نرم‌افزار انسیس (ANSYS) چیست و چه کاربردی دارد؟ 

ANSYS نرم‌افزار پیشرفته تحلیل مهندسی مبتنی بر روش اجزای محدود (FEM) است که به‌طور گسترده برای شبیه‌سازی رفتار فیزیکی سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار قابلیت مدل‌سازی، مش‌بندی، تحلیل ساختاری، حرارتی، دینامیکی، سیالاتی و الکترومغناطیسی را فراهم می‌کند و ابزاری حیاتی برای مهندسین در رشته‌های مکانیک، هوافضا، عمران، برق و... به شمار می‌رود. به‌واسطه‌ی دقت بالا، قابلیت تحلیل سناریوهای پیچیده و امکان بهینه‌سازی طراحی، ANSYS نقشی کلیدی در کاهش هزینه‌های تولید، افزایش بهره‌وری طراحی، پیش‌بینی رفتار سیستم‌ها در شرایط واقعی و افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان ایفا می‌کند.

معرفی نرم‌افزار انسیس

نرم‌افزار ANSYS با برخورداری از مجموعه‌ای جامع از ماژول‌های تخصصی، ابزاری توانمند در اختیار مهندسان قرار می‌دهد تا بتوانند مدل‌های پیچیده و واقع‌گرایانه‌ای از سامانه‌های فیزیکی طراحی و تحلیل کنند. این نرم‌افزار به‌گونه‌ای طراحی شده است که امکان شبیه‌سازی دقیق پدیده‌های چند فیزیکی را فراهم سازد؛ از جمله اندرکنش ساختار و سیال، انتقال حرارت، ارتعاشات، تحلیل‌های مودال و تحلیل‌های کوپل‌شده. قابلیت اتصال یکپارچه با نرم‌افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) نظیر SolidWorks ،CATIA و AutoCAD باعث شده تا فرآیند طراحی تا تحلیل به‌ صورت یکپارچه و سریع انجام شود. اگر بر این نرم افزارها مسلط نیستید می‌توانید در دوره کتیا مقدماتی، دوره سالیدورک مقدماتی (Solidworks) و دوره اتوکد نیز شرکت کنید. همچنین، محیط گرافیکی پیشرفته و کاربرپسند، ابزارهای مش‌بندی خودکار و تنظیمات دقیق تحلیل‌های غیرخطی، از جمله ویژگی‌هایی هستند که ANSYS را برای حل مسائل پیچیده مهندسی در حوزه‌هایی چون هوافضا، خودروسازی، انرژی، الکترونیک و عمران به ابزاری کلیدی و ممتاز تبدیل کرده‌اند. این نرم‌افزار نه تنها در محیط‌های صنعتی، بلکه در پروژه‌های پژوهشی دانشگاهی نیز نقشی مؤثر ایفا می‌کند.

چرا ANSYS یک ابزار حیاتی است؟

کاهش هزینه‌های ساخت و آزمون

• در بسیاری از پروژه‌های مهندسی، آزمون‌های فیزیکی بسیار پرهزینه و زمان‌بر هستند.
• برخی آزمایش‌ها به دلیل پیچیدگی یا خطر بالا، عملاً غیرقابل اجرا در محیط واقعی هستند.
• نرم‌افزار ANSYS با فراهم کردن بستر شبیه‌سازی مجازی دقیق، این محدودیت‌ها را برطرف می‌سازد.
• طراحان می‌توانند پیش از تولید فیزیکی، عملکرد سیستم را در شرایط مختلف محیطی و بارگذاری تحلیل و ارزیابی کنند.
• قابلیت تحلیل پارامترهایی همچون پایداری، استحکام، دوام، ایمنی و نقاط ضعف موجب افزایش بهره‌وری طراحی می‌شود.
• استفاده از ANSYS باعث کاهش هزینه‌های آزمون، صرفه‌جویی در زمان و بهینه‌سازی فرایند توسعه محصول می‌گردد.

افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان

• تحلیل‌های دقیق تنش، کرنش، حرارت، ارتعاش، خستگی، شکست و سایر رفتارهای فیزیکی با ANSYS انجام می‌شود.
• این تحلیل‌ها امکان ارزیابی عملکرد ایمن و مطمئن قطعات را در شرایط بحرانی فراهم می‌سازند.
• این قابلیت‌ها به‌ویژه در صنایع حساس مانند هوافضا، خودروسازی، انرژی و مهندسی پزشکی اهمیت حیاتی دارند.

توانایی تحلیل رفتارهای پیچیده و چندفیزیکی

• بسیاری از پدیده‌های مهندسی تحت‌تأثیر همزمان چند مولفه فیزیکی مانند دما، نیرو، میدان مغناطیسی و جریان سیال قرار دارند.
• ANSYS بستر تحلیل چندفیزیکی (Multiphysics) را فراهم می‌کند.
• این قابلیت به مهندسان اجازه می‌دهد رفتار واقعی سیستم را در شرایطی نزدیک به واقعیت بررسی و تحلیل کنند.

سرعت در تصمیم‌گیری طراحی و توسعه محصول

• استفاده از ANSYS فرآیند طراحی مهندسی را چابک‌تر و دقیق‌تر می‌سازد.
• نقاط ضعف سیستم به‌ سرعت شناسایی می‌شوند.
• امکان اجرای سریع سناریوهای بهینه‌سازی فراهم می‌گردد.
• تصمیم‌گیری‌ها بر اساس داده‌های تحلیلی دقیق انجام می‌شود.
• این عوامل منجر به تسریع توسعه محصول و کاهش زمان ورود به بازار می‌گردند.

ابزار کلیدی برای تحقیق و توسعه (R&D)

• ANSYS در مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی کاربرد گسترده‌ای دارد.
• ابزاری کلیدی در طراحی و اعتبارسنجی مدل‌های نوآورانه است.
• برای تحلیل عملکرد مواد جدید مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• امکان بررسی و شبیه‌سازی سازه‌های هوشمند را فراهم می‌سازد.
• در توسعه فناوری‌های پیشرفته نقشی مؤثر ایفا می‌کند.

استاندارد صنعتی در طراحی مهندسی

• بسیاری از شرکت‌ها و سازمان‌های مهندسی معتبر بین‌المللی، ANSYS را به‌عنوان استاندارد صنعتی پذیرفته‌اند.
• استفاده گسترده از ANSYS در صنایع مختلف، اهمیت آن را افزایش داده است.
• تسلط بر ANSYS به عنوان یک مهارت کلیدی، مزیت رقابتی مهمی برای ورود به بازار کار در شاخه‌های مختلف مهندسی محسوب می‌شود.

تاریخچه ANSYS و ویژگی‌های منحصر به‌ فرد این نرم‌افزار 

شرکت ANSYS Inc. در سال ۱۹۷۰ توسط مهندس و پژوهشگر برجسته، دکتر جان سوارتز تأسیس شد. هدف اصلی وی توسعه نرم‌افزاری بود که بتواند مشکلات پیچیده مهندسی را با استفاده از روش اجزای محدود (FEM) به شکلی دقیق و قابل اعتماد حل کند. طی چند دهه تلاش مستمر، این شرکت به سرعت رشد کرد و نرم‌افزار ANSYS به یکی از پیشتازان جهانی در حوزه شبیه‌سازی مهندسی تبدیل گردید. امروزه ANSYS در بسیاری از صنایع پیشرفته و مراکز تحقیقاتی جهان به‌ عنوان ابزاری استاندارد و ضروری شناخته می‌شود.

