Introducción
Muchos ingenieros en México sabemos que Abaqus es uno de los mejores software de análisis de Elemento Finito (FEA, por sus siglas en inglés), sin embargo, me parece que no conocemos mucho de sus orígenes. En esta publicación trato de plasmar lo que después de usarlo por 26 años entiendo de Abaqus.
Lo primero que debemos saber es que Abaqus viene de la tesis doctoral en mecánica de sólidos del Dr. David Hibbitt en la Universidad Brown, graduado en 1972. En aquel tiempo el Método de Elemento Finito (FEM, por sus siglas en inglés) ya era reconocido como un método numérico poderoso para resolver problemas de ingeniería y ya existían varios programas comerciales tales como SAP, pero sólo cubrían el comportamiento lineal.
Figura 1. Dr. David Hibbit
La tesis doctoral del Dr. Hibbit fue financiada por la Marina de los Estados Unidos de América para el desarrollo de las capacidades de Método del Elemento Finito (FEM) para el modelado de soldadura en submarinos y predecir el decremento de la eficiencia debido a los esfuerzos residuales. Se podría decir que Abaqus está basado en MARC. MARC está considerado como el primer software FEA no lineal y MARC fue desarrollado por el asesor de Hibbit, Dr. Pedro Marcal, quien contaba con las tarjetas perforadas de SAP. La empresa MARC fue creada por el Dr. Marcal y el Dr. Hibbit en 1971 y el Dr. Hibbit fue uno de sus desarrolladores clave y socio menor. MARC, a diferencia de Abaqus, que fue comprado por Dassault Systèmes, MARC fue adquirido por MSC Software en 1999 (los mismos creadores de Nastran). En febrero de 2017, Hexagon adquirió MSC Software.
Podríamos decir que Pedro Marcal fue el visionario que demostró que lo “no lineal” (lo que se rompe, se dobla o se calienta hasta deformarse) era computable. Fue el mentor quien abrió la puerta. Y HIbbitt tomó esos conceptos complejos, los perfeccionó y los hizo más estructurados y escalables. Mientras MARC era el pionero audaz, Abaqus nació con una arquitectura pensada para ser el estándar de la industria pesada. Recordemos que en 1970 no había teclados, pantallas, mouses, se trabajaba con supercomputadoras con mucho menos capacidad de cálculo que los teléfonos que ahora usamos para las redes sociales. Tampoco había preprocesadores de Elemento Finito que hicieran las mallas.
Regresando a Abaqus, los orígenes de Abaqus se remontan a finales de la década de 1970, naciendo de la necesidad de resolver problemas de ingeniería extremadamente complejos que el software de la época no podía manejar con eficiencia, especialmente en lo que respecta a la no linealidad. En este punto creo que es importante mencionar que Abaqus resuelve ecuaciones matriciales lineales, y la magia no lineal está en el método Newton-Raphson, que se encarga de corregir la respuesta lineal a la no lineal. Yo aquí digo que se encarga de corregir la respuesta lineal con la no lineal, pero matemáticamente se puede definir como un algoritmo numérico diseñado para encontrar las raíces de una función, es decir, los valores de x tales que f(x) = 0. En el contexto de la ingeniería (y de Abaqus), se utiliza para encontrar el estado de equilibrio, aproximado no exacto, de una estructura donde las fuerzas internas igualan las externas. Es muy importante aclarar que el método encuentra un equilibrio aproximado, ya que todo método numérico cuenta con un error aceptable. En Abaqus este error aceptable se conoce como residual.
En la década de 1970 las computadoras se encontraban principalmente en universidades y en empresas grandes,así que Abaqus fue programado en mainframes rentadas por $400 USD/hora, programado en FORTRAN con tarjetas perforadas. Abaqus nació siendo un solver no lineal, El nombre Abaqus es una modificación a la palabra abacus (abaco en inglés),
En el logo las cuentas de la parte superior tienen un valor de 5 y las cuentas en la parte inferior tienen un valor de 1, de esa manera el logo de Abaqus muestra la fecha de creación de la empresa HKS: 0201001978: Febrero 01 de 1978.
Aquí te detallo los hitos clave de su nacimiento:
1. El nacimiento: Hibbitt, Karlsson & Sorensen (HKS)
Abaqus fue fundado en 1978 por el David Hibbitt (Inglés), Bengt Karlsson (Suizo) y Paul Sorensen (Estadounidense-Ecuatoriano). La empresa se estableció originalmente en Providence, Rhode Island, bajo el nombre de HKS.
- Su visión era crear un software que pudiera manejar problemas de análisis estructural no lineal (grandes deformaciones, materiales con comportamiento plástico y contacto complejo) de manera más robusta.
2. La primera versión y su enfoque
La primera versión comercial, Abaqus v1, fue lanzada poco después de la fundación. A diferencia de otros códigos de la época que se centraban en el análisis lineal (como los primeros días de NASTRAN), Abaqus fue diseñado desde el núcleo para:
Simular el comportamiento de materiales elasto-plásticos.
Resolver problemas de transferencia de calor.
Abordar la mecánica de fractura.
3. El nicho inicial: La industria nuclear y energética
En sus inicios, uno de los principales impulsores del desarrollo de Abaqus fue la industria nuclear. La necesidad de simular con extrema precisión la seguridad de los reactores y la integridad estructural bajo condiciones de estrés extremo fue lo que permitió que el software se refinara y ganara reputación por su precisión matemática.
4. Evolución: Standard vs. Explicit
Con el tiempo, el software se dividió en dos “solucionadores” principales que definen su identidad actual:
Abaqus/Standard (1978): Basado en métodos de integración implícita (ideal para problemas estáticos y dinámicos de baja frecuencia).
Abaqus/Explicit (1992) : Lanzado posteriormente para manejar eventos transitorios rápidos, como choques de vehículos o explosiones, utilizando integración explícita.
Figura 2. Dominios implícito y explícito cubiertos por Solvers de Abaqus
5. La adquisición por Dassault Systèmes
En 2005, la empresa HKS (que para entonces ya se llamaba Abaqus, Inc.) fue adquirida por Dassault Systèmes. Tras la compra, Abaqus se convirtió en la pieza central de su nueva marca de simulación, SIMULIA, donde reside actualmente dentro del ecosistema de la plataforma 3DEXPERIENCE.
Abaqus nació en mainframes no lineal estructural, y basado en el Método de Elemento Finito, sin embargo ahora es un conjunto de solvers multifísicos que incluyen:
- Método de Elemento Finito
- Método de volúmen Finito
- Método de Elemento Discreto
- Smooth Particle Hidrodynamics
Y algunas de sus capacidades son:
- Falla estructural
- Fatiga de materiales
- Análisis de vibraciones
- Corrosión en estructuras
- Optimización de peso
- Cuello de botella en diseño
- Reducción de costos de manufactura
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