی از سرفصل‌هایی که در این دورهٔ سابروتین‌نویسی آباکوس بیان میشن عبارتند از:

• معرفی سابروتین UMAT و لزوم استفاده از این سابروتین‌نویسی
• چگونگی تعریف رفتار مکانیکی با سابروتین UMAT در وضعیت کلی
• آشنایی با پارامترهای مختلف مورد استفاده در سابروتین UMAT
• آموزش نحوهٔ افزودن یک سابروتین در زیر یک سابروتین در UMAT
• آموزش سابروتین‌نویسی UMAT و نحوهٔ اجرای آن توسط Abaqus توسط یک مثال الاستیک خطی
• نحوهٔ شناسایی و برطرف کردن برخی خطاهای رخ داده در اجرای سابروتین
• معرفی سابروتین‌نویسی VUMAT در نرم‌افزار آباکوس
• بررسی کدنویسی سابروتین VUMAT‌ و متغیرهای آن
• بیان تفاوت‌های جدی میان کدنویسی سابروتین VUMAT و سابروتین UMAT
• آموزش حل یک مثال برای بررسی عملکرد سابروتین‌نویسی VUMAT‌
• معرفی سابروتین‌نویسی DFLUX در نرم‌افزار آباکوس
• آموزش حل گام‌به‌گام یک مثال انتقال حرارت برای بیان نکات مختلف سابروتین DFLUX
• شبیه‌سازی شار حرارتی ثابت و متغیر در حل مثال و بررسی اثر شار اعمالی با سابروتین DFLUX
• معرفی سابروتین‌نویسی DLOAD در نرم‌افزار آباکوس
• بررسی کدنویسی سابروتین DLOAD‌ و متغیرهای آن
• آموزش حل گام‌به‌گام دو دسته مثال برای بیان نکات مختلف سابروتین DLOAD
• شبیه‌سازی بارگذاری‌های سطحی و حجمی متغیر در حل مثال و بررسی اثر تغییر بارگذاری با سابروتین DLOAD
• ارائهٔ سابروتین‌نویسی UMAT در قالب مدل‌سازی هاردنینگ آیزوتروپیک در ناحیهٔ پلاستیک
• فراخوانی و استفاده از سابروتین UHARD در داخل سابروتین UMAT
• دریافت خواص مکانیکی مورد نیاز برای این مدل‌سازی در سابروتین UMAT
• محاسبهٔ ژاکوبین برای شبیه‌سازی در مثال سابروتین‌نویسی UMAT
• ایجاد دوران در دستگاه مختصات در مثال سابروتین‌نویسی UMAT
• آموزش دریافت کرنش‌ها در گام‌های حل و محاسبه و به‌روزرسانی تنش‌ها در سابروتین‌نویسی آباکوس
• استفاده از روش نیوتن-رافسون (Newton-Raphson Method) برای بررسی همگرایی پاسخ‌ها
• به‌روزرسانی متغیرهای حالت (State Variables) در هنگام حل در سابروتین‌نویسی آباکوس
• نحوهٔ نمایش خطا در صورت موفق نبودن حل در سابروتین‌نویسی آباکوس
• و البته کلی نکتهٔ دیگه که در کنار این‌ها بیان میشن…

لازمه اشاره کنیم که توی این آموزش، طبعیتاً آشنایی با نرم‌افزار آباکوس در کنار مباحث مکانیک محیط‌های پیوسته و جبر تانسوری لازمه و همینطور بهتره آشنایی مختصری هم با زبان برنامه‌نویسی فرترن که سابروتین‌نویسی در آباکوس بر مبنای اون صورت می‌گیره، داشته باشی.