از ویژگی‌های منحصر به‌ فرد نرم‌افزار ANSYS می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

چرا هر مهندس مکانیک باید نرم‌افزار ANSYS را یاد بگیرد؟ 

تسلط بر نرم‌افزار ANSYS برای مهندسان مکانیک نه‌تنها یک مهارت فنی پیشرفته بلکه یک امتیاز کلیدی و رقابتی در بازار کار محسوب می‌شود. این نرم‌افزار به‌واسطه قابلیت‌های گسترده خود، مجموعه‌ای از ابزارهای دقیق برای شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های مهندسی در اختیار کاربران قرار می‌دهد. اگر قصد دارید به‌صورت حرفه‌ای بر این نرم‌افزار مسلط شوید، دوره آموزش انسیس فلوئنت (Ansys Fluent) یکی از بهترین گزینه‌ها برای شروع و ارتقای مهارت‌های تخصصی شما است.

در ادامه، ابعاد مهم این تسلط را می‌توان چنین برشمرد:

• تحلیل سازه‌ای پیشرفته: مهندسان مکانیک با بهره‌گیری از ماژول‌هایی مانند ANSYS Mechanical قادرند تنش، کرنش، خستگی، پایداری و شکست سازه‌ها را با دقت بسیار بالا مدل‌سازی و پیش‌بینی کنند. اگر می‌خواهید این مهارت‌ها را به‌صورت حرفه‌ای فراگیرید، پیشنهاد می‌کنیم دوره آموزش جامع بهینه سازی با Ansys Fluent Workbench را از دست ندهید.
• تحلیل ارتعاشات و دینامیک سیستم‌ها ANSYS: امکان بررسی رفتار دینامیکی سازه‌ها، تحلیل فرکانسی، مدهای نوسانی، و پاسخ زمانی سیستم‌ها را فراهم می‌سازد. 
• شبیه‌سازی انتقال حرارت: قابلیت مدلسازی دقیق فرآیندهای حرارتی (رسانش، جابجایی، تابش) در شرایط پایا یا گذرا، کمک می‌کند تا اجزا و سیستم‌ها در برابر تنش‌های حرارتی بهینه‌سازی شوند. در دوره آموزش انسیس فلوئنت (ANSYS FLUENT) مقدماتی نحوه شبیه‌سازی این فرآیندها را گام‌به‌گام فرا خواهید گرفت.
• دینامیک سیالات محاسباتی (CFD): ابزارهای ANSYS Fluent و CFX امکان شبیه‌سازی جریان سیال، پدیده‌های حرارتی، توربولانس، احتراق و انتقال جرم را در محیط‌های پیچیده فراهم می‌کنند. 
• تحلیل چندفیزیکی (Multiphysics): ANSYS قابلیت ترکیب همزمان چند حوزه فیزیکی (مانند سیال-حرارت، مکانیک-الکترومغناطیس و ...) را دارد که برای طراحی سیستم‌های پیچیده و هوشمند بسیار مهم است.
• کاهش هزینه‌های نمونه‌سازی و آزمون فیزیکی: استفاده از تحلیل عددی به‌جای آزمون‌های پرهزینه میدانی یا آزمایشگاهی، سبب صرفه‌جویی در منابع مالی و زمانی می‌شود. در آموزش بهینه سازی با الگوریتم ACO و PSO در MATLAB می‌آموزید چطور محاسبات عددی را با دقت و کارایی بالا انجام دهید.
• افزایش دقت طراحی و قابلیت اطمینان محصولات: شبیه‌سازی‌های دقیق و واقع‌گرایانه، امکان ارزیابی سناریوهای مختلف طراحی را پیش از تولید فراهم می‌کند، و از بروز خطاهای پرهزینه در مراحل بعدی جلوگیری می‌نماید.
• ارتباط با دیگر نرم‌افزارها: ANSYS قابلیت تعامل با سایر نرم‌افزارهای CAD و CAE مانند SolidWorks، دوره آموزش کتیا (CATIA) پیشرفته دارد که روند طراحی-تحلیل را یکپارچه می‌سازد. اگر تازه‌کار هستید و می‌خواهید از پایه این نرم‌افزارها را یاد بگیرید، به دوره آموزش کتیا (CATIA) مقدماتی نگاهی بیندازید.

