Abaqus

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Abaqus FEA

Abaqus Logo
Basisdaten

Entwickler Simulia (Dassault Systèmes)
Erscheinungsjahr 1978
Aktuelle Version 2019
(Dezember 2018)
Betriebssystem Windows, Linux
Programmiersprache Schnittstellen in Python, Fortran, C++
Kategorie Finite-Elemente-Methode
Lizenz FLEXlm, kommerziell
deutschsprachig nein
Abaqus Überblick

Abaqus FEA (abgeleitet vom mechanischen Rechengerät Abakus) ist ein kommerzielles Programmpaket, mit dem sich Probleme der Festkörper-Statik und -Dynamik, der Wärmeleitung, des Elektromagnetismus und der Fluiddynamik bearbeiten lassen. Anfänglich beinhaltete Abaqus nur das Finite-Elemente-Programm und dies ist häufig auch heute noch gemeint, wenn von Abaqus die Rede ist. Heute werden beim Kauf oder der Miete des Programms noch eine ganze Reihe weiterer Pakete mitgeliefert, die die Arbeit unterstützen. Abaqus/CAE, was die Abkürzung für Complete Abaqus Environment ist und vollständige Abaqus-Umgebung heißt, ist ein interaktives Programm, das der Modellerstellung und -berechnung sowie der Ergebnisauswertung dient. Heute ist Abaqus ein in der Automobil-, Luftfahrt-, Schiffbau- und Rüstungsindustrie weltweit verbreitetes Rechenprogramm. Wegen seines guten Rufes und der vielfältigen Benutzerschnittstellen wird Abaqus auch in der Forschung (Fraunhofer-Institute[1] und Universitäten) eingesetzt. Für letztere gibt es spezielle Forschungs- und Lehrlizenzen und Studentenversionen.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Herausgegeben wurde Abaqus erstmals 1978 von der Firma HKS, die von David Hibbitt,[2] Bengt Karlsson[3] und E. Paul Sorensen[4] gegründet wurde und ihren Sitz in Pawtucket/Rhode Island hatte. 2002 nannte sich HKS in ABAQUS Inc. um und ging 2004 eine strategische Partnerschaft mit Dassault Systèmes ein, die dann ein Jahr später, 2005, ABAQUS Inc. übernahm. Das kontinuierliche Wachstum der Firma veranlasste ABAQUS Inc. 2004 vom ursprünglichen Gebäude in Pawtucket, Rhode Island nach Rising Sun Mills auch auf Rhode Island umzuziehen. 2008 wurde ABAQUS Inc. in Dassault Systèmes Simulia Corp. umbenannt. Durch Aufkäufe und eigene Entwicklung wird der Produktumfang kontinuierlich erweitert. Heute ist Abaqus eines von mehreren Produkten, die Simulia vertreibt und in über 40 Niederlassungen weltweit[5] vertreten.

Die Vertretung in Europa war bis 2006 ABAQUS Europe BV, heute SIMULIA European Headquarters in Maastricht.

Die deutsche Vertretung ist in Aachen ansässig mit einer Zweitniederlassung in München, ursprünglich Abacom Software GmbH, ABAQUS Deutschland GmbH, ab 2005 bis 2011 Dassault Systèmes Simulia GmbH.

Arbeiten mit Abaqus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Besondere Eigenschaften von Abaqus sind:

  • Abaqus ist durch seine Performance beim Lösen von nicht linearen Problemen bekannt, kann aber auch in linearen Fragestellungen eingesetzt werden.
  • Möglichkeit des Parallelrechnens und dadurch kurze Rechenzeiten (iterative und direkte lineare Gleichungslöser)
  • Es gibt implizite und einen explizite Zeitdiskretisierungsschemata, die weitgehend gleiche Eingabe-Dateien verstehen und einfachen Daten-Austausch erlauben.
  • Es gibt einen produkteigenen Pre- und Postprozessor.
  • Eine Python-Schnittstelle erlaubt skriptgesteuerten Modell-Aufbau, Gleichungslösung und automatisiertes Postprozessing.
  • Dokumentation (englischsprachig) in html- und pdf-Format.
  • „Lesbare“ Syntax, die kleine Manipulationen in der Eingabe ermöglicht

