20111101

20111101-CAE及鍛造模擬

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!
----

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!
----

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
----

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。

Fig-05-鍛造分析後處理示意圖

Fig-06-負荷位移圖
----

以上,說的是鍛造分析的簡介,其實重點在於,做CAE的人,一定要試著去了解各項設定參數背後的意義,多看書、多翻HELP、多看Paper,是有幫助的!

沒有留言: