Enson.Studio.: 20111101-CAE及鍛造模擬

20111101

20111101-CAE及鍛造模擬

Fig-01-CAE價值鏈示意圖

這是最近在使用一套 CAE 軟體以及和教授、軟體工程師 PK 的心得。

過去沒有商業化軟體，學者都得自己搞理論、寫程式，造就了一堆理論大師，也因此，不管軟體怎麼設定，反正我懂物理意義、數值分析...軟體做不到，就是軟體的問題，但是～時至今日，現在問題來了，軟體已經不是『有』就夠了，有了，就要好、就要更好！分析結果精度夠，是基本要求，不準，那就準備被淘汰，現在要求的是要使用上人性化，操作更加地直覺化！

因此，軟體越進步，使用者的腦袋被軟體介面訓練得越來越理所當然，一堆內建值（default），不明就裡的人，就只會一直按ok、ok、ok～成就了一堆【Mr. Default】，說是在【操作】軟體，不如說是被軟體訓練操作，如果能向上了解理論、了解核心技術，那就能進階，變成【玩】軟體，好比打棒球，單純的安打得分，是必然，但是再加上一些戰術，如盜壘、短打、強迫取分這些手段，那才有趣！
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CAE 軟體又可分為原生核心軟體，以及使用別人核心的介面軟體，原生核心如 LS-DYNA、MARC、DEFORM、ANSYS ... 這些軟體是從自家發展核心起來的產品。

而介面軟體，舉例來說，如 Fig-02 所示，如 LSTC 提供了顯式求解核心（DYNA），就衍生出了如DYNAFORM提供了鈑金成形（sheet forming）的使用介面，讓使用者更易於使用；

SIMUFACT則是使用了 MARC、DYTRAN，分別作為有限元素法（FEM，finite element method）、有限體積法（FVM，finite volume method）的運算方法，因此可以進行大部分的金屬成形分析，且有限體積法，採用不會有網格重劃分的問題。

COPRA，則是架構在 AutoCAD、MARC之上，提供介面在 AutoCAD中進行輥軋成形設計，再利用MARC進行分析。

Fig-02-CAE 輸入、處理、輸出示意圖

這就會發現一個問題！如果操作軟體有問題，要去看哪裡的help？答案是～先看介面軟體的，如果寫的不好，再去翻核心軟體的help出來看！
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CAE創造經濟的部分只有兩個，創造【知識經濟】的學者專家，以及創造【實體經濟】的客戶。知識經濟，來自於理論，將理論結合研究成果，使其技術化，可以商品化，推出產品或是利用技轉機制，將技術賣給需要的人。這是一個【供-需】的問題，但是其中的關鍵是【工程師】，工程師的品質攸關了 CAE 分析的品質，工程師分析亂作亂設定，得到的就是亂七八糟的結果，即所謂的 GIGO（garbage in，garbage out），所以說，工程師除了要熟悉軟體的操作流程，更重要的是知道每一個設定所代表的意義，因此，必須對材料、數值運算、有限元素分析等相關理論知識，具有一定的水平，做出來的分析質量才會高。

以一典型的鍛造(forging)成形分析為例，分析前，你得設定模具(tool)、胚料(workpiece)、元素(element)、網格(mesh)、材料(material)、模具運動(motion)、溫度(temperature)、摩擦(friction)…這些物件參數，以及求解器(solver)、收斂準則(convergence)、進給量(step) … 這些分析參數，如 Fig-03 所示。很多人會說～自己懂得某某套軟體，但是，實際上說出這些話的人，很多都知道要設定上面那些參數，而不曉得這些參數如何來，如何定義，將這些參數展開，就能看到其背後的知識量，相當深奧，如 Fig-04 所示。

Fig-03-鍛造分析系統圖

Fig-04-分析參數展開圖

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分析做出來了，接著就是表現，如何呈現出分析的重點，以鍛造（forging）來講，常見的後處理有：負荷位移圖（stroke-load）、材料流動(material flow)、應變分佈(strain distribution)、破壞分佈圖(damage distribution)，如 Fig-05 所示。

1. 負荷位移圖：可以知道成形力，了解該選擇什麼樣的幾台設備，如 Fig-06 所示；

2. 材料流動：可以知道材料變形的趨勢，再輔以應變（strain）及流線分析（flow net）可以看到材料的主要變形區域，加以判斷材料是否因為局部流動太過複雜而發生疊料(folding)問題。

3. 破壞分佈：可以看出胚料是不是會因為變形導致內部應力過高而發生破壞。