前 言
針對複雜非線性問題，例如：電子業常見的：落下衝擊、連接器插拔、橡膠零件大變形擠壓＆多層結構擠壓分析等，這類問題的模擬精度是決定『產品可靠度』的核心。
隨著產品的種類增加，模擬的需求也隨之增加，此時除了原本的主力求解器外，導入第二核心求解器來增加研發單位的 CAE 分析吞吐量，變得極具高度戰略意義。
本篇文章將聚焦在【Abaqus 與 OptiStruct 的無縫接軌】，主要展示 OptiStruct 不僅擁有極高的性價比，且兩個 Solver 在非線性分析上的設定邏輯高度相似，因此在大部分的分析設定上能與 Abaqus 直接轉換。
這篇文章的技術核心在於說明【 Abaqus 與 OptiStruct 轉換的技術流程】確保模型轉換後，能夠滿足以下指標：
• 有限元素模型 - 轉換完整度
透過 HyperMesh 求解器卡片轉換器，達成 95% 以上 的卡片映射
確保在『材質、屬性、接觸設定』與組裝設定上，盡可能得自動轉換，省下工程師花費的時間與精力。
• 『分析與邊界條件』設定 - 轉換完整度
確保分析設定的一致性，即使是複雜的非線性多步驟分析，也能成功轉換。
• 分析結果一致性
確保轉換後，使用 OptiStruct 的計算結果與原求解器高度相似，以維持設計決策的連續性。
1. HyperMesh Convert 核心轉換機制與技術流程
HyperMesh 中提供求解器卡片轉換器（Convert），此功能可以大幅減少人工重建的誤差、提升工作效率與『確保模型設定邏輯無損』轉置，是做求解器轉換必不可少的功能。
(一)標準操作步驟
..........將 Abaqus .inp 原始檔案載入 HyperMesh。
..........進入 File → Convert → OptiStruct 進行全域映射（如圖 1）。
..........核查模型階層（Hierarchy）變動邏輯。
..........執行少部分的手動修正（少數分析步與接觸參數）。
圖 1 HyperMesh 求解器卡片轉換器
(二)模型階層 (Hierarchy) 變動邏輯確認
Abaqus 的 STEP 分析步在 OptiStruct 中如何表現？
-
Abaqus 的 *STEP 會統一轉換為 OptiStruct 的 SUBCASE。
-
相關的求解時間步長控制參數會轉化為 NLPARM、NLADAPT 與 NLOUT 等卡片並自動調用。
-
針對高度非線性問題，建議手動將其升級為 NLCTRL 以獲得更好的收斂性。
轉換後，模型結構將從 Abaqus 的設定邏輯轉變為 OptiStruct 的組織架構，雖然大部分會自動映射，但還是建議稍微確認以下幾點：
- Material 在 Abaqus 環境下是不分類的，轉換後會依據功能分成不同的卡片類別，例如：MAT1、MAT4 或是 MAT8 等，確認轉換後的類型是否正確。
- Abaqus 中各種元素有對應的 Element Type，轉換後 OptiStruct 是以 Property 中的參數設定，來表現不同元素的計算效果，要確認參數是否有正確被設定。
- Abaqus 的分析步 *STEP 統一轉換為 Load Steps 下的 SUBCASE，並將 *Contact Controls 等邏輯併入 Load Step Inputs，確認相關的分析求解卡片沒有遺失且參數正確。
(三) 微調設定
由於非線性分析的設定參數眾多，難免有些細節自動轉換還不支援（即那 2% 的部分），仍需要使用者手動編輯。精確的定義與高質量的參數對應關係，是確保轉換成功的先決條件。
Abaqus 模型可以轉換至 OptiStruct 嗎？自動化程度有多高？
可以，透過 HyperMesh 的求解器卡片轉換器（Convert），有限元素模型的映射完整度可達 95% 以上。
這涵蓋了大部分的材質、屬性、接觸與組裝設定，能極大化節省工程師手動重建模型的時間。
