專業CAE前處理之亮點比較

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專業CAE前處理之亮點比較
Jun.14,2024
 

作者 : 瑞其科技 Chris

前言

       在工程模擬領域中,網格前處理是一個關鍵的步驟,它決定了模擬的『準確性、效率和可靠性』。然而,許多工程師都深知,前處理工作常常是一項耗時且繁瑣的任務。因此,擁有一套專業的前處理軟體成為了不可或缺的選擇。
       
       在本篇專欄中,我們將深入探討專業前處理軟體的必要性、優勢以及在不同情境下的使用價值。

 

Q1. 什麼是專業前處理軟體 ?

根據用途、功能和支援的求解器等因素大致可分以下三類:

●CAD軟體內建:
   -用途:簡單工程模型
   -功能:功能陽春,大部分需依賴幾何處理的功能,讓幾何簡化到可以直接automesh的程度,無法控制網格品質,處理真實的工程問題能力不足。
   -例如:SolidWorks、CATIA等。

●CAE軟體內建:
   -用途:一般工程模型。
   -功能:具一定的幾何編輯與網格品質控制的能力,易於使用,但是受限於建模功能性不夠強,對付複雜模型,就會十分耗時耗工。
   -例如:Abaqus/CAE、ANSYS Workbench等。

●專業前處理軟體:
   -用途:無限制,最通用。
   -功能:兼具強大的幾何與網格編輯能力、多個零組件的快速組裝能力、網格布局控制能力、二次開發自動化能力、彈性支援多種CAD格式與CAE Solver的能力。
   -例如:Altair HyperWorks HyperMeshSimLab等。

 

Q2. 什麼題目建議用專業前處理軟體?

●幾何特徵複雜的零件
 


●系統級多零件的組裝模型


●有特殊網格控制需求的模型
   例如:需要劃分六面體網格,或是需要對稱網格等。

HM3



●需要常常做設計變更的模型
   例如:需要做不同管件厚度設計,甚至是複合材料疊層的設計,甚至是最佳化的題目。




 

Q3. 沒有建立好CAE 分析模型會造成什麼狀況?

分析不收斂,求不出結果:

   如果分析模型建模方式有問題,網格設置不當,容易造成分析無法收斂的狀況,甚至求不出分析結果。

計算時間過長:
   若模型中網格數量過多或是網格質量不佳(如畸形元素過多),計算時間將會大幅增加。即使計算可以收斂,也可能需要過長的時間來完成分析。這樣的情況不僅增加了計算成本,也可能導致分析進行的效率低下。


分析結果準確度不佳:
   不良的網格品質和未正確設置的邊界條件可能導致分析結果的準確度下降。特別是在應力分析等需要精確結果的情況下,模型中存在的不正常應力熱點或者非物理現象將使得分析結果難以解釋或者不可信。



 

Q4. 專業前處理軟體有什麼優勢與使用價值?

在專業前處理領域屬 Altair HyperWorks 為目前市佔率最高,應用面最廣的前處理平台。
Altair
HyperWorks 平台的前處理軟體包括 HyperMeshSimLab ,這些軟體在工程領域中具有重要的應用價值和優勢:

 

●快速清理幾何特徵:
專業前處理軟體能迅速移除不必要的小特徵,如小R角、小孔或刻字等。
使用無參數的幾何編輯方法,不需考慮特徵之父子關係,相較於傳統的CAD工具更具彈性且易於使用。

●強大的網格生成能力:
利用先進的網格演算法,只需輸入一些控制外型的參數,即可自動生成高品質的網格,顯著減少手動控制網格所需的時間。

●方便的零件組裝功能:
工具提供快速的零件組裝功能,能迅速在模型中添加螺孔、焊點或焊道組裝,大幅降低設定零件結合條件所需的時間與精力。

●精細的網格布局控制:
支援精確的網格布局控制,易於生成六面體網格或進行網格的複製、陣列和鏡射操作,確保特定區域的網格布局保持一致或對稱。

●客製化的二次開發功能:
軟體支援客製化的二次開發,使用者能根據自身需求開發自動化程式或新增功能,以符合個別的使用需求。

●支援多種CAD軟體格式與CAE分析solver:
能彈性支援多種 CAD 軟體格式,並與各種 CAE 分析 solver 整合,如 HyperMesh 支援 ABAQUS 和 ANSYS 等。


 

Q5. 學習專業前處理軟體之必要性?

       即使專業前處理軟體有許多優勢,是否值得再投資或學習一套新軟體呢?這個問題很多人都會考慮,因為學習新軟體需要額外的時間和精力,不過從眾多經驗來看,普遍認為非常值得,理由如下:

●提升網格品質:
   優秀的網格品質能增加客戶對專業水平的信任。當客戶看到你能產生精確、美觀的網格時,對你的專業能力的質疑會大大減少。

●學習不同求解器的橋樑:
   專業前處理軟體通常支援多種主流的有限元素求解器,通過學習這些工具,你可以使用統一的操作介面來熟悉和學習不同求解器的設定,不僅降低學習新求解器的門檻,還擴展了你在工程領域中的應用範圍。

●必要的技能:
   在某些領域,如航空業的模擬分析,使用專業前處理工具是進入這些領域必要的技能。航空業有其特殊的網格規則和要求,如果不熟悉相應的前處理工具,將無法進行有效的FEM分析。

●強大的建模效率:
   專業的前處理軟體具備之快速、自動偵測之優勢,以及兼容二開之能力,相較其他前處理軟體,除了讓複雜模型可網格化,同時使用較少步驟進行網格切分,顯著縮短建模時間,展現強大的建模效率。



 

結論

       在工程CAE模擬領域中,專業前處理軟體的重要性不容忽視。這些工具不僅能夠有效地提升模擬的準確性、效率和可靠性,還能夠在面對複雜模型和特殊需求時展現出獨特的優勢和價值,特別是 Altair HyperWorks 平台的 HyperMeshSimLab 等前處理工具,以其強大的功能和廣泛的應用而脫穎而出。

       專業前處理軟體的優勢在於其能夠快速清理幾何特徵、生成高品質的網格、提供便捷的零件組裝功能、精細的網格布局控制以及支援客製化的二次開發。這些功能不僅能夠大幅度提升建模和網格化的效率,還能確保分析結果的準確性和可靠性,從而為工程師和分析師提供了強大的工具來應對各種挑戰。

       雖然學習和掌握專業前處理軟體需要額外的時間和精力投入,然而這個投資是非常值得的。除了能夠提升網格品質、擴展學習不同求解器的橋樑,還能夠為工程師開啟更廣闊的職業發展空間,特別是在需要高效、準確分析的專業領域中,如航空業的模擬分析等。

       因此,對於追求工程模擬領域高效率和高質量分析的專業人士來說,學習和應用專業前處理軟體是一個不可或缺的技能和策略,將有助於提升其在行業內的競爭力和影響力。

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