در مجموع، توانایی کار با ANSYS نه تنها موجب ارتقای کیفیت طراحی‌های مهندسی می‌شود، بلکه شانس استخدام و موفقیت شغلی مهندسان در صنایع خودروسازی، هوافضا، انرژی، نانوفناوری، ساخت و تولید و پژوهش‌های دانشگاهی را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

کاربردهای نرم‌افزار ANSYS در صنایع مختلف

 ANSYS در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد:

• در صنعت خودروسازی برای تحلیل ارتعاشات و تصادفات
• در هوافضا برای طراحی بال و بدنه هواپیما
• در عمران برای تحلیل سازه‌های پیچیده
• در انرژی برای طراحی توربین‌ها و مبدل‌های حرارتی
• در پزشکی برای شبیه‌سازی ایمپلنت‌ها و پروتزها

در مهندسی شیمی برای طراحی راکتورهای شیمیایی، تحلیل انتقال جرم و حرارت و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی نیز از ANSYS به ‌ویژه در بخش‌های Fluent و CFX استفاده می‌شود. برای آشنایی بیشتر با این رشته کاربردی، مقاله‌ رشته مهندسی شیمی چیست؟ را بخوانید. در مهندسی برق و الکترونیک برای تحلیل میدان‌های الکترومغناطیسی، طراحی موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها و تحلیل موج‌برها مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر به شبیه‌سازی این سیستم‌ها علاقه‌مندید، حتماً نگاهی به دوره آموزش ANSYS Maxwell بیندازید.

سه کتاب برتر آموزشی ANSYS در سال‌های اخیر کدام‌اند؟

• Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 2023 اثر Huei-Huang Lee 

این کتاب یکی از پرکاربردترین منابع در آموزش ANSYS Workbench است و هر ساله ویرایش جدیدی از آن منتشر می‌شود که با نسخه‌های به‌روز نرم‌افزار تطابق دارد. نسخه ۲۰۲۳ آن با تمرکز بر ابزارهای گرافیکی و ماژول‌های مکانیکی ANSYS Workbench تنظیم شده است.

      ویژگی‌های کتاب:

• آموزش پروژه‌ محور با تمرین‌های گام‌به‌گام برای یادگیری مفاهیم مکانیکی، حرارتی و کوپله‌شده (coupled physics)
• پوشش مباحثی چون تحلیل تنش، مدال (تحلیل مودال)، حرارتی گذرا و تحلیل‌های غیرخطی
• همراه با تصاویر رنگی و توضیحات دقیق برای درک بهتر محیط نرم‌افزار

مناسب برای دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، عمران، هوافضا و رشته‌های مرتبط

•  An Introduction to ANSYS Fluent 2022 نوشته John Matsson 

این کتاب تمرکز ویژه‌ای بر نرم‌افزار  ANSYS Fluent دارد که برای تحلیل‌های CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) استفاده می‌شود. فلوئنت یکی از ابزارهای پیشرفته برای شبیه‌سازی جریان، انتقال حرارت، احتراق و مسائل آئرودینامیکی است.

ویژگی‌های کتاب

• آموزش از سطح مقدماتی تا پیشرفته در زمینه مدل‌سازی جریان‌های تراکم‌پذیر، توربولانس، انتقال حرارت و چندفازی
• استفاده از تمرینات کاربردی در حوزه‌های مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، محیط زیست و صنایع فرآیندی
• آموزش نحوه‌ی استفاده از مدل‌های فیزیکی، شبکه‌بندی، تعریف مرزها و تحلیل نتایج

مناسب برای مهندسان و پژوهشگران در حوزه‌ی مهندسی سیالات، انرژی، محیط زیست و طراحی توربوماشین‌ها

•  Practical Finite Element Analysis از Nitin Gokhale

اگرچه این کتاب مختص ANSYS نیست، اما به‌عنوان یک منبع مرجع برای درک تئوری و کاربرد روش اجزای محدود (FEA)  شناخته می‌شود. این اثر با زبانی ساده و ساختار سیستماتیک، مفاهیم بنیادی FEA را به صورت کاربردی ارائه می‌دهد.