Anwendungsgebiete[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Abaqus kann in linearen und nicht-linearen Anfangsrandwertaufgaben angewendet werden. Ursachen von Nicht-Linearitäten können sein:

Abaqus kann in folgenden physikalischen Disziplinen[6] eingesetzt werden:

Für Lösungen in der Festkörpermechanik liegen verschiedene Formulierungen vor:

  • Statik
  • Modalanalyse und modale Dynamik
  • implizite Dynamik für lineare und nicht lineare Fragestellungen
  • explizite Dynamik für hoch nicht lineare Fragestellungen.
  • XFEM: Rissausbreitung.
  • Gekoppelte Euler-Lagrange-Formulierung z. B. für schwappende Flüssigkeiten in einem Behälter
  • SPH (geglättete Teilchen-Hydrodynamik) für extremste Deformationen wie beim Aufschlag eines Projektils
  • Diskrete-Elemente-Methode für die Simulation der Bewegung vieler Teilchen, z. B. beim Mischen von Pillen.

Module[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ursprünglich war Abaqus ein reines Finite-Elemente-Programm und auch heute noch ist dies der Hauptbestandteil des ausgelieferten Umfangs. Das Programm teilt sich auf in

  • Abaqus/Foundation: lineare Statik und Dynamik, z. B. Eigenfrequenz- oder Modalanalysen.
  • Abaqus/Standard: Lineare und nicht lineare implizite Analyse von Statik und Dynamik, Wärmeleitung, elektrischen oder elektromagnetischen Reaktionen.
  • Abaqus/Explicit: explizite Dynamik von Böden oder Konstruktionen.
  • Abaqus/CFD: Berechnung von Strömungen mit Wärmetransport und Fluid-Struktur-Kopplung
  • Abaqus/Aqua: Analysen, die Lasten aufgrund von Umströmungen mit Wasser oder Luft beinhalten.
  • Abaqus/Design: Zeigt den Einfluss, den kleine Änderungen des Modells zur Folge haben.

Zusätzliche Werkzeuge:

  • CZone für Abaqus: Berücksichtigung der Stoßwirkung auf Verbundwerkstoffe in Abaqus/Explicit.
  • Abaqus Knee Simulator (AKS): Simulation von Knie-Implantaten
  • Crashtest-Dummy und Barriere-Modelle: Für Crash-Berechnungen

Als optionale Funktionalität sind

  • AMS (automatic multi-level substructuring) Eigenwert-Solver
  • Multidisziplinäre Simulation mit der MpCCI Schnittstelle
  • CAD assoziative Schnittstellen zwischen Abaqus/CAE und CATIA/V5 und V6, SolidWorks, Pro/ENGINEER, der bidirektionalen Datenaustausch gestattet,

verfügbar.

Die beiden interaktiven Programme sind

  • Abaqus/CAE: Modellerstellung, Berechnung und Auswertung.
  • Abaqus/Viewer: Werkzeug für die Auswertung, das in Abaqus/CAE enthalten ist, aber auch davon getrennt vertrieben wird.

Mit diesen Modulen wird eine umfangreiche englischsprachige Dokumentation im html- und pdf-Format mitgeliefert.

Zu den Programmen CATIA/V5 und V6, SolidWorks, Pro/ENGINEER, NX, Moldflow und MD ADAMS besitzt Abaqus Schnittstellen, die den Datentransfer erleichtern.

Versionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Jahr Version Auswahl an Neuerungen Plattformen
2004 6.5 Cohesive Elemente für Klebschichten Linux/x86-32 Windows/x86-32: alle Produkte

HP-UX/Itanium, Linux/Itanium, AIX/POWER: nur Analyseprodukte

2006 6.6 ABAQUS/AMS eigensolver
adaptive remeshing in ABAQUS/Standard
2007 6.7 SIM Software Architektur für Modal-Analysen
Associative Schnittstelle zu CATIA V5 und Pro/ENGINEER
2008 6.8 Eulersche und gekoppelte Euler-Lagrange-Formulierung in Abaqus/Explicit
2009 6.9 Allgemeiner Kontakt in Abaqus/Standard

Cosimulation von Abaqus/Standard und Explicit
XFEM in Abaqus/Standard für Berechnung von Rissfortschritt

2010 6.10 Abaqus/CFD für Strömungsberechnung

Neuer iterativer Gleichungslöser in Abaqus/Standard

Windows/x86-32, Windows/x86-64, Linux/x86-64: alle Produkte

Linux/Itanium, HP-UX/Itanium: Abaqus/Standard und Abaqus/Explicit
AIX/Power: Analysprodukte

2011 6.11 Form- und Topologie Optimierung

Erweiterung der Schnittstelle zwischen CATIA V5 und Abaqus/CAE
SPH (etwa: Partikel-Formulierung bei extrem hohen Deformationen)
Volle Kopplung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern

Windows/x86-32, Windows/x86-64, Linux/x86-64: alle Produkte

Linux/Itanium: Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit
AIX/Power: Analyseprodukte

2012 6.12 Magnetostatische Analyse Windows/x86-32, Windows/x86-64, Linux/x86-64: alle Produkte
2013 6.13 Partikel-Methode auf Basis der Diskrete-Elemente-Methode
2014 6.14 Verbesserungen im Ecke-zu-Ecke Kontakt,

Neue Turbulenzmodelle in Abaqus/CFD.

2015 2016 Verbesserter allgemeiner Kontakt und neuer linearisierter Kontakt,

weitere Elementtypen und erweiterte Werkstoffmodellierung.

Windows/x86-64, Linux/x86-64: alle Produkte
2016 2017 Verbesserungen im Bereich Kontakt, XFEM, Cohesive Zone und SPH.

Systemanforderungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Früher konnte Abaqus u. a. auf den Betriebssystemen Linux/x86-32, Windows/x86-32, HP-UX/Itanium, Linux/Itanium und AIX/POWER betrieben werden. Wegen des Aufwandes das Programm auf diese Systeme anzupassen und zunehmender Bedeutung von Linux/x86-64 und Windows/x86-64 werden heute nur noch letztere beiden Betriebssysteme unterstützt. Die genauen Systemanforderungen von Abaqus bis Version 6.12 können im Internet[7] nachgeschlagen werden.

Fußnoten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM: http://www.iwm.fraunhofer.de/kompetenzen/technische-ausstattung/#c6452
  2. ZoomInfo.com: Dr. David Hibbitt oder Rhode Island Science and Technology Advisory Council (STAC): David Hibbitt, Ph.D.
  3. ZoomInfo.com: Bengt I. Karlsson
  4. ZoomInfo.com: E. Paul Sorensen
  5. Dassault Systèmes: World Presence
  6. Abaqus Multiphysics-Simulation: Archivlink (Memento vom 19. April 2014 im Internet Archive)
  7. Dassault Systèmes: SIMULIA System Information

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • A. Stekolschik: Umsetzung von Modellen zur Beschreibung des kunststoffspezifischen Werkstoffverhaltens in das Finite Elemente Programm ABAQUS. Grin Verlag, 2013, ISBN 978-3-638-84802-2.
  • Werner Koehldorfer: Finite-Elemente-Methoden mit CATIA V5 / SIMULIA: Berechnung von Bauteilen und Baugruppen in der Konstruktion. Hanser, 2010, ISBN 978-3-446-42095-3.
  • S. Helwany: Applied Soil Mechanics with ABAQUS Applications. Wiley, 2007, ISBN 978-0-471-79107-2.
  • A. Khennane: Introduction to Finite Element Analysis Using MATLAB and Abaqus. CRC Press, 2013, ISBN 978-1-4665-8020-6.