在使用求解器卡片轉換器後，轉換後模型的設定完整度，是工程師最關心的議題，包含在設定上會不會掉東掉西，到底能不能直接使用，我們就分成以下三個面向說明：
(一)材料與元素屬性 (Materials & Properties)
Abaqus 中的非線性材料數據（如塑性）如何對應到 OptiStruct？
Abaqus 的 *Material 會根據內容自動映射。
例如：
材料非線性數據的『無損遷移』是分析一致性的基石，Abaqus 的 *Material 會根據卡片內容映射至 MAT1（彈性）與 MATS1（塑性）：
彈性材料
MAT1
楊氏係數 (E) 與波松比 (NU) 正確映射，完整保留彈性材料參數。
塑性材料
MATS1
Plastic 資料含 TYPE: PLASTIC、Yield Stress，應力-應變曲線成功轉換為 TABLES1（如圖 2）。
截面屬性
PSHELL / PSOLID
*Shell Section、*Solid Section 成功轉換，C3D8I 元素的 ISOP 參數自動切換為 INT0。
圖 2 非線性材料成功轉換
（二）『連接元素』與『耦合邏輯』 (Couplings & Connectors) 轉移技術
連接部位的剛性誤差，是導致「模擬結果不一致」的主因，求解器卡片轉換器也支援了這部分的功能：
- Abaqus 的 *Kinematic Coupling 會自動映射為 RBE2 剛體元素，確保受力點與分佈區域的連動關係不變。
- Abaqus 的 Connector Element（CONN3D2）會自動轉換為 JOINTG，其對應的 *Connector Section 也能正確映射為 PJOINTG（如圖 3）。
- 若 *Connector Section 中使用了「非線性接頭設定」，則 PJOINTG 會自動使用 NELA 設定，且呼叫的 TID 會連結至正確力量/位移數據表。
圖 3 Coupling 與 Connector Element 成功轉換
接觸對與介面交互作用 (Contacts & Interactions) 轉換
Abaqus 的 *Contact Pair 與 OptiStruct 的接觸算法可以直接映射，相關的卡片映射對應表列出如下：
表 1. Abaqus 與 OptiStruct 接觸卡片直接映射表
| Abaqus 卡片 |
OptiStruct 卡片 |
| *Tie |
TIE |
| *Contact Pair |
CONTACT |
| *Contact Controls |
CNTSTB |
| *Surface Interaction |
PCONT |
| *Surface |
SURF |
特別注意
轉換後，必須將 Abaqus 的 *Contact Controls 參數手動設定到 CNTSTB 卡片，目前卡片轉換器還沒辦法自動填入。
此卡片是解決接觸初期因數值間隙（Numerical Gaps）導致發散的核心工具，一定要正確設定。
透過上面的章節，我們可以看到在模型設定上，絕大部分都能夠使用卡片轉換器，將 Abaqus 的分析設定卡片『自動轉換』到 OptiStruct 的卡片上。
當克服了模型設定的部分，最後一關就剩下『邊界條件』與『求解參數』了，其轉換的結果列出如下：
(一)邊界與負載條件 (Boundary & Load Condition)
- Abaqus 的 *boundary 轉換為 SPC/SPCD
- *Cload 轉換為 FORCE
- *Dload 與 *Dsload 轉換為 PLOADSF 等（如圖 4）。
圖 4 負載與邊界條件設定成功轉換
(二)分析步與輸出控制
Abaqus 的 *Step 轉換為 SUBCASE（如圖 5），求解時間步長的控制參數會轉化為 NLPARM、NLADAPT 與 NLOUT 卡片，並自動在 SUBCASE 中調用。
圖 5 分析步與求解器設定成功轉換
建議手動優化