      ویژگی‌های کتاب:

• تمرکز بر اصول عملی تحلیل اجزای محدود در مهندسی طراحی و ساخت
• ارائه تجربیات صنعتی و هشدار نسبت به اشتباهات رایج در شبیه‌سازی‌ها
• بررسی معیارهای مش‌بندی، شرایط مرزی، انتخاب المان و تفسیر نتایج

مناسب برای مهندسینی که قصد دارند درک عمیق‌تری از FEA داشته باشند و تحلیل‌های خود را با دقت بیشتر طراحی و تفسیر کنند.

سخت‌ افزار مورد نیاز برای نصب نرم‌افزار ANSYS چیست؟ 

برای اجرای روان ANSYS (به‌ویژه نسخه‌های جدید مانند 2024 R1) بهتر است سیستم با مشخصات زیر در اختیار داشته باشید:

• پردازنده: Intel Core i7 یا AMD Ryzen 7 به بالا
• رم: حداقل ۱۶ گیگابایت (۳۲ گیگابایت پیشنهاد می‌شود)
• کارت گرافیک: NVIDIA Quadro/RTX یا معادل حرفه‌ای (حداقل ۴ گیگ)
• فضای ذخیره‌سازی: SSD با ظرفیت ۵۱۲ گیگابایت به بالا
• سیستم عامل: Windows 10 یا 11 نسخه ۶۴ بیتی

با فراهم بودن این سخت‌افزار، نرم‌افزار با سرعت و دقت بالاتری اجرا شده و امکان تحلیل‌های پیچیده‌تر نیز فراهم می‌گردد.

آیا نرم افزار ANSYS محدودیت دارد؟

نرم‌افزار ANSYS با وجود مزایا و قابلیت‌های بسیار پیشرفته در حوزه تحلیل المان محدود (FEA) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مانند هر ابزار مهندسی دیگری، محدودیت‌هایی نیز دارد که آگاهی از آن‌ها برای کاربران حرفه‌ای و پژوهشگران ضروری است. در ادامه، مهم‌ترین محدودیت‌های این نرم‌افزار به صورت موردی بیان می‌شود:

• هزینه بالا
  نسخه‌های کامل و حرفه‌ای ANSYS بسیار گران‌قیمت هستند و نیاز به لایسنس رسمی دارند.
  این موضوع برای شرکت‌های کوچک یا دانشجویان ممکن است مانعی برای استفاده تجاری قانونی باشد.

• نیاز به منابع سخت‌افزاری قوی
  تحلیل‌های بزرگ و مدل‌های پیچیده نیاز به سیستم‌هایی با رم بالا، پردازنده‌های چند هسته‌ای و کارت گرافیک قوی دارند.
  اجرای شبیه‌سازی‌ها در محیط‌هایی با سخت‌افزار ضعیف ممکن است با کندی یا خطا مواجه شود.

• شیب یادگیری نسبتاً بالا
  به‌ویژه در بخش‌های پیشرفته مانند تحلیل چندفیزیکی (Multiphysics) یا دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، یادگیری ابزار نیازمند زمان، تجربه و آموزش عمیق است.
  کاربران مبتدی ممکن است در درک روند کامل تحلیل‌ها با مشکل مواجه شوند.

• محدودیت در بعضی از ماژول‌ها
  برخی از ماژول‌ها (مانند ANSYS Maxwell یا ANSYS HFSS) دارای قابلیت‌های خاص و محدودی هستند که ممکن است نیاز به نرم‌افزارهای مکمل داشته باشند.
  برای شبیه‌سازی برخی پدیده‌های خاص مانند پلاسما، واکنش‌های شیمیایی پیچیده یا مسائل بیومکانیک خاص محدودیت‌هایی وجود دارد.

