評估結構分析軟體

評估結構分析軟體或應力分析軟體

近年來,隨著CAE軟體越來越普及,很多公司開始使用適當的結構分析軟體/應力分析軟體於產品設計階段的模擬分析工作。許多機構主管也必須開始面對如何評估一個適當的結構分析軟體 (一般人也會說應力分析軟體),大部分的主管或是評估的工程師都會以公司目前是什麼CAD系統去找適當的CAE軟體,但是大部分的人都忽略了,評估的”CAE需求

何謂需求”?

需求其實是相當重要的,許多人都會以軟體好不好用的方式去評估一個CAE軟體,但是所謂好用的CAE軟體,軟體的定位都是盡量忽略一些繁瑣的設定,讓用戶可以於短暫的時間內達到分析工作,但是這樣的分析結果是公司需要的嗎?

在談需求之前,我們先來以功能區分應力軟體吧。我們先以線性分析(Linear analysis)、非線性分析( non-linear Analysis)舉簡單例子來說明。線性分析簡易的來說,就是力與位移之間的比例是正比的關係,例如彈簧,多少重量施加於彈簧上,彈簧就會有多少的變形,力與位移之前為正比。大部分的CAD後端的分析軟體,如PROESolidWorksSolidEdgeNXCATIAInventor這類的CAD環境的軟體,為了讓軟體使用的好上手,因此盡量以線性分析的軟體業面設計設計軟體,正因為如此,會讓使用者達到很快地的完成分析的工作,且計算的速度讓用戶覺得很快就可以完成分析計算。非線性分析,又區分材料非線性、幾何非線性、邊界非線性。光這些名詞,對於長期以ME為工作的主管就得傷腦筋了。

 這些名詞到底與我的需求有什麼關係呢?

 其實是關係相當重要的,這在於這些軟體能否達到公司要求的需求,且會不會導入成功。舉一個網通類別的電子產品的機構主管為案例一例子,他需要分析一個類似機上盒類的網通產品,有上下蓋、有卡勾也有螺絲鎖固,這樣一個系統上面要施加一個受力,想要看看上下蓋是否因為受力而變形或卡勾脫鉤,請問我需要用線性、還是非線性分析呢?

 ANS: 答案是非線性

 案例二: 若一個做螺絲鈑手的主管,想要評估一個CAE軟體,想要知道板手在鎖螺絲的時候板手會不會因為螺絲的卡合接觸,導致卡合接觸面變形,請問是線性還是非線性?

 ANS: 答案是非線性

 簡易來來說,這些受力與位移之間的都是非正比的關係,以案例一上下蓋卡合,這樣簡單的題目,因為受力要看開合,力與開合的形變都是非正比關係。另外,案例二的螺絲板手,若只是分析板手變形,還可以勉強用線性關係去分析變形,但是要分析螺絲與板手的卡合,由於卡合間會有公差間隙,這樣的間隙會倒是螺帽與板手的接觸面會因為受力變化而改變位置,力與位移的關係也是非線性的關係。

 提了兩個案例怎都是非線性分析 (邊界非線性),那到底線性分析用在哪,簡易來說,若分析單一零件或是把多零件組裝起來,以視為一個不鬆脫的結構體的話都可以用線性分析來看,因為力與位移之間不會因為接觸面、或是特殊幾何造型導致非線性的行為,這類的應用可以用線性來分析。

 那我們回歸到CAE的需求,其實大部分台灣公司都是做組件分析,不像是一些重工業有做單一零件。組件分析有超過50%的題目都是使用非線性分析,因為都要解決零件與零件接觸問題,這些問題都是受力與位移不是正比關係的。這樣說明下來,就會發現很多公司買了PROESolidWorksSolidEdgeNXCATIAInventor後端的簡易CAE分析後,才發現很多問題都不能解決,或是都會給自己解釋說,因為公司買簡易的軟體,所以才會有不準確的問題發生。其實,這些都以軟體無關,而是搞不清楚評估的需求,然後以軟體好用程度與CAD整合程度去評估軟體,完全忽略CAE的真正需求所致。這也是為何,很多較大型的公司的CAE部門,不會去採用這種CAD後端的分析工具來做分析的原因。主要原因不是這些軟體不準確,而是他們能解決的問題受限於介面為了迎合簡易好學導致一些能設定的而沒有充分針對CAE需求開發的完整結構分析軟體(應力分析軟體)

 市面上大概幾個完整的結構分析軟體評估,就這這幾大類,NASTRANABAQUSANSYS其他的還有各種針對CAE網格為出發的軟體,或是針對落下、衝擊、鍛造、板金用的軟體,筆者這邊就不一一去談。下次,在開闢另一個主題來說明這些軟體差異。

 大部分台灣產業類別的結構應力CAE,其實都非線性的應用,電子產品、工具機、腳踏車、機械業,大都需要看到組裝下的受力形變,免強用線性分析的結果,只是將題目受限在某一個範圍內,這樣是達不到公司真正的CAE題目的需求。

 當您在評估CAE軟體時,有機會看到這篇文章,先了解公司要的是受力導致的形變,針對單一零件,或是永遠不鬆脫的零件組裝的產品,那這就可以用簡易的線性分析達到需求。若需要考量,零件彼此的接觸,或是有卡接之類的,那就得用非線性來分析題目了。

 至於材料非線性、幾何非線性、邊界非線性等怎樣區分,有機會再詳細談了。

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