本文建議手動將 NLPARM 與 NLADAPT 修改為 NLCTRL 卡片（如圖 6），因為 NLCTRL 才是最新的非線性求解算法，其計算精度與收斂性都優於 NLPARM，在高度非線性的問題上有著絕對優勢。
圖 6 手動將 NLADAPT 加 NLPARM 轉換為 NLCTRL 卡片
由於在 2025.1 版本之後，OptiStruct 的 Explicit 分析功能也日益成熟，因此對於 Abaqus Explicit 的轉換，HyperMesh 的求解器卡片轉換器也能支援（如圖 7）。
圖 7 Abaqus Explicit 分析步成功轉換為 OptiStruct Explicit
在『輸出控制』需要注意的是：
Abaqus 的 *Output 轉換為 SUBCASE 中的 Output 設定 與 NLOUT 卡片，其中 SUBCASE 中的 Output 負責勾選要輸入的物理量，NLOUT負責控制輸出頻率，要注意的是，目前卡片轉換器自動輸入的輸出頻率(NINT)是錯誤的，需要手動修改為正確的數值，如圖 8
圖 8 輸出物理量成功轉換並手動調整輸出頻率
OptiStruct 的計算結果與 Abaqus 相比，真的準確嗎？
根據實務驗證，兩者在「複雜非線性場景」的計算結果『高度吻合』。應力誤差通常穩定控制在 2% 以內 。證明 OptiStruct 具備與 Abaqus 相同的計算可靠度，可作為企業級的第二核心求解器。
以下為四個實際對標案例的說明：
案例一：赫茲接觸理論解比對（球對球接觸）
這是一個典型的接觸非線性問題。在 1/4 對稱模型的模擬中，Abaqus 的最大接觸應力為 5953 MPa，而 OptiStruct 為 5926 MPa，兩者與理論解析解（5947 MPa）的誤差分別僅約 0.1% 與 0.35%（如圖 9）。此外，Abaqus與OptiStruct在最大等效應力與接觸半徑的計算結果也極度接近，顯示在接觸問題上兩者精度相當。
圖 9 赫茲接觸理論解比對結果
案例二：彈片插入力分析
這項分析包含了三大非線性問題（幾何、材料、接觸）以及大量的摩擦滑動接觸對。針對彈片下壓的過程，OptiStruct 與 Abaqus 的等效應力預測誤差僅為 0.13%（411.07 MPa vs 411.6 MPa）。在關鍵的插入力與位移曲線（F-D 曲線）上，最大插入力的誤差也只有 0.37%（18.057 N vs 18.124 N），如圖 10。
圖 10 連接器插拔問題對標結果
案例三：橡膠鍵盤罩分析（Rubber Dome）
針對「非金屬」的超彈性橡膠材料進行按壓分析，OptiStruct 與 Abaqus 在擠壓剛體控制點上的受力與時間/位移關係（F-D 曲線）上表現出高度的一致性，兩條計算曲線近乎完美貼合（如圖 11）。
圖 11 橡膠鍵盤罩下壓力曲線對標結果
案例四：複材無人機飛行負載分析
針對複合材料進行流固耦合與結構分析，在視覺顯示放大10倍的結構變形量上，OptiStruct 預測最大變形為 81.35 mm，Abaqus 為 79.41 mm，兩者誤差僅 2.4%。而在複合材料的破壞指標（Failure Index）評估上，OptiStruct 計算結果為 0.18，Abaqus 為 0.177，誤差僅 1.7%（如圖 12）。
圖 12 複合材料無人機飛行負載之對標結果
HyperMesh 的加入讓求解器之間的轉換，不再是繁瑣的重建工程，它能協助您更快完成轉換的橋梁。
— 技術核心洞察 · 瑞其科技
結 論
- 經實務驗證，透過 HyperMesh 為橋梁，進行 Abaqus 與 OptiStruct 之間的轉換，具備 95% 以上的轉換完整度
- 對標案例上，兩者在應力誤差穩定控制在 2% 以內，足以承擔高精度非線性模擬任務。
- OptiStruct 與 Abaqus 等知名求解器，具有相同的計算精度與可靠度，能求得準確可信的結果。
- 這兩套軟體在處理各類非線性與線性結構問題時，完全具備互相支援、甚至是交互驗證的能力。
