有限元素法之收斂性分析.PPT

電腦輔助工程分析簡介與應用 國立屏東科技大學 機械工程系暨研究所 TEL: (08)770-3202轉7017 FAX: (08)774-0142 E-mail: wangbt@.tw www: .tw www: 33/teacher/index.htm 大綱 一、電腦輔助工程分析簡介 二、有限元素分析簡介 三、有限元素分析實例應用步驟 四、應用有限元素分析軟體之步驟 五、有限元素法收斂性分析 六、實例應用 6-1 桁架結構分析→桁架元素 6-2 樑結構分析→樑元素 6-3 平面結構分析→平面元素 6-4 立體結構分析→立體元素 6-5 薄殼結構分析→殼元素 6-6 接觸性結構分析→接觸元素 6-7 工程應用實例 一、電腦輔助工程分析簡介 電腦輔助工程分析(Computer Aided Engineering, CAE) 舉凡應用電腦以自行設計開發之程式或商用軟體，進行工程問題之解析，均可謂之。 最廣泛採用之數值分析技術，不外是有限元素法(Finite Element Method, FEM)，若以有限元素法進行工程問題之解析，又泛稱為有限元素分析(Finite Element Analysis, FEA)。 以有限元素法為工具解決實際之工程問題，一般遭遇之問題與困難， 在有限元素法理論艱澀，不是一般工程人員所易瞭解 需有良好之程式語言基礎，始能撰寫基於有限元素法之數值分析程式 對於實際問題之數學模式化(mathematical modeling)，及至有限元素模型化(finite element modeling)步驟不瞭解 1-1 電腦輔助工程分析應用領域 1.結構分析(structural analysis) (1)靜力分析(static analysis) (2)振動分析(vibration analysis) 模態分析(modal analysis) 簡諧響應分析(harmonic analysis) 暫態動態分析(transient dynamic analysis) 頻譜分析(spectrum analysis) (3)機構運動分析(kinematic analysis) (4)其他：非線性分析、破壞力學、複合材料、疲勞分析 1-1 電腦輔助工程分析應用領域（續） 2.熱傳分析(thermal analysis) (1)溫度與熱應力分析(temperature and thermal stress analysis) (2)穩態與暫態分析(steady state and transient analysis) 3.流場分析(fluid analysis) 4.電磁場分析(magnetic analysis) 5.音場分析(acoustic analysis) 6.混合場分析(coupled-field analysis) 1-2 CAE軟體發展與應用之成熟性 諸多泛用型有限元素分析套裝軟體也蓬勃發展，大多概稱為CAE軟體 由於電腦圖形(computer graphics, CG)電腦輔助設計(Computer Aided Design, CAD)技術之長足進步 個人電腦在CPU速度及記憶體資源之擴充，現都已下載至個人電腦級，也促進了CAE軟體於產業界廣泛應用之趨勢。 CAE軟體在國外應用於產品之開發設計與分析已有相當歷史，國內工業由於面臨技術升級及同業國際競爭，為自創品牌與開發設計能力之提升 CAE軟體之應用也由過去多在研究單位或學術界之逐漸擴散到工業界之應用。 由各主要CAE軟體在國內各界推廣、銷售、技術服務之競爭，即可看出國內各界對CAE軟體應用之發展前景。 1-3 國內推展CAE軟體應用之瓶頸 業界對導入CAE軟體應用未有明確決心 對CAE軟體應用之內涵及功能認識不足 對CAE軟體有過之與不及的神化或忽視，導致廠商對引進CAE軟體之誤導或裹足不前 對導入CAE軟體成本過高之疑慮 研發技術層次未盡成熟 CAE軟體應用技術人員之需求培育不易 國內在CAE軟體應用之本土化教材相當欠缺 不是偏重在有限元素法之理論 或又偏頗於特定CAE軟體之指令操作 對產業界工程人員與在校學生學習，以及學校CAE軟體應用相關課程教學之助益有限。 1-4 國內推展CAE軟體應用之策略 如何成功的將CAE能力導入工業界，實有賴多方面之努力： 業界主管、研發人員、技術人員在CAE之教育訓練 學術單位對基層新進人員之訓練及對業界合作研究之推展 CAE軟體廠商對學術單位與業界之推廣與技術服務等 CAE軟體應用之教材發展應理論與實務兼顧 介紹有限元素法基本概念 教導CAE軟體應用之方法與步驟 使能充分發揮CAE軟體功能 1-5 本報告主旨 不在教導發展或發展有限元素分析程式 也不在教導使用某一種CAE軟體 更不是CAE軟體之使