• مدلسازی غیرخطی پیچیده
  اگرچه ANSYS از تحلیل غیرخطی پشتیبانی می‌کند، اما پایدارسازی مدل‌های غیرخطی (مانند تماس‌ها، تغییر شکل بزرگ، رفتارهای هیسترزیس و...) نیازمند دانش تخصصی است و ممکن است فرآیند تحلیل به کندی پیش برود یا ناپایدار شود.

• عدم تطابق کامل با برخی استانداردها یا نرم‌افزارهای دیگر
  در برخی موارد، تبادل داده بین ANSYS و سایر نرم‌افزارهای CAD/CAM یا شبیه‌سازی، با خطا یا نیاز به فرمت‌های واسط مواجه است.
  مثلاً در انتقال فایل از SolidWorks به  ANSYS، در صورت وجود ویژگی‌های پیچیده، خطاهای در هندسه ممکن است رخ دهد.

• کاربر محور بودن محیط (Solver)
  برخی از حلگرها نیازمند تنظیمات دستی دقیق هستند و کاربر باید درک عمیقی از رفتار عددی و فیزیکی مسأله داشته باشد.
  در صورت استفاده از تنظیمات پیش‌فرض برای مسائلی که نیاز به دقت بالا دارند، نتایج ممکن است نادرست یا غیرقابل اعتماد باشند.

نتیجه‌گیری

نرم‌افزار ANSYS یکی از قدرتمندترین ابزارهای تحلیل مهندسی مبتنی بر روش اجزای محدود (FEM) است که در بسیاری از صنایع مانند مکانیک، هوافضا، انرژی، عمران، پزشکی و... کاربرد گسترده‌ای دارد. این نرم‌افزار توانایی شبیه‌سازی دقیق انواع پدیده‌های فیزیکی شامل تحلیل‌های سازه‌ای، حرارتی، دینامیکی، سیالاتی و الکترومغناطیسی را در قالب محیطی یکپارچه و پیشرفته فراهم می‌سازد.

مزایای کلیدی ANSYS عبارت‌اند از:

• کاهش هزینه‌های ساخت و آزمون فیزیکی با شبیه‌سازی مجازی
• افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان طراحی‌ها
• امکان تحلیل دقیق و واقع‌گرایانه پدیده‌های چندفیزیکی
• تسریع فرآیند توسعه محصول و تصمیم‌گیری‌های مهندسی
• ابزار قوی برای تحقیق و توسعه (R&D)
• استاندارد صنعتی پذیرفته‌شده در بسیاری از شرکت‌ها و مراکز تحقیقاتی

با وجود این محدودیت‌ها، ANSYS همچنان به‌عنوان یک پلتفرم مرجع در حوزه شبیه‌سازی مهندسی شناخته می‌شود و یادگیری آن به دانشجویان و پژوهشگران توصیه می‌گردد. در حال حاضر، منابع متعددی به زبان فارسی برای آموزش ANSYS وجود دارد که برخی از آن‌ها به‌شرح زیر هستند:

• دوره آموزش انسیس ورک بنچ (ANSYS Workbench) مقدماتی 
• دوره آموزش انسیس سی اف ایکس (ANSYS CFX) 

با استفاده از این منابع، دانشجویان و پژوهشگران می‌توانند گام‌به‌گام با محیط و قابلیت‌های ANSYS آشنا شده و در پروژه‌های دانشگاهی یا صنعتی، به‌صورت مؤثر از آن بهره‌مند شوند. همچنین برای انجام پروژه‌های گسترده‌تر و مدل‌سازی دقیق‌تر، پیشنهاد می‌شود کاربران با مفاهیم پایه‌ای روش اجزای محدود نیز آشنا باشند تا درک بهتری از تحلیل‌ها و نتایج خروجی نرم‌افزار کسب کنند.

نویسنده: علی بهرام، کارشناسی ارشد مهندسی فرآیند.